ITRM20130296A1 - UNDERWATER DEVICE FOR DETECTION OF NATURAL AND / OR ANTHROPICAL SUBSTANCES IN WATER. - Google Patents
UNDERWATER DEVICE FOR DETECTION OF NATURAL AND / OR ANTHROPICAL SUBSTANCES IN WATER.Info
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Description
DISPOSITIVO SUBACQUEO PER IL RILEVAMENTO DI SOSTANZE NATURALI E/O ANTROPICHE IN ACQUA UNDERWATER DEVICE FOR DETECTION OF NATURAL AND / OR ANTHROPIC SUBSTANCES IN WATER
La presente invenzione riguarda un dispositivo subacqueo di rilevamento per rilevare sostanze naturali e/o antropiche in acqua. The present invention relates to an underwater detection device for detecting natural and / or anthropogenic substances in water.
Più in particolare, l'invenzione si riferisce alla struttura di un dispositivo del tipo detto in grado di rilevare una o più sostanze naturali e/o una o più sostanze antropiche presenti nell'acqua, nonché in grado di definire le loro concentrazioni, mediante l'emissione di radiazioni luminose in modo tale da eccitare le possibili sostanze naturali e/o antropiche presenti nell'acqua, e l'analisi delle radiazioni luminose emesse da dette sostanze in risposta alla loro eccitazione . More in particular, the invention refers to the structure of a device of the above type capable of detecting one or more natural substances and / or one or more anthropogenic substances present in the water, as well as being able to define their concentrations, by means of the emission of light radiations in such a way as to excite the possible natural and / or anthropic substances present in the water, and the analysis of the light radiations emitted by said substances in response to their excitation.
Con il termine di sostanze si indicano particelle che possono essere sospese nell'acqua o composti disciolti nell'acqua. The term substances indicate particles that can be suspended in water or compounds dissolved in water.
In particolare, con il termine di sostanze naturali si fa riferimento a sostanze comprese nei seguenti gruppi: pigmenti algali (carotenidi, fìcoeritrina, ficocianina, clorofilla a, clorofilla b e clorofilla c) e materia organica come materiale proteico (tirosina, triptofano, ecc.). In particular, the term natural substances refers to substances included in the following groups: algal pigments (carotenides, phìcoerythrin, phycocyanin, chlorophyll a, chlorophyll b and chlorophyll c) and organic matter as protein material (tyrosine, tryptophan, etc. .).
Con il termine di sostanze antropiche si fa riferimento a sostanze inquinanti dovute a inquinamento biologico e/o inquinamento chimico. Un primo esempio di sostanza inquinante à ̈ dato da un qualsiasi materiale proteico, qualora ecceda un valore di soglia predeterminato. Un secondo esempio di sostanza inquinante à ̈ dato dal petrolio e dai suoi derivati (ad esempio gasolio). The term anthropogenic substances refers to pollutants due to biological and / or chemical pollution. A first example of a pollutant is given by any protein material, if it exceeds a predetermined threshold value. A second example of a pollutant is given by oil and its derivatives (for example diesel).
Attualmente, sono noti dei dispositivi di rilevamento subacquei. Currently, underwater detection devices are known.
Un primo dispositivo di rilevamento di tipo noto à ̈ descritto nella domanda di brevetto JPH0815157. A first known type detection device is described in patent application JPH0815157.
Detto dispositivo di rilevamento à ̈ costituito da una sorgente di eccitazione, che irradia sequenzialmente a 420-520nm e a 540-580nm, e da un rivelatore di emissione che misura a 640-680nm. Said detection device is constituted by an excitation source, which radiates sequentially at 420-520nm and at 540-580nm, and by an emission detector which measures at 640-680nm.
Uno svantaggio di detto dispositivo à ̈ che non à ̈ in grado di rilevare né materiale proteico né petrolio e suoi derivati. A disadvantage of this device is that it is unable to detect either protein material or petroleum and its derivatives.
Un secondo dispositivo di rilevamento di tipo noto à ̈ descritto nella domanda di brevetto JP2008224680. A second known type detection device is described in patent application JP2008224680.
Detto dispositivo di rilevamento à ̈ costituito da uno o più canali di eccitazione, uno o più canali di emissione e micro-collimatori aventi una o più lenti sferiche . Said detection device consists of one or more excitation channels, one or more emission channels and micro-collimators having one or more spherical lenses.
Uno svantaggio di detto dispositivo à ̈ che non à ̈ dotato di uno schermo per la radiazione solare. Pertanto, durante il giorno, il segnale di fluorescenza potrebbe essere inferiore al fondo solare, impedendo così al dispositivo di funzionare. A disadvantage of this device is that it does not have a solar radiation shield. Therefore, during the day, the fluorescence signal may be lower than the solar background, thus preventing the device from functioning.
Un terzo dispositivo di rilevamento di tipo noto à ̈ descritto nella domanda di brevetto W02010085736. A third known type detection device is described in patent application W02010085736.
Detto dispositivo di rilevamento à ̈ costituito da un sistema ottico che à ̈ dotato di almeno tre sensori di luce per misurare la luce diffusa sia lateralmente che in avanti, nonché la fluorescenza, in modo da misurare la concentrazione di clorofilla ed il livello di torbidità . Said detection device consists of an optical system that is equipped with at least three light sensors to measure the scattered light both laterally and forward, as well as the fluorescence, in order to measure the concentration of chlorophyll and the level of turbidity. .
Uno svantaggio di detto dispositivo à ̈ dato dal fatto che non à ̈ in grado di 'rilevare né materiale proteico né petrolio ed i suoi derivati. A disadvantage of this device is that it is unable to detect either protein material or petroleum and its derivatives.
Uno svantaggio comune ai dispositivi di rilevamento di tipo noto sopra menzionati à ̈ che ciascuno di detti dispositivi non à ̈ in grado di misurare l'intero spettro di emissione. Pertanto, ciascun dispositivo non à ̈ in grado di discriminare differenti pigmenti algali. A disadvantage common to the detection devices of the known type mentioned above is that each of said devices is not able to measure the entire emission spectrum. Therefore, each device is not able to discriminate different algal pigments.
Un ulteriore dispositivo di rilevamento à ̈ descritto nella domanda di brevetto US 2012/324986. A further detection device is described in US patent application 2012/324986.
Scopo della presente invenzione à ̈ quello di superare detti svantaggi, fornendo un dispositivo subacqueo di rilevamento, avente una struttura semplice e a basso costo, che permette di rilevare in modo univoco la presenza di sostanze naturali e/o antropiche in acqua, ed à ̈ utilizzabile in situ. The purpose of the present invention is to overcome said disadvantages by providing an underwater detection device, having a simple and low-cost structure, which allows the presence of natural and / or anthropic substances in the water to be uniquely detected, and can be used. in situ.
Un secondo scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un dispositivo con dimensioni e peso in modo tale che sia facilmente trasportabile da un operatore. A second object of the present invention is to provide a device with dimensions and weight in such a way that it can be easily transported by an operator.
Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un dispositivo il cui consumo di energia elettrica sia ridotto. Another object of the present invention is to provide a device whose electrical energy consumption is reduced.
Ciò à ̈ stato ottenuto prevedendo un dispositivo subacqueo di rilevamento che rileva attraverso un confronto tra gli spettri di fluorescenza misurati e spettri di fluorescenza prememorizzati e/o un confronto tra il valore del rapporto tra il valore del picco di emissione della sostanza da rilevare ed il valore del picco di diffusione di Raman dell'acqua ed almeno un valore del rapporto tra il valore del picco di emissione associata ad una sostanza naturale e/o antropica predeterminata ed il valore del picco di diffusione di Raman dell'acqua. This was achieved by providing an underwater detection device that detects through a comparison between the measured fluorescence spectra and pre-stored fluorescence spectra and / or a comparison between the value of the ratio between the emission peak value of the substance to be detected and the value of the Raman diffusion peak of water and at least one value of the ratio between the value of the emission peak associated with a predetermined natural and / or anthropogenic substance and the value of the Raman diffusion peak of water.
Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un dispositivo subacqueo di rilevamento per rilevare sostanze naturali e/o antropiche in acqua, che comprende una o più aperture per consentire all'acqua di entrare/uscire in/da detto dispositivo subacqueo di rilevamento, ed un contenitore di materiale impermeabile all'acqua. Detto contenitore à ̈ dotato di una porzione di materiale trasparente dimensionata per consentire il passaggio di radiazioni luminose e comprende almeno un primo diodo ad emissione luminosa o LED per emettere almeno una radiazione luminosa nella regione del visibile, ed almeno un secondo diodo ad emissione luminosa o LED per emettere almeno una radiazione luminosa nella regione dell'ultravioletto. In particolare, ciascuno primo LED e ciascun secondo LED à ̈ posizionato all'interno di detto contenitore, in modo tale che le rispettive radiazioni luminose emesse passino attraverso detta porzione di materiale trasparente e siano parzialmente sovrapposte in modo tale da formare una regione di sovrapposizione, esterna a detto contenitore, dove detta regione di sovrapposizione definisce una quantità di acqua, interna a detto dispositivo subacqueo di rilevamento, che à ̈ eccitata sia dalle radiazioni luminose emesse nella regione del visibile che dalle radiazioni luminose emesse nella regione dell'ultravioletto. Detto contenitore comprende ulteriormente al suo interno uno spettrometro per misurare gli spettri di fluorescenza di detta almeno una sostanza naturale e/o almeno una sostanza antropica in acqua, e/o per misurare il valore dei picchi di emissione di detta sostanza naturale e/o di detta sostanza antropica ed il valore del picco di diffusione di Raman di detta quantità di acqua in detta regione di sovrapposizione. Detto spettrometro à ̈ posizionato all'interno di detto contenitore, in modo tale che il suo campo di vista osservi almeno detta quantità di acqua in detta regione di sovrapposizione. Therefore, the specific object of the present invention is an underwater detection device for detecting natural and / or anthropogenic substances in water, which comprises one or more openings to allow water to enter / exit in / from said underwater detection device, and a container of waterproof material. Said container is equipped with a portion of transparent material sized to allow the passage of light radiations and comprises at least a first light emitting diode or LED to emit at least one light radiation in the visible region, and at least a second light emitting diode or LED to emit at least one light radiation in the ultraviolet region. In particular, each first LED and each second LED is positioned inside said container, in such a way that the respective emitted light radiations pass through said portion of transparent material and are partially superimposed in such a way as to form an overlapping region, external to said container, where said superposition region defines a quantity of water, internal to said underwater detection device, which is excited both by the luminous radiations emitted in the visible region and by the luminous radiations emitted in the ultraviolet region. Said container further comprises inside it a spectrometer for measuring the fluorescence spectra of said at least one natural substance and / or at least one anthropogenic substance in water, and / or for measuring the value of the emission peaks of said natural substance and / or said anthropogenic substance and the value of the Raman diffusion peak of said quantity of water in said superposition region. Said spectrometer is positioned inside said container, in such a way that its field of view observes at least said quantity of water in said superposition region.
Il dispositivo subacqueo di rilevamento comprende ulteriormente una unità di elaborazione e di rilevamento per rilevare detta almeno una sostanza naturale e/o una sostanza antropica in acqua dagli spettri di fluorescenza misurati da detto spettrometro, e/o dal valore del rapporto tra il valore del picco di emissione di detta sostanza naturale e/o antropica da rilevare ed il valore del picco di diffusione di Raman dell'acqua. Detta unità di elaborazione e rilevamento comprende un database nel quale sono prememorizzati: una o più sostanze naturali predeterminate e/o una o più sostanze antropiche predeterminate, uno spettro di fluorescenza associato a ciascuna sostanza naturale e/o antropica predeterminata, uno o più valori del rapporto tra il valore del picco di emissione di ciascuna sostanza naturale predeterminata ed il valore del picco di diffusione di Raman dell'acqua, e/o uno o più valori del rapporto tra il valore del picco di emissione di ciascuna sostanza antropica predeterminata ed il valore del picco di diffusione di Raman dell'acqua. The underwater detection device further comprises a processing and detection unit for detecting said at least one natural substance and / or an anthropogenic substance in water from the fluorescence spectra measured by said spectrometer, and / or from the value of the ratio between the peak value emission of said natural and / or anthropic substance to be detected and the value of the Raman diffusion peak of the water. Said processing and detection unit includes a database in which the following are pre-stored: one or more predetermined natural substances and / or one or more predetermined anthropogenic substances, a fluorescence spectrum associated with each predetermined natural and / or anthropogenic substance, one or more values of the ratio between the value of the emission peak of each predetermined natural substance and the value of the Raman diffusion peak of water, and / or one or more values of the ratio between the value of the emission peak of each predetermined anthropogenic substance and the value of the Raman diffusion peak of water.
In particolare, detta unità di elaborazione e rilevamento à ̈ configurata per ricevere i segnali contenenti le informazioni sugli spettri di fluorescenza inviati da detto spettrometro, in modo tale da ricostruire gli spettri di fluorescenza di ciascuna sostanza naturale e/o antropica da rilevare, e per effettuare un primo confronto tra: In particular, said processing and detection unit is configured to receive the signals containing information on the fluorescence spectra sent by said spectrometer, in such a way as to reconstruct the fluorescence spectra of each natural and / or anthropic substance to be detected, and to make a first comparison between:
ciascuno spettro di fluorescenza di detta sostanza naturale e/o antropica da rilevare, ed il rispettivo spettro di fluorescenza prememorizzato in detto database, each fluorescence spectrum of said natural and / or anthropogenic substance to be detected, and the respective fluorescence spectrum pre-stored in said database,
e/o per effettuare almeno un secondo confronto tra: and / or to make at least a second comparison between:
- il valore del rapporto tra il valore del picco di emissione di ciascuna sostanza naturale e/o antropica rilevata ed il valore del picco di diffusione di Raman di detta quantità di acqua in detta regione di sovrapposizione, e - the value of the ratio between the value of the emission peak of each natural and / or anthropogenic substance detected and the value of the Raman diffusion peak of said quantity of water in said overlapping region, and
- ciascun valore del rapporto tra il valore del picco di emissione di ciascuna sostanza naturale e/o antropica predeterminata ed il valore del picco di diffusione di Raman dell'acqua, prememorizzato in detto database, - each value of the ratio between the value of the emission peak of each predetermined natural and / or anthropogenic substance and the value of the Raman diffusion peak of the water, pre-stored in said database,
in modo tale che da uno di detti confronti o dalla combinazione di detti confronti sia/siano identificata/e una o più sostanze naturali e/o antropiche presenti in acqua. in such a way that from one of said comparisons or from the combination of said comparisons one or more natural and / or anthropic substances present in the water are / are identified.
E' preferibile che detto dispositivo subacqueo di rilevamento comprenda una prima apertura ed una seconda apertura per consentire all'acqua rispettivamente di entrare e/o uscire in/da detto dispositivo, in modo tale da garantire un passaggio continuo di acqua dall'esterno di detto dispositivo al suo interno, e viceversa. It is preferable that said underwater detection device comprises a first opening and a second opening to allow water respectively to enter and / or exit in / from said device, in such a way as to ensure a continuous passage of water from the outside of said device. device inside it, and vice versa.
Secondo l'invenzione, detto dispositivo subacqueo di rilevamento può comprendere un elemento di schermatura per schermare le radiazioni luminose esterne a detto dispositivo, dove detto elemento di schermatura à ̈ accoppiato a detto contenitore. According to the invention, said underwater detection device can comprise a shielding element for shielding the light radiations external to said device, where said shielding element is coupled to said container.
In particolare, detto dispositivo subacqueo di rilevamento può comprendere una rispettiva porzione rialzata o sporgenza in corrispondenza di ciascuna apertura, in modo tale che radiazioni luminose esterne a detto dispositivo che entrano in detto dispositivo, tramite una di dette aperture, colpiscano una porzione rialzata e siano riflesse su una faccia interna di detto elemento di schermatura. In particular, said underwater detection device can comprise a respective raised portion or protrusion at each opening, so that light radiations external to said device which enter said device, through one of said openings, strike a raised portion and are reflected on an internal face of said shielding element.
Più in particolare, detto elemento di schermatura può comprendere un corpo cavo, avente una prima estremità ed una seconda estremità , opposta a detta prima estremità , ed una testa, accoppiata a detto corpo cavo, avente una prima superficie, rivolta verso detto corpo cavo, ed una seconda superficie, opposta a detta prima superficie. Detto corpo cavo à ̈ dimensionato in modo tale che detta regione di sovrapposizione, nonché la proiezione ortogonale di ciascuna di dette porzioni rialzate sia al suo interno. More particularly, said shielding element can comprise a hollow body, having a first end and a second end, opposite to said first end, and a head, coupled to said hollow body, having a first surface, facing said hollow body, and a second surface, opposite to said first surface. Said hollow body is dimensioned in such a way that said overlapping region, as well as the orthogonal projection of each of said raised portions is inside it.
Vantaggiosamente, una prima porzione rialzata può essere disposta su una parete di detto contenitore e detta porzione di materiale trasparente può essere posizionata su detta prima porzione rialzata. Una seconda porzione rialzata può essere disposta sulla prima superficie di detta testa di detto elemento di schermatura . Advantageously, a first raised portion can be arranged on a wall of said container and said portion of transparent material can be positioned on said first raised portion. A second raised portion can be arranged on the first surface of said head of said shielding element.
Ancora vantaggiosamente, detto subacqueo di rilevamento può comprendere mezzi di aggancio per agganciare detto dispositivo e consentire che esso venga introdotto in o prelevato dall'acqua, dove detti mezzi di aggancio sono disposti sulla seconda superficie di detta testa di detto elemento di schermatura. Still advantageously, said detecting diver can comprise coupling means for coupling said device and allowing it to be introduced into or withdrawn from the water, where said coupling means are arranged on the second surface of said head of said shielding element.
Secondo l'invenzione, ciascun primo LED e ciascun secondo LED può essere disposto su un primo piano. According to the invention, each first LED and each second LED can be arranged on a foreground.
È preferibile che ciascun primo LED e ciascun secondo LED sia inclinato rispetto a detto primo piano di un rispettivo angolo. It is preferable that each first LED and each second LED be inclined with respect to said first plane by a respective angle.
È ulteriormente preferibile che ciascuno di detti angoli abbia un valore compreso tra 65° e 80°. It is further preferable that each of said angles has a value between 65 ° and 80 °.
Ancora secondo l'invenzione, detto spettrometro può essere disposto su un secondo piano, parallelo a detto primo piano, ad una distanza predeterminata da esso. Still according to the invention, said spectrometer can be arranged on a second plane, parallel to said first plane, at a predetermined distance from it.
In una prima configurazione, detto secondo piano può essere al di sotto di detto primo piano, posizionato tra detto primo piano ed un piano passante per una parete di fondo di detto contenitore. Su detto primo piano può essere previsto un foro per consentire a detto spettrometro di avere un campo di vista, in modo da osservare almeno detta regione di sovrapposizione . In a first configuration, said second floor can be below said first floor, positioned between said first floor and a floor passing through a back wall of said container. A hole can be provided on said first plane to allow said spectrometer to have a field of view, so as to observe at least said superposition region.
In una seconda configurazione, detto secondo piano può coincidere con detto primo piano. In a second configuration, said second floor can coincide with said first floor.
In una terza configurazione, detto secondo piano può essere al di sopra di detto primo piano, posizionato tra detto primo piano ed un piano passante per detta porzione di materiale trasparente di detto contenitore. In detta configurazione, detto secondo piano à ̈ di materiale trasparente. In a third configuration, said second floor can be above said first floor, positioned between said first floor and a surface passing through said portion of transparent material of said container. In this configuration, the second floor is made of transparent material.
Inoltre, il dispositivo subacqueo di rilevamento può comprendere mezzi ottici di filtraggio, applicati su ciascuno primo LED, per filtrare le lunghezze d'onda delle radiazioni luminose nella regione del visibile diverse dalla lunghezza d'onda principale. Furthermore, the underwater detection device may comprise optical filtering means, applied on each first LED, for filtering the wavelengths of the light radiations in the visible region other than the main wavelength.
In alternativa o in combinazione con detti mezzi ottici di filtraggio applicati sui primi LED, detto dispositivo subacqueo di rilevamento può comprendere mezzi ottici di filtraggio, applicati su detto spettrometro, per filtrare la lunghezza d'onda principale delle radiazioni luminose emesse da ciascun secondo LED, in modo tale che detto spettrometro rilevi le altre lunghezze d'onda delle radiazioni luminose emesse nella regione dell'ultravioletto. Alternatively or in combination with said optical filtering means applied on the first LEDs, said underwater detection device can comprise optical filtering means, applied on said spectrometer, to filter the main wavelength of the light radiations emitted by each second LED, in such a way that said spectrometer detects the other wavelengths of the light radiations emitted in the ultraviolet region.
In alternativa o in combinazione con detti mezzi ottici di filtraggio applicati sui primi LED, detto dispositivo subacqueo di rilevamento può comprendere mezzi ottici di filtraggio, applicati su ciascun secondo LED, per filtrare le lunghezza d'onda delle radiazioni luminose nella regione dell'ultravioletto diverse dalla lunghezza d'onda principale. Alternatively or in combination with said optical filtering means applied on the first LEDs, said underwater detection device can comprise optical filtering means, applied on each second LED, to filter the wavelengths of the light radiations in the different ultraviolet region from the main wavelength.
La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo due forme di realizzazione, con particolare riferimento alle figure allegate, in cui: The present invention will now be described, for illustrative but not limitative purposes, according to two embodiments, with particular reference to the attached figures, in which:
la figura 1 mostra una prima vista prospettica di una prima forma di realizzazione del dispositivo subacqueo di rilevamento per rilevare sostanze naturali e/o antropiche in acqua, secondo l'invenzione; Figure 1 shows a first perspective view of a first embodiment of the underwater detection device for detecting natural and / or anthropogenic substances in water, according to the invention;
la figura 2 mostra una seconda vista prospettica del dispositivo di fig. 1; figure 2 shows a second perspective view of the device of fig. 1;
la figura 3 Ã ̈ una vista esplosa del dispositivo di fig. 1, comprendente un elemento di schermatura per schermare le radiazioni luminose esterne al dispositivo stesso ed un contenitore comprendente diodi a emissione luminosa o LED ed uno spettrometro; figure 3 is an exploded view of the device of fig. 1, comprising a shielding element for shielding the light radiations external to the device itself and a container comprising light-emitting diodes or LEDs and a spectrometer;
la figura 4 Ã ̈ una sezione del dispositivo di fig. figure 4 is a section of the device of fig.
l; L;
la figura 5 Ã ̈ una sezione del dispositivo di fig. 1 acceso immerso nell'acqua; figure 5 is a section of the device of fig. 1 lit immersed in water;
la figura 6 Ã ̈ una vista dall'alto di un dettaglio del contenitore del dispositivo di fig. 3, relativo alla porzione di materiale trasparente del contenitore; figure 6 is a top view of a detail of the container of the device of fig. 3, relating to the portion of transparent material of the container;
la figura 7 Ã ̈ una sezione lungo la linea A-A della fig. 6; figure 7 is a section along line A-A of fig. 6;
la figura 8 Ã ̈ una sezione lungo la linea B-B della fig. 6; figure 8 is a section along line B-B of fig. 6;
la figura 9 Ã ̈ una vista dall'alto di un dettaglio del contenitore di una seconda forma di realizzazione del dispositivo subacqueo di rilevamento, relativo alla porzione di materiale trasparente; figure 9 is a top view of a detail of the container of a second embodiment of the underwater detection device, relative to the portion of transparent material;
la figura 10 Ã ̈ una sezione lungo la linea C-C di fig. 9; figure 10 is a section along the line C-C of fig. 9;
la figura 11 mostra lo spettro di fluorescenza della clorofilla presente in un contenitore d'acqua; la figura 12 mostra tre spettri di fluorescenza del gasolio in un contenitore d'acqua, un primo spettro associato ad una prima concentrazione di gasolio in acqua, un secondo spettro associato ad una seconda concentrazione di gasolio in acqua, maggiore della prima concentrazione, ed un terzo spettro associato a detta seconda concentrazione, dove i secondi LED del dispositivo di rilevamento sono inclinati di un predeterminato angolo. Figure 11 shows the fluorescence spectrum of the chlorophyll present in a container of water; Figure 12 shows three fluorescence spectra of gas oil in a container of water, a first spectrum associated with a first concentration of gas oil in water, a second spectrum associated with a second concentration of gas oil in water, higher than the first concentration, and a third spectrum associated with said second concentration, where the second LEDs of the detection device are inclined by a predetermined angle.
Con riferimento alle figure 1-8, si descrive la prima forma di realizzazione di un dispositivo subacqueo di rilevamento 1 per rilevare sostanze naturali e/o antropiche presenti in acqua. With reference to Figures 1-8, the first embodiment of an underwater detection device 1 for detecting natural and / or anthropogenic substances present in water is described.
Nell'esempio che si descrive, il dispositivo 1 à ̈ utilizzato per rilevare la presenza di clorofilla e di petrolio in acqua. Vantaggiosamente, lo stesso dispositivo può essere utilizzato per rilevare almeno un'altra sostanza naturale, in alternativa o in combinazione con la clorofilla, e/o almeno un'altra sostanza antropica, in alternativa o in combinazione con il petrolio, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione . In the example described, device 1 is used to detect the presence of chlorophyll and petroleum in water. Advantageously, the same device can be used to detect at least one other natural substance, alternatively or in combination with chlorophyll, and / or at least another anthropogenic substance, alternatively or in combination with petroleum, without leaving the scope of the invention.
Il dispositivo subacqueo di rilevamento 1 comprende un contenitore 2, di materiale impermeabile all'acqua, ed un elemento di schermatura 6 per schermare le radiazioni luminose esterne al dispositivo stesso (figg. 1-3). Infatti, detto elemento di schermatura 6 à ̈ di colore nero affinché le radiazioni luminose provenienti dall'esterno del dispositivo vengano assorbite e non interferiscano nel rilevamento delle sostanze naturali e/o antropiche da rilevare in acqua. L'elemento di schermatura 6 à ̈ accoppiato al contenitore 2 mediante una pluralità di bracci 7. Nella forma di realizzazione che si descrive, l'elemento di schermatura 6 à ̈ accoppiato al contenitore 2 mediante quattro bracci. Tuttavia, sebbene non mostrato nelle figure, l'elemento di schermatura 6 può essere accoppiato al contenitore 2 mediante un numero qualsiasi di bracci, persino un singolo braccio (figg. The underwater detection device 1 comprises a container 2, of water-impermeable material, and a shielding element 6 for shielding the luminous radiations external to the device itself (Figs. 1-3). In fact, said shielding element 6 is black in color so that the light radiations coming from the outside of the device are absorbed and do not interfere in the detection of the natural and / or anthropogenic substances to be detected in the water. The shielding element 6 is coupled to the container 2 by means of a plurality of arms 7. In the embodiment described, the shielding element 6 is coupled to the container 2 by means of four arms. However, although not shown in the figures, the shielding element 6 can be coupled to the container 2 by means of any number of arms, even a single arm (figs.
1-3). 1-3).
Con particolare riferimento al contenitore 2 (figg. With particular reference to the container 2 (figs.
3-5), detto contenitore 2 Ã ̈ dotato di una porzione 2A di materiale trasparente e comprende al suo interno: 3-5), said container 2 is equipped with a portion 2A of transparent material and comprises inside:
una pluralità di primi diodi ad emissione luminosa o LED 3 per emettere almeno una radiazione luminosa nella regione del visibile, a plurality of first light emitting diodes or LEDs 3 for emitting at least one light radiation in the visible region,
una pluralità di secondi diodi ad emissione luminosa o LED 4 per emettere almeno una radiazione luminosa nella regione dell'ultravioletto, a plurality of second light emitting diodes or LEDs 4 for emitting at least one light radiation in the ultraviolet region,
- uno spettrometro 5 per misurare gli spettri di fluorescenza della clorofilla e del petrolio presenti in acqua. - a spectrometer 5 to measure the fluorescence spectra of chlorophyll and petroleum present in water.
In particolare, la porzione 2A di materiale trasparente à ̈ posizionata su una prima porzione rialzata o sporgenza 21A prevista su una parete 21 del contenitore 2. In particular, the portion 2A of transparent material is positioned on a first raised portion or protrusion 21A provided on a wall 21 of the container 2.
Detti primi LED 3 e detti secondi LED 4 sono posizionati all'interno del contenitore 2 in modo tale che le rispettive radiazioni luminose emesse nella regione del visibile e dell'ultravioletto passino attraverso detta porzione 2A di materiale trasparente. In particolare, detti primi LED 3 e detti secondi LED 4 sono disposti tra detta porzione 2A di materiale trasparente del contenitore 2 e detto spettrometro 5 (figg. 4-5). Più in particolare, detti primi LED 3 e detti secondi LED 4 sono disposti su un primo piano PI e detto spettrometro 5 à ̈ disposto su un secondo piano P2 , parallelo a detto primo piano PI e sottostante ad esso, i.e. tra detto primo piano PI ed un piano passante per una parete di fondo 22 del contenitore 2, ad una prima distanza predeterminata da esso. Inoltre, su detto primo piano PI à ̈ presente una apertura o foro 5A per consentire il passaggio del campo di vista dello spettrometro 5. Tuttavia, sebbene non mostrato nelle figure, in una prima alternativa detto spettrometro 5 può essere posizionato sullo stesso piano PI su cui sono disposti detti primi LED 3 e detti secondi LED 4. In questo caso, il secondo piano P2 coincide con il primo piano PI. In una seconda alternativa, detto spettrometro 5 può essere posizionato su un secondo piano P2, al di sopra di detto primo piano PI, i.e. tra il primo piano PI su cui sono disposti detti primi LED 3 e detti secondi LED 4 ed un piano passante per la porzione 2A di materiale trasparente del contenitore 2, ad una seconda distanza predeterminata da esso. In questa seconda alternativa, il secondo piano P2 à ̈ di materiale trasparente per consentire il passaggio delle radiazioni luminose emesse dai primi LED 3 e dai secondi LED 4. In queste due alternative, non à ̈ necessario che il dispositivo subacqueo di rilevamento 1 sia dotato di una apertura 5A per consentire allo spettrometro 5 di avere un campo di vista. Said first LEDs 3 and said second LEDs 4 are positioned inside the container 2 in such a way that the respective light radiations emitted in the visible and ultraviolet region pass through said portion 2A of transparent material. In particular, said first LEDs 3 and said second LEDs 4 are arranged between said portion 2A of transparent material of the container 2 and said spectrometer 5 (Figs. 4-5). More specifically, said first LEDs 3 and said second LEDs 4 are arranged on a first plane P1 and said spectrometer 5 is arranged on a second plane P2, parallel to said first plane P1 and below it, i.e. between said first plane P1 and a plane passing through a bottom wall 22 of the container 2, at a first predetermined distance therefrom. Furthermore, on said first plane P1 there is an opening or hole 5A to allow the passage of the field of view of the spectrometer 5. However, although not shown in the figures, in a first alternative said spectrometer 5 can be positioned on the same plane P1 on where said first LEDs 3 and said second LEDs 4 are arranged. In this case, the second plane P2 coincides with the first plane P1. In a second alternative, said spectrometer 5 can be positioned on a second plane P2, above said first plane P1, i.e. between the first plane P1 on which said first LEDs 3 and said second LEDs 4 are arranged and a plane passing through the portion 2A of transparent material of the container 2, at a second predetermined distance therefrom. In this second alternative, the second plane P2 is of transparent material to allow the passage of the luminous radiations emitted by the first LEDs 3 and by the second LEDs 4. In these two alternatives, it is not necessary that the underwater detection device 1 is equipped of an aperture 5A to allow the spectrometer 5 to have a field of view.
Secondo una caratteristica peculiare dell'invenzione, le sorgenti luminose per l'emissione di radiazioni luminose nella regione del visibile e dell'ultravioletto del dispositivo subacqueo di rilevamento 1 sono dei LED così che le lunghezze d'onda delle radiazioni luminose emesse possano essere ottimizzate per eccitare le sostanze naturali e/o antropiche che si desidera rilevare in acqua, i.e. clorofilla e petrolio. According to a peculiar feature of the invention, the light sources for the emission of light radiations in the visible and ultraviolet region of the underwater detection device 1 are LEDs so that the wavelengths of the emitted light radiations can be optimized. to excite the natural and / or anthropogenic substances that you want to detect in water, i.e. chlorophyll and petroleum.
A tale scopo, à ̈ preferibile che la radiazione luminosa emessa nella regione del visibile dai primi LED 3 abbia una lunghezza d'onda compresa tra 400nm e 500nm, in quanto lo spettro di assorbimento della clorofilla à ̈ al massimo compreso tra 400nm e 500nm, e che la radiazione luminosa emessa nella regione dell'ultravioletto dai secondi LED 4 abbia una lunghezza d'onda compresa tra 280nm e 300nm, in quanto lo spettro di assorbimento del petrolio à ̈ al massimo compreso tra 280nm e 300nm. For this purpose, it is preferable that the light radiation emitted in the visible region by the first LEDs 3 has a wavelength between 400nm and 500nm, as the absorption spectrum of chlorophyll is at most between 400nm and 500nm, and that the light radiation emitted in the ultraviolet region by the second LEDs 4 has a wavelength between 280nm and 300nm, as the absorption spectrum of oil is at most between 280nm and 300nm.
Con particolare riferimento all'elemento di schermatura 6, detto elemento di schermatura 6 comprende un corpo 60 cavo, avente una prima estremità 60A ed una seconda estremità 60B, opposta a detta prima estremità 60A, ed una testa 61, avente una prima superficie 611, rivolta verso detto corpo 60 cavo, ed una seconda superficie 612, opposta a detta prima superficie 611. Detto corpo 60 cavo à ̈ accoppiato a detta testa 61. With particular reference to the shielding element 6, said shielding element 6 comprises a hollow body 60, having a first end 60A and a second end 60B, opposite to said first end 60A, and a head 61, having a first surface 611, facing said hollow body 60, and a second surface 612, opposite said first surface 611. Said hollow body 60 is coupled to said head 61.
Sulla prima superficie 611 della testa 61 Ã ̈ prevista una seconda porzione rialzata o una sporgenza 6 1A, e sulla seconda superficie 612 della testa 61 sono disposti dei mezzi di aggancio 64 per agganciare detto dispositivo subacqueo di rilevamento 1 e consentire che esso venga introdotto in o prelevato dall'acqua. On the first surface 611 of the head 61 a second raised portion or a protrusion 6 1A is provided, and on the second surface 612 of the head 61 there are coupling means 64 to hook said underwater detection device 1 and allow it to be introduced into or taken from the water.
Secondo l'invenzione, il corpo 60 cavo à ̈ dimensionato in modo tale che la proiezione ortogonale della prima porzione rialzata 21A e la proiezione ortogonale della seconda porzione rialzata 61A della testa 61 siano al suo interno. According to the invention, the hollow body 60 is dimensioned in such a way that the orthogonal projection of the first raised portion 21A and the orthogonal projection of the second raised portion 61A of the head 61 are inside it.
In particolare, il corpo 60 cavo à ̈ accoppiato alla testa 61 in modo tale che la sua altezza H sia parzialmente sovrapposta alle altezze HI, H2 rispettivamente della prima porzione rialzata 21A del contenitore 2 e della seconda porzione rialzata 61A della testa 61. In particular, the hollow body 60 is coupled to the head 61 in such a way that its height H is partially superimposed on the heights H1, H2 respectively of the first raised portion 21A of the container 2 and of the second raised portion 61A of the head 61.
Più in particolare, tra la prima estremità 60A di detto corpo 60 e la prima superficie 611 della testa 61 à ̈ presente una prima distanza DI e tra la prima estremità 60A di detto corpo 60 cavo e la seconda porzione rialzata 61A della testa 61 à ̈ presente una seconda distanza D2 per consentire l'ingresso (l'uscita) di una quantità di acqua all'interno del corpo 60 cavo. More specifically, between the first end 60A of said body 60 and the first surface 611 of the head 61 there is a first distance D1 and between the first end 60A of said hollow body 60 and the second raised portion 61A of the head 61 is there is a second distance D2 to allow the entry (exit) of a quantity of water inside the hollow body 60.
Inoltre, tra la seconda estremità 60B del corpo 60 cavo e la parete 21 del contenitore 2, i.e. la parete dotata della prima porzione rialzata 21A (sulla quale à ̈ prevista la porzione 2A di materiale trasparente), à ̈ presente una prima distanza Di' e tra la seconda estremità 60B del corpo 60 cavo e detta prima porzione di rialzata 21A à ̈ presente una seconda distanza D2' per consentire l'uscita (l'ingresso) di una quantità di acqua dal corpo 60 cavo stesso. In particolare, ciascuna di dette prime distanze DI, DI' à ̈ inferiore rispetto all'altezza rispettivamente della seconda porzione rialzata 61A e della prima porzione rialzata 21A. Furthermore, between the second end 60B of the hollow body 60 and the wall 21 of the container 2, i.e. the wall equipped with the first raised portion 21A (on which the portion 2A of transparent material is provided), there is a first distance Di 'and between the second end 60B of the hollow body 60 and said first raised portion 21A is present a second distance D2 'to allow the outlet (inlet) of a quantity of water from the hollow body 60 itself. In particular, each of said first distances DI, DI 'is lower than the height of the second raised portion 61A and the first raised portion 21A, respectively.
In altre parole, ciascuna coppia di distanze definisce una rispettiva apertura FI, F2 per l'ingresso e/o l'uscita dell'acqua nel/dal dispositivo subacqueo di rilevamento 1, dove ciascuna di dette aperture FI, F2 à ̈ posizionata in corrispondenza di una rispettiva porzione rialzata 61A, 21A. Sebbene non mostrato nelle figure, il dispositivo subacqueo di rilevamento 1 può essere dotato di una o più aperture per consentire l'ingresso e l'uscita di acqua dall'interno del dispositivo subacqueo di rilevamento verso l'esterno e viceversa. In other words, each pair of distances defines a respective opening FI, F2 for the entry and / or exit of the water into / from the underwater detection device 1, where each of said openings FI, F2 is positioned in correspondence of a respective raised portion 61A, 21A. Although not shown in the figures, the underwater detection device 1 can be equipped with one or more openings to allow the entry and exit of water from the inside of the underwater detection device to the outside and vice versa.
In questo modo, à ̈ garantito un passaggio continuo di una quantità di acqua dall'esterno del corpo 60 cavo, e quindi dall'esterno dell'elemento di schermatura 6, all'interno del corpo 60 cavo stesso, e viceversa. Ciò consente di rilevare la presenza di clorofilla e di petrolio in una quantità di acqua che à ̈ di volta in volta diversa dalla precedente quantità di acqua osservata. In altre parole, il campione di acqua osservato à ̈ sempre diverso e di conseguenza à ̈ possibile osservare l'evoluzione della clorofilla e del petrolio presenti in acqua. In this way, a continuous passage of a quantity of water is guaranteed from the outside of the hollow body 60, and therefore from the outside of the shielding element 6, inside the hollow body 60 itself, and vice versa. This allows to detect the presence of chlorophyll and petroleum in a quantity of water which is different from time to time from the previous quantity of water observed. In other words, the observed water sample is always different and consequently it is possible to observe the evolution of chlorophyll and oil present in the water.
Alla luce di quanto sopra esposto, dovuta al fato che ciascuna prima distanza DI, DI' à ̈ inferiore rispetto all'altezza della rispettiva porzione rialzata 21A e 61A, una eventuale radiazione luminosa esterna al dispositivo 1 che entra nel corpo 60 cavo attraverso la prima apertura FI e/o la seconda apertura F2 incide rispettivamente sulla seconda porzione rialzata 61A della testa 61 dell'elemento di schermatura 6 e/o sulla prima porzione rialzata 21A del contenitore 2, così da essere riflessa sulla faccia interna del corpo 60 cavo stesso in modo tale da essere assorbita, e non interferire con la misura degli spettri di fluorescenza e/o dei picchi di emissione delle sostanze naturali e/o antropiche da rilevare. In light of the foregoing, due to the fact that each first distance DI, DI 'is lower than the height of the respective raised portion 21A and 61A, any light radiation external to the device 1 which enters the hollow body 60 through the first opening FI and / or the second opening F2 respectively affects the second raised portion 61A of the head 61 of the shielding element 6 and / or the first raised portion 21A of the container 2, so as to be reflected on the inner face of the hollow body 60 itself in such a way as to be absorbed, and not to interfere with the measurement of the fluorescence spectra and / or the emission peaks of the natural and / or anthropogenic substances to be detected.
Nell'esempio che si descrive, il contenitore 2 ha la forma di un parallelepipedo rettangolo, e la testa 61 dell'elemento di schermatura 6 ha una estensione maggiore della parete 21 del contenitore 2. In the example described, the container 2 has the shape of a rectangular parallelepiped, and the head 61 of the shielding element 6 has a greater extension than the wall 21 of the container 2.
Come già detto, i primi LED 3 che emettono radiazioni luminose nella regione del visibile ed i secondi LED 4 che emettono radiazioni luminose nella regione dell'ultravioletto sono disposti all'interno del contenitore 2 in modo tale che le rispettive radiazioni luminose passino attraverso la porzione 2A di materiale trasparente del contenitore 2 stesso. In particolare, detti primi LED 3 e detti secondi LED 4 sono posizionati in modo tale da essere inclinati rispetto al primo piano PI su cui sono disposti e le rispettive radiazioni luminose emesse nella regione del visibile e dell'ultravioletto sono parzialmente sovrapposte in una regione di sovrapposizione S esterna a detto contenitore 2. Detta regione di sovrapposizione S definisce una quantità di acqua A all'interno del corpo 60 cavo dell'elemento di schermatura 6, che viene eccitata sia dalle radiazioni luminose nella regione del visibile sia da quelle nella regione dell 'ultravioletto. As already mentioned, the first LEDs 3 which emit light radiations in the visible region and the second LEDs 4 which emit light radiations in the ultraviolet region are arranged inside the container 2 in such a way that the respective light radiations pass through the portion 2A of transparent material of the container 2 itself. In particular, said first LEDs 3 and said second LEDs 4 are positioned in such a way as to be inclined with respect to the first plane P1 on which they are arranged and the respective light radiations emitted in the visible and ultraviolet region are partially superimposed in a region of overlap S external to said container 2. Said overlapping region S defines a quantity of water A inside the hollow body 60 of the shielding element 6, which is excited both by light radiations in the visible region and by those in the region of 'ultraviolet.
Secondo l'invenzione, lo spettrometro 5 à ̈ disposto all'interno del contenitore 2 in modo tale che il suo campo di vista intercetti la quantità di acqua nella regione di sovrapposizione S, così che lo spettrometro 5 possa misurare gli spettri di fluorescenza della clorofilla e del petrolio presenti in detta quantità di acqua . According to the invention, the spectrometer 5 is arranged inside the container 2 in such a way that its field of view intercepts the quantity of water in the superposition region S, so that the spectrometer 5 can measure the fluorescence spectra of the chlorophyll and petroleum present in said amount of water.
Come già detto, affinché lo spettrometro 5 abbia un campo di vista che gli consente di osservare una quantità di acqua presente all'interno del corpo 60 cavo dell'elemento di schermatura 6, il dispositivo subacqueo di rilevamento 1 à ̈ dotato di una apertura o foro 5A, e detti primi LED 3 e detti secondi 4 sono disposti attorno a detta apertura 5A. As already mentioned, in order for the spectrometer 5 to have a field of view that allows it to observe a quantity of water present inside the hollow body 60 of the shielding element 6, the underwater detection device 1 is equipped with an opening or hole 5A, and said first LEDs 3 and said second 4 are arranged around said opening 5A.
In altre parole, il corpo 60 cavo dell'elemento di schermatura 6 si comporta come una camera di interazione, in quanto le molecole di clorofilla e di petrolio presenti nella quantità di acqua A all'interno del corpo 60 cavo vengono eccitate dalle radiazioni luminose emesse rispettivamente nella regione del visibile e dell'ultravioletto. Infatti, l'eccitazione della clorofilla à ̈ dovuta al fatto che la clorofilla assorbe le radiazioni luminose emesse dai primi LED 3, e l'eccitazione del petrolio à ̈ dovuta al fatto che il petrolio assorbe le radiazioni luminose emesse dai secondi LED 4. Dovuta alla loro eccitazione, la clorofilla ed il petrolio presenti in detta quantità di acqua emettono radiazioni luminose aventi una rispettiva lunghezza d'onda, diversa da quella delle radiazioni luminose che sono state emesse dai primi LED 3 e dai secondi LED 4 e che sono state assorbite rispettivamente dalla clorofilla e dal petrolio. In other words, the hollow body 60 of the shielding element 6 behaves like an interaction chamber, since the chlorophyll and petroleum molecules present in the amount of water A inside the hollow body 60 are excited by the emitted light radiations. respectively in the visible and ultraviolet region. In fact, the excitation of chlorophyll is due to the fact that the chlorophyll absorbs the light radiations emitted by the first 3 LEDs, and the excitation of the oil is due to the fact that the oil absorbs the light radiations emitted by the second LEDs 4. Due to upon their excitation, the chlorophyll and the petroleum present in said quantity of water emit luminous radiations having a respective wavelength, different from that of the luminous radiations that were emitted by the first LEDs 3 and by the second LEDs 4 and which have been absorbed from chlorophyll and petroleum respectively.
Lo spettrometro 5 misura gli spettri di fluorescenza della clorofilla e del petrolio presenti nella quantità di acqua all'interno del corpo 60 cavo, che ricade nel suo campo di vista. Infatti, grazie al suo campo di vista, lo spettrometro 5 intercetta le radiazioni luminose che vengono rispettivamente emesse dalla clorofilla e dal petrolio, a seguito della eccitazione dovuta all'assorbimento delle rispettive radiazioni luminose emesse dai primi LED 3 e dai secondi LED 4, e misura gli spettri di fluorescenza della clorofilla e del petrolio. The spectrometer 5 measures the fluorescence spectra of chlorophyll and petroleum present in the amount of water inside the hollow body 60, which falls within its field of view. In fact, thanks to its field of view, the spectrometer 5 intercepts the light radiations that are respectively emitted by chlorophyll and petroleum, following the excitation due to the absorption of the respective light radiations emitted by the first LEDs 3 and by the second LEDs 4, and measures the fluorescence spectra of chlorophyll and petroleum.
Secondo l'invenzione, detto dispositivo subacqueo di rilevamento 1 comprende ulteriormente una unità di elaborazione e rilevamento 8, collegata allo spettrometro 5, ai primi LED 3 per emettere radiazioni luminose nella regione del visibile ed ai secondi LED 4 per emettere radiazioni luminose nella regione dell'ultravioletto, per elaborare i segnali provenienti dallo spettrometro 5 che contengono informazioni sugli spettri di fluorescenza, in modo da ricostruire gli spettri di fluorescenza, e rilevare la presenza di clorofilla e petrolio in acqua (figg. 4-5). According to the invention, said underwater detection device 1 further comprises a processing and detection unit 8, connected to the spectrometer 5, to the first LEDs 3 to emit light radiations in the visible region and to the second LEDs 4 to emit light radiations in the region of the ultraviolet, to process the signals coming from the spectrometer 5 which contain information on the fluorescence spectra, in order to reconstruct the fluorescence spectra, and to detect the presence of chlorophyll and petroleum in water (Figs. 4-5).
In particolare, detta unità di elaborazione e rilevamento 8 comprende un database 9 nel quale sono prememorizzati gli spettri di fluorescenza della clorofilla e del petrolio. In particular, said processing and detection unit 8 comprises a database 9 in which the fluorescence spectra of chlorophyll and petroleum are pre-stored.
Un confronto tra gli spettri di fluorescenza della clorofilla e del petrolio ottenuti con lo spettrometro 5 ed i rispettivi spettri di fluorescenza prememorizzati nel database 9 della unità di elaborazione e rilevamento 8 permette di rilevare in modo univoco la presenza di clorofilla e petrolio in acqua . A comparison between the fluorescence spectra of chlorophyll and petroleum obtained with the spectrometer 5 and the respective fluorescence spectra pre-stored in the database 9 of the processing and detection unit 8 allows to uniquely detect the presence of chlorophyll and petroleum in water.
In altre parole, detta unità di elaborazione e rilevamento 8 à ̈ configurata per elaborare i segnali inviati dallo spettrometro 5, che contengono informazioni sugli spettri di fluorescenza della clorofilla e di petrolio presenti in una quantità di acqua, e per effettuare un confronto tra ciascuno di detti spettri di fluorescenza con il rispettivo spettro di fluorescenza prememorizzato in detto database 9, in modo tale che da detto confronto sia identificata in modo univoco la clorofilla e/o il petrolio. In other words, said processing and detection unit 8 is configured to process the signals sent by the spectrometer 5, which contain information on the fluorescence spectra of chlorophyll and petroleum present in a quantity of water, and to make a comparison between each of them. said fluorescence spectra with the respective fluorescence spectrum pre-stored in said database 9, in such a way that from said comparison the chlorophyll and / or petroleum is uniquely identified.
Quindi, secondo l'invenzione, l'unità di elaborazione e di rilevamento 8 à ̈ in grado di rilevare la presenza di una sostanza naturale e/o antropica dal rispettivo spettro di fluorescenza tramite l'elaborazione di segnali inviati dallo spettrometro 5 alla unita di elaborazione e rilevamento 8 stesso, ed il confronto tra gli spettri di fluorescenza misurati con lo spettrometro 5 ed i rispettivi spettri di fluorescenza prememorizzati nel database 9. Therefore, according to the invention, the processing and detection unit 8 is able to detect the presence of a natural and / or anthropogenic substance from the respective fluorescence spectrum by processing signals sent by the spectrometer 5 to the processing and detection 8 itself, and the comparison between the fluorescence spectra measured with the spectrometer 5 and the respective fluorescence spectra pre-stored in the database 9.
Inoltre, l'unità di elaborazione e rilevamento 8 può essere programmata per identificare la concentrazione della clorofilla e del petrolio presente in acqua. In addition, the processing and detection unit 8 can be programmed to identify the concentration of chlorophyll and petroleum present in the water.
A tale fine, lo spettrometro 5 à ̈ configurato per misurare il valore dei picchi di emissione della clorofilla e del petrolio, nonché il valore del picco di diffusione di Raman della quantità di acqua A definita dalla regione di sovrapposizione S, e nel database 9 sono prememorizzati uno o più valori del rapporto tra il valore del picco di emissione di ciascuna sostanza naturale e/o antropica predeterminata ed il valore del picco di diffusione di Raman dell'acqua . For this purpose, the spectrometer 5 is configured to measure the value of the emission peaks of chlorophyll and oil, as well as the value of the Raman diffusion peak of the quantity of water A defined by the overlap region S, and in the database 9 one or more values of the ratio between the emission peak value of each predetermined natural and / or anthropic substance and the Raman diffusion peak value of the water are pre-memorized.
Secondo l'invenzione, detta unità di elaborazione e rilevamento 8 à ̈ configurata per elaborare i segnali inviati dallo spettrometro 5, contenenti le informazioni sui valori dei picchi di emissione della clorofilla e del petrolio e del picco di diffusione di Raman dell'acqua, e per effettuare un secondo confronto ed un terzo confronto per rilevare rispettivamente la clorofilla ed il petrolio. According to the invention, said processing and detection unit 8 is configured to process the signals sent by the spectrometer 5, containing information on the values of the emission peaks of chlorophyll and oil and the Raman diffusion peak of water, and to carry out a second comparison and a third comparison to detect chlorophyll and petroleum respectively.
Il secondo confronto à ̈ tra: The second comparison is between:
il valore del rapporto tra il valore di picco di emissione della clorofilla rilevata ed il valore del picco di diffusione di Raman della quantità di acqua A definita dalla regione di sovrapposizione S, e the value of the ratio between the peak emission value of the detected chlorophyll and the Raman diffusion peak value of the quantity of water A defined by the overlapping region S, and
- ciascun valore del rapporto tra il valore di picco di emissione di ciascuna sostanza naturale predeterminata ed il valore di picco di diffusione di Raman dell'acqua, dove il valore di detto rapporto à ̈ prememorizzato nel database 9. - each value of the ratio between the peak emission value of each predetermined natural substance and the Raman diffusion peak value of the water, where the value of said ratio is pre-stored in the database 9.
Il terzo confronto à ̈ tra: The third comparison is between:
- il valore del rapporto tra il valore del picco di emissione del petrolio rilevato ed il valore del picco di diffusione di Raman della quantità di acqua A definita dalla regione di sovrapposizione S, e - the value of the ratio between the value of the peak of the oil emission detected and the value of the Raman diffusion peak of the quantity of water A defined by the overlapping region S, and
- ciascun valore del rapporto tra il valore di picco di emissione di ciascuna sostanza antropica predeterminata ed il valore del picco di diffusione di Raman dell'acqua, dove il valore di detto rapporto à ̈ prememorizzato nel database 9. - each value of the ratio between the peak emission value of each predetermined anthropogenic substance and the value of the Raman diffusion peak of the water, where the value of said ratio is pre-stored in the database 9.
Vantaggiosamente, con tali ulteriori confronti, Ã ̈ possibile non solo identificare la clorofilla e/o il petrolio presenti in acqua, ma anche le rispettive concentrazioni . Advantageously, with these further comparisons, it is possible not only to identify the chlorophyll and / or petroleum present in the water, but also the respective concentrations.
Vantaggiosamente, secondo l'invenzione, l'unità di elaborazione e rilevamento 8 può essere programmata per memorizzare gli spettri misurati dallo spettrometro 5, ed i valori dei picchi di emissione delle sostanze naturali e/o antropiche presenti nel campione di acqua osservato, nonché il valore del picco di diffusione di Raman dell'acqua. Advantageously, according to the invention, the processing and detection unit 8 can be programmed to store the spectra measured by the spectrometer 5, and the values of the emission peaks of the natural and / or anthropogenic substances present in the observed water sample, as well as the value of the Raman diffusion peak of water.
L'unità di elaborazione e rilevamento 8 à ̈ collegabile ad un computer 10, ad esempio mediante un cavo elettrico il, per il monitoraggio da remoto dell'acqua, il settaggio di uno o più parametri di detta unità di elaborazione e rilevamento 8, e la memorizzazione delle informazioni relative alla clorofilla e al petrolio. The processing and detection unit 8 can be connected to a computer 10, for example by means of an electric cable, for the remote monitoring of the water, the setting of one or more parameters of said processing and detection unit 8, and the storage of information relating to chlorophyll and petroleum.
Nella prima forma di realizzazione che si descrive, il dispositivo subacqueo di rilevamento 1 comprende due primi LED 3 per l'emissione di una radiazione luminosa nella regione del visibile e quattro secondi LED 4 per l'emissione di una radiazione luminosa nella regione dell'ultravioletto (fig. 6). I primi LED 3 ed i secondi LED sono disposti sul primo piano PI in modo da essere inclinati di un rispettivo angolo a e β (fig. 7-8). In particolare, ciascuno di detti angoli a e β può avere un qualsiasi valore, preferibilmente compreso tra 65° e 80°. Nell'esempio che si descrive, l'angolo α à ̈ uguale all'angolo β ed à ̈ pari a 75°. In the first embodiment that is described, the underwater detection device 1 comprises two first LEDs 3 for the emission of a light radiation in the visible region and four second LEDs 4 for the emission of a light radiation in the ultraviolet region (fig. 6). The first LEDs 3 and the second LEDs are arranged on the first plane PI so as to be inclined by a respective angle a and β (fig. 7-8). In particular, each of said angles a and β can have any value, preferably between 65 ° and 80 °. In the example described, the angle Î ± is equal to the angle β and is equal to 75 °.
In particolare, detti primi LED 3 e detti secondi 4 sono disposti sul primo piano PI all'interno di una circonferenza. Tale circonferenza à ̈ suddivisibile in una prima semicirconferenza ed in una seconda semicirconferenza, dove in ciascuna semicirconferenza sono presenti un primo LED 3 e due secondi LED 4. Più in particolare, con riferimento al diametro di detta circonferenza, detto primo LED 3 e detti due secondi LED 4 presenti nella prima circonferenza sono disposti in modo simmetrico per riflessione rispetto al primo LED 3 ed ai due secondi LED 4 presenti nella seconda semicirconferenza. Tuttavia, sebbene non mostrato nelle figure, i primi LED 3 ed i secondi LED 4 possono essere posizionati sul primo piano PI, senza la necessità di occupare una posizione particolare, purché siano disposti attorno all'apertura 5A necessaria per il campo di vista dello spettrometro 5, e le radiazioni luminose emesse passino attraverso la porzione 2A di materiale trasparente del contenitore 2. In particular, said first LEDs 3 and said second 4 are arranged on the first plane P1 within a circumference. This circumference can be divided into a first half circle and a second half circle, where in each half circle there are a first LED 3 and two second LED 4. More specifically, with reference to the diameter of said circumference, said first LED 3 and said two second LEDs 4 present in the first circumference are arranged symmetrically by reflection with respect to the first LED 3 and the two second LEDs 4 present in the second half-circumference. However, although not shown in the figures, the first LEDs 3 and the second LEDs 4 can be positioned on the first plane PI, without the need to occupy a particular position, as long as they are arranged around the opening 5A necessary for the field of view of the spectrometer 5, and the emitted light radiations pass through the portion 2A of transparent material of the container 2.
Sebbene non mostrato nelle figure, il dispositivo subacqueo di rilevamento 1 può comprendere un numero qualsiasi di primi LED 3 per emettere radiazioni luminose nella regione del visibile ed un numero qualsiasi di secondi LED 4 per emettere radiazioni luminose nella regione dell'ultravioletto, senza per questo uscire dall'ambito di tutela dell'invenzione. In particolare, à ̈ sufficiente che il dispositivo subacqueo di rilevamento 1 comprenda almeno un primo LED 3 per l'emissione di radiazioni luminose nella regione del visibile ed almeno un secondo LED 4 per l'emissione di una radiazione luminosa nella regione dell'ultravioletto. In questo caso specifico, per esempio, il primo LED 3 ed il secondo LED 4 possono essere posizionati ad una distanza predeterminata rispetto a detta apertura 5A in modo tale da essere allineati lungo uno stesso asse oppure disposti lungo un arco di circonferenza, dove il centro di detta circonferenza coincide con l'apertura 5A per il campo di vista dello spettrometro 5. Although not shown in the figures, the underwater detection device 1 can comprise any number of first LEDs 3 to emit light radiation in the visible region and any number of second LEDs 4 to emit light radiation in the ultraviolet region, without for this exit from the scope of protection of the invention. In particular, it is sufficient that the underwater detection device 1 comprises at least a first LED 3 for the emission of light radiation in the visible region and at least a second LED 4 for the emission of a light radiation in the ultraviolet region. In this specific case, for example, the first LED 3 and the second LED 4 can be positioned at a predetermined distance with respect to said opening 5A in such a way as to be aligned along the same axis or arranged along an arc of circumference, where the center of said circumference coincides with the aperture 5A for the field of view of the spectrometer 5.
Inoltre, sebbene non mostrato nelle figure, detto dispositivo subacqueo di rilevamento 1 può comprendere un sensore di temperatura per rilevare la temperatura dell'acqua e/o dei mezzi di regolazione per regolare l'inclinazione di ciascuno di detti primi LED 3 e di detti secondi LED 4, che sono controllati dall'unità di elaborazione e rilevamento 8. Furthermore, although not shown in the figures, said underwater detection device 1 can comprise a temperature sensor for detecting the temperature of the water and / or adjustment means for adjusting the inclination of each of said first LEDs 3 and of said second LEDs 4, which are controlled by the processing and detection unit 8.
Secondo l'invenzione, il dispositivo subacqueo di rilevamento 1 à ̈ dotato di mezzi 'di accensione/spegnimento (non mostrati) per l'accensione/spegnimento del dispositivo stesso atti ad attivare detta unità di elaborazione e di rilevamento 8, detti primi LED 3 e detti secondi LED 4, e detto spettrometro 5, nonché di mezzi di alimentazione 23 per alimentare il dispositivo di rilevamento stesso. According to the invention, the underwater detection device 1 is equipped with on / off means (not shown) for switching on / off the device itself suitable for activating said processing and detection unit 8, said first LEDs 3 and said second LED 4, and said spectrometer 5, as well as power supply means 23 for powering the detection device itself.
Nella prima forma di realizzazione che si descrive, il dispositivo subacqueo di rilevamento 1 comprende mezzi ottici di filtraggio 31, applicati su ciascuno dei primi LED 3 che emette radiazioni luminose nella regione del visibile, per filtrare le lunghezze d'onda delle radiazioni luminose nella regione del visibile diverse da quella principale, in modo tale da evitare la saturazione dello spettrometro 5 (basato su dispositivo ad accoppiamento di carica cosiddetto charged-coupled device o CCD), e mezzi ottici di filtraggio 51, applicati sullo spettrometro 5, per filtrare la lunghezza d'onda principale delle radiazioni luminose emesse dai secondi LED 4 in modo tale che lo spettrometro 5 rilevi le altre lunghezze d'onda delle radiazioni luminose emesse nella regione dell'ultravioletto (figg. 6-8). In the first embodiment that is described, the underwater detection device 1 comprises optical filtering means 31, applied on each of the first LEDs 3 that emit light radiations in the visible region, to filter the wavelengths of the light radiations in the region of the visible different from the main one, in such a way as to avoid saturation of the spectrometer 5 (based on a so-called charged-coupled device or CCD), and optical filtering means 51, applied on the spectrometer 5, to filter the length main wave of the light radiations emitted by the second LEDs 4 in such a way that the spectrometer 5 detects the other wavelengths of the light radiations emitted in the ultraviolet region (Figs. 6-8).
Nella seconda forma di realizzazione, mostrata nelle figure 9-10, a differenza della prima forma di realizzazione sopra descritta, il dispositivo subacqueo di rilevamento 1 comprende dei mezzi ottici di filtraggio 41, applicati su ciascuno dei secondi LED 4, per filtrare le lunghezza d'onda delle radiazioni luminose nella regione dell'ultravioletto diverse da quella principale, in modo da evitare la saturazione dello spettrometro 5 e non comprende i mezzi di filtraggio 51, applicati sullo spettrometro 5. In the second embodiment, shown in Figures 9-10, unlike the first embodiment described above, the underwater detection device 1 comprises optical filtering means 41, applied to each of the second LEDs 4, to filter the length d wave of light radiations in the ultraviolet region other than the main one, so as to avoid saturation of the spectrometer 5 and does not include the filtering means 51, applied on the spectrometer 5.
Pertanto, nella seconda forma di realizzazione, il dispositivo subacqueo di rilevamento 1 comprende rispettivi mezzi ottici di filtraggio 31, 41 applicati sui primi LED 3 per emettere radiazioni luminose nella regione del visibile e sui secondi LED 4 per emettere radiazioni luminose nella regione dell'ultravioletto. Therefore, in the second embodiment, the underwater detection device 1 comprises respective optical filtering means 31, 41 applied on the first LEDs 3 to emit light radiations in the visible region and on the second LEDs 4 to emit light radiations in the ultraviolet region .
Esempio Example
Le figure 11 e 12 dimostrano come il dispositivo subacqueo di rilevamento 1 oggetto dell'invenzione sia in grado di rilevare la presenza in acqua di clorofilla e di gasolio. Figures 11 and 12 show how the underwater detection device 1 object of the invention is able to detect the presence in water of chlorophyll and gas oil.
Qui di seguito, sono riportati i risultati di un test per rilevare clorofilla e gasolio in un contenitore di acqua. Below are the results of a test to detect chlorophyll and diesel fuel in a container of water.
Il dispositivo subacqueo di rilevamento 1 utilizzato per il test comprende: The underwater detection device 1 used for the test includes:
- due primi LED 3 per emettere radiazioni luminose nella regione del visibile, ciascuno dei quali emette radiazioni luminose aventi una lunghezza d'onda di 455nm ed una potenza di 560mW, - two first LEDs 3 to emit light radiations in the visible region, each of which emits light radiations having a wavelength of 455nm and a power of 560mW,
- quattro secondi LED 4 per emettere radiazioni luminose nella regione dell'ultravioletto, ciascuno dei quali emette radiazioni luminose aventi una lunghezza d'onda di 280nm ed una potenza di 600pm, - four second LEDs 4 to emit light radiations in the ultraviolet region, each of which emits light radiations having a wavelength of 280nm and a power of 600pm,
- uno spettrometro 5 avente un campo di vista nell'intervallo di lunghezze d'onda 200nm-1100nm ed una risoluzione ottica 0,3nm. - a spectrometer 5 having a field of view in the wavelength range 200nm-1100nm and an optical resolution 0.3nm.
La figura 11 mostra il picco di radiazione luminosa dei primi LED 3 (attorno a 450nm), il picco di diffusione di Raman dell'acqua (535nm) ed il picco di fluorescenza della clorofilla (680nm). Figure 11 shows the light radiation peak of the first LEDs 3 (around 450nm), the Raman diffusion peak of water (535nm) and the fluorescence peak of chlorophyll (680nm).
La saturazione dello spettrometro 5 (attorno a 450nm) non influisce sul rilevamento della presenza di clorofilla in acqua, perché il rilevamento della clorofilla à ̈ basato sul valore del picco di diffusione di Raman dell'acqua e sul valore del picco di fluorescenza della clorofilla stessa. The saturation of the spectrometer 5 (around 450nm) does not affect the detection of the presence of chlorophyll in water, because the detection of chlorophyll is based on the value of the Raman diffusion peak of the water and on the value of the fluorescence peak of chlorophyll itself.
La figura 12 mostra tre spettri di fluorescenza del gasolio (da 350nm a 400nm). Figure 12 shows three fluorescence spectra of gas oil (350nm to 400nm).
Il primo spettro di fluorescenza à ̈ relativo ad una prima concentrazione di gasolio in acqua. Un secondo spettro di fluorescenza à ̈ relativo ad una seconda concentrazione di gasolio in acqua, maggiore della prima concentrazione. Un terzo spettro di fluorescenza à ̈ relativo alla seconda concentrazione di gasolio, dove i secondi LED 4 del dispositivo di rilevamento 1 sono stati inclinati di un angolo β pari a 75°. The first fluorescence spectrum is related to a first concentration of diesel in water. A second fluorescence spectrum is related to a second concentration of diesel in water, greater than the first concentration. A third fluorescence spectrum is related to the second concentration of diesel fuel, where the second LEDs 4 of the detection device 1 have been inclined by an angle β equal to 75 °.
Le diciture "LC", "HC" e "HC&FL" presenti in figura 12 indicano rispettivamente: The terms "LC", "HC" and "HC&FL" present in figure 12 indicate respectively:
LC: bassa concentrazione di gasolio, LC: low concentration of diesel,
HC: alta concentrazione di gasolio, HC: high concentration of diesel,
FL: set-up ottico del dispositivo di rilevamento, dove gli angoli dei secondi LED 4 sono stati scelti pari a 75°. FL: optical set-up of the detection device, where the angles of the second LED 4 have been chosen equal to 75 °.
Come visibile dalle figure 11 e 12, la lunghezza d'onda à ̈ espressa in nanometri e la potenza ottica à ̈ espressa in una unità arbitraria. As can be seen from figures 11 and 12, the wavelength is expressed in nanometers and the optical power is expressed in an arbitrary unit.
Vantaggiosamente, come già accennato, il dispositivo oggetto dell'invenzione in grado di rilevare in situ la presenza di clorofilla, materia organica, e sostanze inquinanti in acqua, ed eventualmente determinare la loro concentrazione, à ̈ un dispositivo a basso costo e, dal punto di vista meccanico, presenta una struttura semplice, senza la necessità di pompe e/o filtri per l'acqua per osservare una molteplicità di campioni di acqua. Advantageously, as already mentioned, the device object of the invention capable of detecting in situ the presence of chlorophyll, organic matter, and polluting substances in the water, and possibly determining their concentration, is a low cost device and, from the point of view, mechanically, it has a simple structure, without the need for pumps and / or water filters to observe a variety of water samples.
Un secondo vantaggio à ̈ la possibilità di realizzare detto dispositivo con dimensioni e peso in modo tale che sia facilmente trasportabile da un operatore. A second advantage is the possibility of making said device with dimensions and weight in such a way that it can be easily transported by an operator.
Un ulteriore vantaggio à ̈ la possibilità di realizzare detto dispositivo il cui consumo di energia elettrica à ̈ ridotto. A further advantage is the possibility of making said device whose electricity consumption is reduced.
La presente invenzione à ̈ stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, ma à ̈ da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate. The present invention has been described for illustrative but not limitative purposes, according to its preferred embodiments, but it is understood that variations and / or modifications may be made by those skilled in the art without thereby departing from the relative scope of protection. as defined by the appended claims.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000296A ITRM20130296A1 (en) | 2013-05-20 | 2013-05-20 | UNDERWATER DEVICE FOR DETECTION OF NATURAL AND / OR ANTHROPICAL SUBSTANCES IN WATER. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000296A ITRM20130296A1 (en) | 2013-05-20 | 2013-05-20 | UNDERWATER DEVICE FOR DETECTION OF NATURAL AND / OR ANTHROPICAL SUBSTANCES IN WATER. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ITRM20130296A1 true ITRM20130296A1 (en) | 2014-11-21 |
Family
ID=48832987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT000296A ITRM20130296A1 (en) | 2013-05-20 | 2013-05-20 | UNDERWATER DEVICE FOR DETECTION OF NATURAL AND / OR ANTHROPICAL SUBSTANCES IN WATER. |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| IT (1) | ITRM20130296A1 (en) |
Citations (3)
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-
2013
- 2013-05-20 IT IT000296A patent/ITRM20130296A1/en unknown
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