一种船载便携式水下绝缘油荧光探头及测量方法与流程

本发明涉及海水的化学要素测量，尤其涉及一种船载便携式水下绝缘油荧光探头及测量方法。

背景技术：

1、电缆绝缘油是一种侧链有10-13个碳原子的烷基苯分子的混合物，其中十二烷基苯的含量占50%以上。在高压海底电缆的正常运行中，绝缘油起到了关键的安全保护作用，这是因为绝缘油的充入消除了电缆中形成的气隙，从而提高了高压电缆的工作场强，同时流体的绝缘油能释放刚性电缆的应力，提高电缆的抗压、抗弯折能力，增强了电缆对海流的适应性。为确保绝缘油的功能发挥正常，一般将其在电缆内保持较高的压力，使外界水分和空气不能从电缆本体或附件进入绝缘的内部。但由于海底电缆属于长期运行的基础设施，且不同于陆地电缆，无法对其进行常规检修，因此在长期运行过程中会因为诸如海流扰动、生物附着腐蚀、海底物理碰撞摩擦等原因发生破损，此时电缆内部的绝缘油由于高压向外泄露，这种泄露可通过电缆沿线油压表的表显压力变化表示，但无法精准定位到泄露位置。高压绝缘油的向外泄露虽然隔绝了海水向电缆内部渗透，保护了电缆的安全性，但这种保护属于应急机制无法长期持续，并且泄露的绝缘油也会对周边生态造成极大的破坏。因此一旦发生此类泄漏事故，需要尽快寻找漏点进行检修以维护电缆的安全运行，同时也降低绝缘油对周边生态环境的影响。

2、绝缘油泄漏和一般的溢油事故不同，泄漏量极小且发生在水体底层，不会在水面上形成大规模的油类聚集，无法通过遥感方法进行探测感知，只能使用传统的光学方法对水中溶解的极微量绝缘油进行监测。由于绝缘油具有独特的单环芳烃结构，能够对紫外光进行特征吸收并向外释放特定波长的荧光，这就从分子层面决定了紫外荧光法相对于红外吸收、紫外吸收等方法在灵敏度和检测限方面更具优势。目前已有的紫外荧光光谱仪可以针对极微量浓度的绝缘油溶液进行准确检测，但这种仪器不具有便携性，需要将水样带回实验室才能检测，大大增加了监测的难度。除大型仪器外，小型油类荧光传感器虽然具备便携性优势，但这些传感器多是针对传统矿物油溢油事故开发的，且体积小型化也导致了探测器性能的降低，因此这类传感器仅适用于高浓度矿物油泄漏检测，对于低浓度绝缘油的探测能力较弱。此外，电缆绝缘油的泄露发生在水体底层，无法直接对漏点进行精确定位，需要先确定大概泄露区域，再使用相应的原位探测技术确定准确泄露位置。

技术实现思路

1、本发明提供了一种船载便携式水下绝缘油荧光探头及测量方法，解决了如何精准检测水下极微量浓度电缆绝缘油的泄露区域的技术问题。

2、本发明第一方面提供的一种船载便携式水下绝缘油荧光探头，包括测试探头和与所述测试探头电连接的船载上位机；

3、所述测试探头包括外壳，所述外壳内从上至下依次设置有信号处理电路、光源调节电路、光学系统；

4、所述信号处理电路和光源调节电路均与所述光学系统连接；

5、所述光学系统包括光源发射组件、光源接收组件和样品池或水样；

6、所述外壳的底部设置有所述样品池或水样；

7、所述光源发射组件，用于将所述光源发出的光线经平行、滤光、部分反射与透射、反射的过程，最终将特定波长紫外光传输至所述样品池或水样中，其中，部分反射与透射中的部分透射光线通过参考硅光电倍增管生成参考紫外光强度信息；

8、所述光源接收组件，用于将所述样品池或水样中发出的荧光经过反射、聚焦、滤光、再次反射的过程，最终生成荧光强度信息；

9、所述光源调节电路，用于控制所述光学系统内的所述光源输出功率；

10、所述信号处理电路，用于将所述参考紫外光强度信息和所述荧光强度信息传输至所述船载上位机；

11、所述船载上位机，用于采用所述参考紫外光强度信息、所述荧光强度信息和预设测试标准曲线进行浓度运算，生成目标水域的绝缘油浓度。

12、可选地，所述船载上位机通过数据传输电缆与所述测试探头电连接。

13、可选地，所述测试探头还包括上盖板和防水接线端子；

14、所述上盖板设置于所述外壳的顶部；

15、所述上盖板上设有防水接线端子；

16、所述防水接线端子与所述信号处理电路连接。

17、可选地，所述外壳和所述上盖板均为钛合金材质。

18、可选地，所述光源发射组件设置在所述光学系统内的一侧；

19、所述光源发射组件包括由上至下依次为所述光源、倾斜放置的平行透镜、与所述平行透镜同轴放置的第一窄带滤光片、倾斜放置的比例反射镜、倾斜放置的第一反射镜和平放的第一光学窗口；

20、所述光源设置于所述光学系统内侧的顶端；

21、所述参考硅光电倍增管紧邻所述比例反射镜的出射面安装。

22、可选地，所述光源接收组件设置在所述光学系统内与所述光源发射组件相对的一侧；

23、所述光源接收组件包括由下至上依次为平放的第二光学窗口、倾斜放置的第二反射镜、倾斜放置的聚焦透镜、与所述聚焦透镜同轴放置的第二窄带滤光片、倾斜放置的第三反射镜和硅光电倍增管；

24、所述硅光电倍增管设置于所述光学系统内侧的顶端。

25、可选地，所述硅光电倍增管与所述光源相对安装；

26、所述第一光学窗口、所述第二光学窗口安装在所述外壳底部；

27、所述光源与所述光源调节电路连接；

28、所述参考硅光电倍增管、所述硅光电倍增管均与所述信号处理电路连接。

29、可选地，所述第一光学窗口和所述第二光学窗口均为蓝宝石材质；

30、所述平行透镜、所述第一窄带滤光片、所述比例反射镜、所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述聚焦透镜、所述第二窄带滤光片和所述第三反射镜均为远紫外光学石英玻璃材质。

31、可选地，所述光学系统按光经过的路径依次为所述光源、所述平行透镜、所述第一窄带滤光片、所述比例反射镜、所述第一反射镜、所述第一光学窗口、所述样品池或水样、所述第二光学窗口、所述第二反射镜、所述聚焦透镜、所述第二窄带滤光片、所述第三反射镜和所述硅光电倍增管。

32、本发明第二方面提供的一种应用于所述的船载便携式水下绝缘油荧光探头的测量方法，包括：

33、响应对目标水域的绝缘油探测请求，通过光源调节电路控制光学系统内的光源输出功率并发出光线；

34、通过光源发射组件将光源发出的光线经平行、滤光、部分反射与透射、反射的过程，最终将特定波长紫外光传输至样品池或水样中，其中，部分反射与透射中的部分透射光线通过参考硅光电倍增管生成参考紫外光强度信息；

35、通过光源接收组件将样品池或水样中发出的荧光经过反射、聚焦、滤光、再次反射的过程，最终生成荧光强度信息；

36、通过信号处理电路将参考紫外光强度信息和荧光强度信息传输至船载上位机；

37、通过船载上位机采用参考紫外光强度信息、荧光强度信息和预设测试标准曲线进行浓度运算，生成目标水域的绝缘油浓度。

38、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

39、本发明提供了一种船载便携式水下绝缘油荧光探头及测量方法，包括测试探头和与测试探头电连接的船载上位机；测试探头包括外壳，外壳内从上至下依次设置有信号处理电路、光源调节电路、光学系统；信号处理电路和光源调节电路均与光学系统连接；光学系统包括光源发射组件、光源接收组件和样品池或水样；外壳的底部设置有样品池或水样；本发明使用船载式测试探头，根据绝缘油溶液的紫外荧光效应，用紫外光源作为测量系统的驱动光源，光源发出的光经一系列透镜的平行、反射、透射进入被测水样，水样吸收光源紫外光的能量发出荧光，这种荧光信号经不同透镜的反射、聚焦、滤光进入检测器硅光电倍增管后被进行光电转换成为电信号，再经电缆输出到船载主机端进行分析处理，最终得到水体缘油浓度数值，进而精准检测水下极微量浓度电缆绝缘油的泄露区域，可以对后续精确泄露位置搜寻提供任务范围，提高了漏点搜寻的效率。