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近年来随着科学技术和经济的发展,石油消耗量日益增加,溢油污染成了破坏海洋环境的重要源头之一。频繁发生的溢油事故对水体环境质量监测提出了更高的要求,紫外光诱导荧光水面溢油监测方法及时性好,灵敏度高,机动性强,不需要对样本进行预处理,不受时间和环境的局限,能够及时的对海面溢油状况进行监测,并实时的给出海面污染的参数状况,该方法已经成为近年来海面溢油检测应用的热点之一。
本文通过对荧光原理以及海上溢油荧光信号特点的分析,分别研制了两种使用不同紫外光源诱导荧光的海面溢油诱导荧光检测系统,论文的主要内容及取得的成果如下:
(1)提出了由卫星遥感、航空遥感,港口监测三种不同监测距离的海面溢油监测手段组成的海面溢油监测体系。以卫星遥感数据指导机载激光诱导荧光设备探测海面溢油的荧光光谱,对溢油油种进行判断,并在港口、码头、养殖区等重点水域安装固定监测站点对水质进行实时的监测。
(2)研制了分布式、无线网络传输监控数据的脉冲式氙灯近距离溢油荧光探测设备用于无人值守地区的海面油膜监测,本文对系统在1~5m距离上的油膜探测性能进行了地面试验,并在港口实地进行了不同距离的海面油膜探测试验,实验数据表明系统具有较高灵敏度和稳定性。
(3)组建了机载激光诱导荧光光谱探测系统的原理样机,首次将增强型制冷CCD光栅光谱仪用于机载诱导荧光光谱的探测,对增强型CCD在不同增益条件下进行了系统定标,并对系统的定标方法和结果进行了分析。进行了50m距离地面试验,150m高度和300m高度的机载实验,成功地获得了海面溢油荧光光谱数据。
(4)不同的矿物油种具有不同的诱导荧光光谱峰值波长或荧光寿命,本文对于机载激光诱导荧光光谱探测系统获得的不同油种的荧光光谱信息进行了分析对比,并说明了该系统用于溢油油种鉴别的可行性。
两套原理样机的研制过程中,根据应用目标分别提出了设计指标,对光学、结构、电子学各部分进行了详细的论证、系统设计和研制。并设计了大量的实用性验证试验,实验数据表明紫外光诱导荧光的溢油监测方式能够实现不同环境条件下的海面溢油监测,具有广阔的应用前景。