一种基于无人飞行器平台的船舶废气二氧化硫检测装置的制作方法

本实用新型涉及二氧化硫检测领域，具体而言，涉及一种基于无人飞行器平台的船舶废气二氧化硫检测装置。

背景技术：

船舶主要使用燃料油(也称渣油或重油)作为动力、电力和供热能源。船用燃料油是炼油的残余物，具有杂质含量高的特点。发动机内的燃料燃烧后，燃料油中的硫杂质会转变为氧化物，主要包括二氧化硫，二氧化硫排放到大气中，会造成严重的空气污染。目前，对于船舶排放废气的监管主要是通过对船舶使用燃油监管来实现。常用的方法是对来往船舶船用燃油进行抽查，这种方法耗费大量人力物力，效率极低。有研究机构采用紫外成像遥测的方法，通过在距离船舶一定距离的位置通过紫外成像方法对二氧化硫进行遥测，这样的检测手段只能在日间且光线较充足的天气条件下进行，在夜间或者天气恶劣时会受到较大程度的干扰，检测结果不稳定，检测结果不准确，检测过程繁琐，不能满足准确的二氧化硫检测需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种基于无人飞行器平台的船舶废气二氧化硫检测装置，可以解决上述问题。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种基于无人飞行器平台的船舶废气二氧化硫检测装置，包括：无人飞行器和二氧化硫检测装置，所述二氧化硫检测装置通过线缆与所述无人飞行器相连接，其中：

所述无人飞行器包括定位模块，当所述定位模块确定所述无人飞行器到达预设位置时，生成启动信号；

所述二氧化硫检测装置接收到所述启动信号后开始二氧化硫检测；

所述二氧化硫检测装置包括：光源、开放气室、光谱仪和数据处理模块，其中：

所述光源设置在所述开放气室的一侧，用于生成检测光束，并将所述检测光束传导至所述开放气室；

所述开放气室用于容纳待检测气体；

所述光谱仪设置在所述开放气室外，与所述光源相对的一侧，用于接收通过所述开放气室后的检测光束，获取所述检测光束的光谱信息；

所述数据处理模块与所述光谱仪相连接，用于根据所述光谱信息获取所述待检测气体中的二氧化硫组分的含量。

进一步的，还包括：

数据传输模块，与所述数据处理模块相连接，用于将检测得到的二氧化硫含量数据传输至相关联的接收装置。

进一步的，还包括：

电源模块，用于向所述光源、光谱仪、数据处理电路供电。

优选地，所述光源为具有连续光谱的紫外光源。

进一步的，还包括：

设置在所述光源与所述开放气室之间的光束准直镜，用于对所述检测光束进行准直，并将准直后的检测光束传导至所述开放气室。

进一步的，还包括：

设置在所述开放气室与所述光谱仪之间的光束会聚镜，用于将通过所述开放气室的检测光束会聚后传导至所述光谱仪。

优选地，所述光源的光谱范围为280nm至320nm。

优选地，所述光源为紫外LED灯。

优选地，所述光源为脉冲氙灯

进一步的，所述数据处理模块包括嵌入式主机、高速处理电路和存储器。

与现有技术相比，在本申请实施例中，无人飞行器上的定位系统在确定无人飞行器飞行到预设位置时，可以生成启动信号，二氧化硫检测装置在接收到启动信号后自动开始检测，可以直接在船舶废气排放的烟羽中进行检测，检测结果更贴近实际数值。并且二氧化硫检测装置通过设置可以主动发出光线的光源，而不采用环境光作为检测光束，在二氧化硫检测的过程中，不会受到环境光的影响，可以全天候的进行检测，使用范围更广泛。并且使用开放气室，省去气泵和气体吸收池等部件，结构更简单，工作效率更高。通过分析二氧化硫的光谱信息确定气体组分的含量，检测结果更准确，不会受到废气中烟尘或水汽的干扰。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型较佳实施例提供的基于无人飞行器平台的船舶废气二氧化硫检测装置的示意图。

图2为本实用新型较佳实施例提供的二氧化硫检测装置的示意图。

图3为本实用新型较佳实施例提供的基于无人飞行器平台的船舶废气二氧化硫检测装置的工作示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

船舶燃料中的硫主要转化为二氧化硫，二氧化硫排放到会对环境造成严重的污染。在世界范围内，船舶已经成为各大港口城市的主要大气污染源之一。为了改善船舶硫化物排放对环境的影响，国际海事组织批准了MARPOL73/78的新增附则，即附则VI《防止船舶造成空气污染规则》，附则要求从2012年1月1日起，船舶所用燃料油的硫含量从原来的4.5％降低至3.5％，且在排放控制区内，从2010年7月1日起船舶燃料油硫含量不能超过1％，2015年1月1日以后，不能超过0.1％。我国也在珠三角、长三角、环渤海(京津冀)水域设立船舶排放控制区，2016年1月1日起实施，严格控制船舶硫化物的排放，改善我国沿海和沿河区域特别是港口城市的环境空气质量。随着船舶硫化物排放控制的实施，十分迫切需要相应的监管手段。

有鉴于此，本申请实施例提供了一种基于无人飞行器平台的船舶废气二氧化硫检测装置，如图1包括：无人飞行器100和二氧化硫检测装置200，所述二氧化硫检测装置通过线缆与所述无人飞行器相连接，其中：所述无人飞行器包括定位模块101，当所述定位模块101确定所述无人飞行器100到达预设位置时，生成启动信号；所述二氧化硫检测装置200接收到所述启动信号后开始二氧化硫检测；如图2所示，二氧化硫检测装置200包括光源201、开放气室202、光谱仪203和数据处理模块204。

定位模块101可以采用GPS定位系统，通过无人飞行器传回的图像进行预设位置的确定，无人飞行器根据预设位置的具体坐标信息及当前位置，确定飞行轨迹，并飞行到预设位置，生成一启动信号，使二氧化硫检测装 置开始检测。

光源201设置在所述开放气室202的一侧，用于生成检测光束，并将所述检测光束传导至所述开放气室202。在本申请实施例中，光源201可以采用具有连续光谱的紫外光源201，可以发出紫外光束，紫外检测光束经过开放气室202内的气体吸收后，进入到光谱仪203，光谱仪203可以对检测光束进行解析，获取检测光束的光谱信息。

本申请实施例中的光源201采用了主动光源201，不会受到环境光照的影响，可以实现全天候的检测，即使在夜间或天气恶劣的环境中仍然可以实现对二氧化硫的检测，使得检测结果不会受到环境中杂光的影响，检测结果更准确。

在本申请实施例中，开放气室202用于容纳待检测气体，开放气室202可以直接暴露在待检测气体中，无需通过气泵或者吸收池对气体进行预处理，通过开放气室202直接对其内部的二氧化硫进行检测即可，结构更加简单。

光谱仪203设置在所述开放气室202外，与所述光源201相对的一侧，用于接收通过所述开放气室202后的检测光束，获取所述检测光束的光谱信息。在本申请实施例中，光谱仪203可以采用紫外差分吸收光谱法进行光谱信息的解析处理，通过这样的处理方法，不会受到气体中的水汽、烟尘等杂质的影响，检测结果更为精确。

在二氧化硫的检测过程中，由于废气中可能包含复杂的不同气体，还可能包括烟尘颗粒物、水汽等杂质，现有的检测手段非常容易受到其它杂质的影响，导致检测结果与实际情况误差较大，不能正确检测废气当中的二氧化硫含量，给二氧化硫的检测和监管带来不便。本申请中采用紫外差 分吸收光谱法，利用特定波段差分吸光度与废气中二氧化硫浓度的正相关关系，对被测差分吸光度进行最小二乘法分析获取气体中二氧化硫的浓度信息。

数据处理模块204与所述光谱仪203相连接，用于根据所述光谱信息获取所述待测废气中二氧化硫的含量。数据处理模块204可以根据光谱仪203解析得到的光谱信息分析光谱信息中二氧化硫的含量。

利用本申请实施例提供的二氧化硫检测装置，可以检测船舶排放废气中的二氧化硫的含量。二氧化硫检测装置通过搭载无人飞行器平台，飞行至船舶排放的烟羽中，使开放气室202完全浸入到船舶排出的废气当中，通过光谱仪203接收经过开放气室202吸收的紫外检测光束，并解析检测光束的光谱信息，分析出废气当中二氧化硫的含量，从而确定船舶的二氧化硫排放是否符合排放标准。当然，利用本申请实施例中的二氧化硫检测装置同样可以检测其他场合排放的二氧化硫。

在本申请实施例中，如图3所示，无人飞行器上的定位系统在确定无人飞行器飞行到预设位置时，可以生成启动信号，二氧化硫检测装置在接收到启动信号后自动开始检测，可以直接在船舶废气排放的烟羽中进行检测，检测结果更贴近实际数值。并且二氧化硫检测装置通过设置可以主动发出光线的光源201，而不采用环境光作为检测光束，在二氧化硫检测的过程中，不会受到环境光的影响，可以全天候的进行检测，使用范围更广泛。并且使用开放气室202，省去气泵和气体吸收池等部件，结构更简单，工作效率更高。通过分析废气的光谱信息确定二氧化硫的含量，检测结果更准确，不会受到废气中烟尘或水汽的干扰。

更进一步的，还包括数据传输模块205，数据传输模块205与所述数据处理模块204相连接，用于将检测得到的二氧化硫含量数据传输至相关联 的接收装置。通过设置数据传输模块205还可以将检测的数据结果发送到其他接收装置上。本申请实施例中的二氧化硫检测模块的工作场景可能会远离操控人员的视线，通过数据传输模块205将检测数据传输到接收装置上，操控人员通过接收装置就可以实时的了解到二氧化硫检测装置检测得到的数据。

如上所述，无人飞行器飞行至需要检测的船舶废气附近，设定船舶废气内为预设位置，无人飞行器上的定位模块确定已飞行至预设位置，则生成启动信号，二氧化硫检测装置200即根据该启动信号开始工作，通过数据处理模块204得到二氧化硫的含量数据，再通过数据传输模块205传输至接收设备上，操控人员就可以通过接收到的数据了解到二氧化硫的含量。在一些人员不便到达现场的废气检测环境中，可以更方便的及时了解二氧化硫的含量信息。

另外，还包括电源模块206，用于向所述光源201、光谱仪203、数据处理电路供电。电源模块206可以采用充电电池，为整个装置的正常工作提供电能。

另外，还可以设置光束准直镜207和光束会聚镜208，对检测光束的光路进行调整，光束准直镜207设置在所述光源201与所述开放气室202之间，用于对所述检测光束进行准直，并将准直后的检测光束传导至所述开放气室202；光束会聚镜208设置在所述开放气室202与所述光谱仪203之间，用于将通过所述开放气室202的检测光束会聚后传导至所述光谱仪203。

优选的，所述光源的光谱范围为280至320nm。所述光源201为紫外LED灯或者脉冲氙灯。

所述数据处理模块204包括嵌入式主机、高速处理电路和存储 器。高速处理电路实时快速处理采集数据，获取船舶排放二氧化硫中二氧化硫含量信息，数据存储区包括但不限于标定数据存储区、排放标准数据存储区及检测数据存储区。其中，存储器可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器用于存储程序，所述在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本实用新型实施例任一实施例揭示的流过程定义的服务器所执行的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。

处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本实用新型实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

通过在无人飞行器上设置可伸缩线缆，在无人飞行器处理飞行状态时可以控制可伸缩线缆的长度，无人飞行器上可以设置卷筒，可伸缩线缆的一端固定在卷筒上，通过控制卷筒的旋转控制线缆的长度。在使用过程中，控制无人飞行器飞行到检测地点，控制可伸缩线缆伸出，将二氧化硫传感器置于待检测废气烟羽当中，进而开始二氧化硫的检测作业。这样的检测方式，使得二氧化硫传感器能够进入到废气排放的第一现场进行检测，检 测结果更贴近实际情况，测量数值也更为精确。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用 新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。