[发明专利]一种基于油膜相对厚度获取油膜衰减系数的方法

说明书

本发明公开了一种基于油膜相对厚度获取油膜衰减系数的方法，包括：获取实测海水以及等差厚度下不同油种的光谱反射率数据，利用电磁场的连续条件推导出反射波、折射波与入射波的振幅和相位关系；根据麦克斯韦方程组计算推导平行和垂直偏振光的菲涅尔反射公式，从而获得最终的菲涅尔反射率；当光束从空气进入油膜层时存在透射现象，则获取菲涅尔透射率；分析油膜反射率与油膜厚度、入射光折射角、各界面反射率和透过率之间的理论关系；设定同一油膜且厚度分别为d₁，d₂，d₃，则获取其对应的反射率分别为R₁，R₂，R₃的关系，使用换元法简化并获得油膜衰减系数。

技术领域

本发明属于水面溢油检测技术领域，涉及一种基于油膜相对厚度获取油膜衰减系数的方法。

背景技术

水面溢油是造成海洋环境污染的一个重要来源，海洋溢油事故会造成严重的水域污染和经济损失，溢油事故发生后，溢油量估算是后期事故评估、处理的重要指标，通过光谱的反射分析可以判断海面上是否有漂浮油膜，以及厚度，可以用于海上油污染的实时测量。而且水面上漂浮的油膜由于不同的产地，其折射率、吸收系数、荧光光谱等会有明显的不同，且原油的折射率以及对光的吸收皆大于海水；在紫外光的激发下，不同类别的油膜所发出的荧光光谱互不相同，油膜有无、薄厚以及油种类不同，都会给光线在不同波长的反射率造成差异，通过比对，分析即可更进一步获得所需信息。此外，高光谱遥感数据在进行溢油油膜以及水体探测时，光束在油膜以及海水中会出现由散射和吸收造成的能量损失即光的衰减，即有一部分光子的能量转换为其他形式的能量，如热动能等。光学遥感探测器如地物光谱仪等为海洋溢油检测等提供了便利，且应用较为普遍。

对于传统介质的衰减系数主要是用椭偏仪测得的，如果样品是有机物薄膜，椭偏仪很难测出结果，而石油等产品中主要成分是烷烃、环烷烃、芳香烃等有机物的混合物；另外椭偏仪测量得到的数据需要手工处理，很复杂，非专业人员无法处理，暂时没有软件可以直接得薄膜的厚度、折射率、吸收系数值；测量衰减系数时不能同时测量透射光与反射光，所以得到的吸收系数存在一定误差。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种基于油膜相对厚度获取油膜衰减系数的方法，具体是基于水面溢油实验，然后获取不同油膜厚度下的对应的不同光谱反射率曲线，利用上述物理模型并结合溢油模拟实验数据来分析溢油油膜的衰减特性，具体包括以下步骤：

获取实测海水以及等差厚度下不同油种的光谱反射率数据，采用ASD地物光谱仪自动进行暗电流校正，在测量海水和油膜前分别测量参考白板的反射率光谱数据；

利用电磁场的连续条件推导出反射波、折射波与入射波的振幅和相位关系；

设在平静水面上发生溢油情况下，从上到下依次有空气、油膜和海水三层介质，设空气折射率是n₁；油膜折射率是n₂，油膜厚度为d；海水折射率是n₃；

根据麦克斯韦方程组计算推导平行和垂直偏振光的菲涅尔反射公式，从而获得最终的菲涅尔反射率；

当光束从空气进入油膜层时存在透射现象，则获取菲涅尔透射率；

分析油膜反射率与油膜厚度、入射光折射角、各界面反射率和透过率之间的理论关系；

设定同一油膜且厚度分别为d₁，d₂，d₃，则获取其对应的反射率分别为R₁，R₂，R₃的关系，使用换元法简化并获得油膜衰减系数。