【摘要】：隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展,人們對(duì)石油的需求量不斷提升,從而使得陸地與海底的石油開(kāi)采規(guī)模不斷加大,伴隨著運(yùn)輸、加工等一系列活動(dòng)也愈加頻繁,最終導(dǎo)致石油及其煉制品被泄漏和排放到海洋中對(duì)水環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。及時(shí)的發(fā)現(xiàn)石油污染,可以盡早地對(duì)其進(jìn)行治理并遏制其擴(kuò)散范圍,對(duì)保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境具有重要意義。因此,實(shí)時(shí)可靠的油污檢測(cè)傳感器尤為重要。本文基于熒光機(jī)理通過(guò)設(shè)計(jì)一種新型的分光光路,以低功耗、低成本的大功率單一波長(zhǎng)紫外LED為激發(fā)光源,配合多種芯片設(shè)計(jì)了一種新型小巧的非接觸式水面油污檢測(cè)傳感器的原理樣機(jī)。在此基礎(chǔ)上選取適當(dāng)?shù)男〔ɑ瘮?shù)進(jìn)行去噪,提高了樣機(jī)的檢測(cè)精度。本文通過(guò)對(duì)比主流石油檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍,確定了熒光測(cè)量法為探測(cè)手段。以熒光產(chǎn)生機(jī)理為起點(diǎn),對(duì)熒光法檢測(cè)石油原理進(jìn)行了研究,并深入分析了該方法的可行性。根據(jù)石油產(chǎn)生熒光的條件及熒光特點(diǎn)確定了本文礦物油檢測(cè)的激發(fā)光源和濾光片參數(shù)。依據(jù)光的傳播特性,設(shè)計(jì)了以反射式閃耀光柵為分光元件并配以其他光學(xué)元件的分光系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)熒光的分離。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合FPGA芯片的優(yōu)越性,以CCD芯片為探測(cè)芯片,完成了對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、各芯片外圍電路以及串行通信模塊電路的設(shè)計(jì)。依據(jù)各芯片的驅(qū)動(dòng)手冊(cè),基于Quartus II平臺(tái)利用Verilog語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了對(duì)芯片的配置和驅(qū)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作。通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)熒光信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)及傳輸功能,并設(shè)計(jì)相應(yīng)的殼體完成了對(duì)系統(tǒng)的密封,實(shí)現(xiàn)了原理樣機(jī)小型化、智能化、集成化的設(shè)計(jì)。最后,本文基于小波變換實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的去噪處理,通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比確定了去噪的最優(yōu)小波函數(shù)。結(jié)果表明小波去噪可以更好的保留信號(hào)細(xì)節(jié)信息,提高了系統(tǒng)的檢測(cè)精度。通過(guò)在不同環(huán)境條件下更改與待測(cè)樣品距離,研究了其適用距離。在此基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析,成功的證明了該樣機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油污的檢測(cè)。
【圖文】：

生命存在的基本組分，也是各種生物得以生長(zhǎng)繁衍的必要物質(zhì)資源的水體，約占全球儲(chǔ)水量的 97%。隨著人類社會(huì)的日益發(fā)展，對(duì)于斷增長(zhǎng)，從海洋中獲取海洋資源則成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。不斷擴(kuò)大采和日益繁榮的海上航運(yùn)使海洋污染越來(lái)越嚴(yán)重。其中，，海底石油海上交通事故以及其他渠道的石油泄漏是海洋石油污染的主要原因[漸擴(kuò)大以及漏油事故的頻繁發(fā)生，使得海洋石油污染程度和影響正災(zāi)難。2010 年 4 月 20 日位于墨哥灣的 Macondo 發(fā)生井噴爆炸，3平臺(tái)“深水地平線”沉沒(méi)，油氣持續(xù)噴出 87 天。事故泄漏了超過(guò) 經(jīng)濟(jì)損失超過(guò) 680 億美元[3]。學(xué)研究統(tǒng)計(jì)，近 50 年來(lái)至少有 1000 多種海洋生物因?yàn)楹Ｑ笪廴局猩锎笠?guī)模減少。除此之外，海洋中的油類泄漏會(huì)衍生某些微生害的增加，并通過(guò)食物鏈或者直接融進(jìn)入人體，給人群帶來(lái)健康風(fēng)如圖 1-1 和 1-2 所示。

圖 1-2 因石油污染死亡的鳥(niǎo)類環(huán)境具有自我調(diào)節(jié)的能力，但愈來(lái)愈大的海洋油類污染范圍，遠(yuǎn)境的自凈化能力，不僅海洋生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，人類的身體健康因此，監(jiān)測(cè)水體是否存在油污污染成為人們?cè)絹?lái)越關(guān)注的問(wèn)題。時(shí)監(jiān)測(cè)，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)油污染事故并快速認(rèn)定污染性質(zhì)和追保護(hù)具有重要意義�；诖嗽颍疚膶�(duì)溢油探測(cè)傳感器原理樣要實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和科學(xué)研究意義。污染的危害入海后即發(fā)生一系列復(fù)雜變化，包括擴(kuò)散、溶解、乳化以及沿著海洋環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成巨大的危害。海洋中的油類污染物主，風(fēng)向及水流變化會(huì)推動(dòng)油膜向外飄散并擴(kuò)展至水體深處，影響[4-5]
【學(xué)位授予單位】：國(guó)家海洋技術(shù)中心
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X55;X834

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本文編號(hào)：2711770