CN104777080B - 输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置及方法，该在线检测方法包括：采样装置采集输气管道中的气体并将采集的气体导入光学装置；气体中包含的颗粒及液滴穿过光学装置的敏感区引发光的散射，产生散射光信号；光学装置收集‑90°方向的散射光信号及0‑180°方向中的某个角度或多个角度的散射光信号，并将0‑180°方向中的某个角度或多个角度的散射光信号分成P光信号及S光信号；‑90°方向的散射光信号、P光信号及S光信号经过光电转换单元转换为‑90°方向电信号、P电信号及S电信号；数据处理装置根据P电信号及S电信号区分出粒子中的颗粒及液滴，给出粒子的形状特性，并根据‑90°方向电信号测量颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度。

Description

输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置及方法

技术领域

本发明涉及输气管道内颗粒与液滴分析技术，特别是关于一种输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置及方法。

背景技术

如医疗、环境、工业净化、食品、能源、电子及微生物等许多领域，都对气体中的粒子大小和浓度有严格的要求。例如，在高压天然气管道运输过程中，由于粉尘和液滴的存在，不但会引起管道的腐蚀，而且对增压设备的运行产生不良的影响，所以需要在天然气运输过程中设有净化装置，用来收集捕捉气体中的粉尘和液滴，以控制管道中两者的含量。同时就需要粒子测量技术来检测净化后气体中粉尘和液滴含量，用于提供净化装置的选型依据及净化装置的性能评价。

目前，国际著名公司(如：MetOne、Climet、PMS、LIGHTHOUSE、Malvern、Coulter、Palas、Horiba、清新公司和岛津公司等)的干式或湿式粒子计数器，大都是采用基于Mie理论的光散射法。该方法具有适应性广、粒径测量范围广、测量准确、精度高、重复性好和测量速度快等特点，同时还具备所需获知的被测颗粒及分散介质的物理参数量少，仪器的自动化和智能化程度高，可以实现在线测量的优点。

但这些粒子计数器也有不足之处，例如：

1)无法区分粒子类型实现分布统计计数。当测量粒子中同时含有颗粒和液滴时，却无法将两者得以区分，而将看为同种粒子进行测量，此时的测量结果就严重偏离实际情况。

2)无法反映粒子的形状特性。对于不规则形状的粒子测量，现有多数粒径谱仪都是给出具有相同散射光的标定粒子的粒径大小，而无法反应粒子的形状特性。

3)存在边缘测量误差。多数粒径谱仪或粒子计数器没有解决边缘测量误差的问题，没有筛选出穿过测量体的有效粒子，而是将通过测量体边缘的粒子也进行计数，这就导致了测量计数的误差。

4)不能实现测量结果的修正处理。根据测量原理可知，所测的粒子粒径大小是根据标定粒子的数据计算得出，而实际测量时被测粒子本身的折射率经常会出现与标定粒子折射率不同的情况，测量结果与实际情况有所偏离，因此需要对测量结果需要进一步修正。

5)使用环境条件有限。多数粒径谱仪由于其结构特点或采样系统的耐温耐压性，只能在常温常压下操作，无法在高温高压的工业环境中使用。

发明内容

本发明提供一种输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置及方法，以实现颗粒和液滴的分别计数和粒径分布统计，并进行数据的实时修正。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置，所述的在线检测装置包括：采样装置、光学装置、光电转换单元及数据处理装置；

所述采样装置包括：采样嘴、气溶胶导管、流量控制单元及过滤单元，所述气溶胶导管一端通过所述采样嘴连接输气管道，另一端通过管道依次连接所述流量控制单元、过滤单元；

所述气溶胶导管设置在所述光学装置中，所述的光学装置包括：光源、扩束准直与起偏装置、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第三聚焦透镜、分光装置、第一探测器、第一探测器组及第二探测器组；第一探测器组及第二探测器组可以分别由多个探测器组成。

所述光源发出的入射光进入所述扩束准直与起偏装置，然后经过所述第一聚焦透镜汇聚在交点处形成所述光学装置的敏感区，含有颗粒与液滴的气体经过所述气溶胶导管进入所述光学装置，当颗粒或液滴穿过所述敏感区时，所述入射光照射到所述颗粒或液滴上发生散射，-90°方向的散射光信号经过所述第二聚焦透镜进入所述第一探测器，0-180°方向中的某个角度或多个角度的散射光经过所述分光装置分为P光信号及S光信号，所述P光信号进入所述第一探测器组，所述S光信号进入所述第二探测器组；

所述光电转换单元连接所述第一探测器、第一探测器组及第二探测器组，用于将-90°方向的散射光信号、P光信号及S光信号分别转换为-90°方向电信号、P电信号及S电信号；

所述数据处理装置连接所述光电转换单元，用于根据P电信号及S电信号计算偏振度，根据所述偏振度区分出颗粒与液滴，给出粒子形状特性，并根据所述-90°方向电信号测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度。

一实施例中，所述采样装置还包括：真空泵，常压或负压状态下，所述过滤单元连接真空泵。

一实施例中，所述的光学装置还包括：

第一反射镜，用于将经过所述第二聚焦透镜的散射光信号反射到所述第一探测器。

一实施例中，所述的光学装置还包括：第一扩束与准直装置，设置在所述第一探测器之前，通过光纤连接所述第一探测器或者与所述第一探测器集成于一体。

一实施例中，所述的光学装置还包括：

第二反射镜，用于将经过所述分光装置的P光信号或S光信号反射到所述第一探测器组或第二探测器组。

一实施例中，所述的光学装置还包括：

第二扩束与准直装置，设置在所述第一探测器组之前，通过光纤连接所述第一探测器组或者与所述第一探测器组集成于一体；

第三扩束与准直装置，设置在所述第二探测器组之前，通过光纤连接所述第二探测器组或者与所述第二探测器组集成于一体。

一实施例中，所述扩束准直与起偏装置与光源之间的光路上还设置光阑，所述光阑为工字形或十字形。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种输气管道内颗粒与液滴的在线检测方法，应用于上述的在线检测装置，所述的在线检测方法包括：

所述采样装置采集所述输气管道中的气体并将采集的气体导入所述光学装置；

所述气体中包含颗粒及液滴的粒子在所述光学装置的敏感区引起光的散射，产生散射光信号；

所述光学装置收集-90°方向的散射光信号及0-180°方向中的某个角度或多个角度的散射光信号，并将0-180°方向中的某个角度或多个角度的散射光信号分成P光信号及S光信号；

所述-90°方向的散射光信号、P光信号及S光信号经过所述光电转换单元转换为-90°方向电信号、P电信号及S电信号；

所述数据处理装置根据P电信号及S电信号区分出所述粒子中的颗粒及液滴，给出粒子形状特性，并根据所述-90°方向电信号测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度。

一实施例中，所述数据处理装置根据P电信号及S电信号区分出所述粒子中的颗粒及液滴，包括：

所述数据处理装置根据P电信号及S电信号计算偏振度；

根据所述偏振度区分出颗粒与液滴，给出粒子形状特性，并判断所述颗粒为球形或非球形。

一实施例中，根据所述-90°方向电信号测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度，包括：测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度同时计算修正后的颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度。

一实施例中，根据所述-90°方向电信号测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度，包括：

测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度；

通过修正折射率计算修正后的颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度。

一实施例中，通过修正折射率计算修正后的颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度，包括：

标定粒子的散射光强与粒径关系，结合颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度计算颗粒和/或液滴的散射光强分布；

根据粒子的折射率、光源波长、粒子散射角度及预设粒径范围计算待测粒子的散射光强与粒径关系；

根据所述散射光强分布及散射光强与粒径关系计算修正后的颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

可以实现颗粒/液滴的在线区分，并给出两者的粒径分布等测量结果；

给出了被测颗粒和/或液滴的形状特性，以期对颗粒的种类区分；

已知被测颗粒和/或液滴的折射率，实现了在线测量结果修正，实时给出了计算结果；

工字形或十字形光阑形成了特殊形状测量体，利用特殊形状测量体，消除了边缘计数误差问题；

由于在某些高温高压环境(例如天然气输气管道等)需要检测粉尘粒径大小及浓度，而本发明的输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置适合在高温高压力下进行检测，安全可靠。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明一实施例的输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例的采样装置101的结构示意图；

图3为本发明另一实施例的输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置的结构示意图；

图4为本发明另一实施例的采样装置101的结构示意图；

图5为本发明实施例的气溶胶导管106的结构示意图；

图6为本发明实施例的光学装置102的结构示意图；

图7为本发明一实施例的测量工作模式示意图；

图8为本发明另一实施例的测量工作模式示意图；

图9为本发明实施例的粒子折射率的修正流程图；

图10为本发明实施例的有效粒子测量示意图；

图11为本发明实施例的在线检测方法流程图；

图12为一实施例中图11的S1105的方法流程图；

图13为另一实施例中图11的S1105的方法流程图；

图14为图13的S1302方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置，其特征在于，所述的在线检测装置包括：采样装置101、光学装置102、光电转换单元103及数据处理装置104。

采样装置101主要用于输气管道中气体的采样，结合图2所示，采样装置101包括：采样嘴105、气溶胶导管106、流量控制单元107及过滤单元108。气溶胶导管106一端通过采样嘴105连接输气管道，另一端通过管109道依次连接流量控制单元107及过滤单元108。流量控制单元107控制采样流量，样品经过过滤单元108净化。图1及图2采样装置101适用于输气管道压力为高压的情况，无需真空泵，过滤单元108过滤净化后的气体可以选择放空或进入回收装置。

对于输气管道压力为常用或负压的情况，如图3及图4所示，采样装置101还需要设置真空泵301，真空泵301的作用是进行抽气，真空泵301连接至过滤单元108，过滤单元108过滤净化后的气体可以选择放空或进入回收装置。

气溶胶导管106设置在光学装置102中，具体结构如图5所示。气溶胶导管类型可以根据测量环境进行选择，高压环境测量时一般采用耐压型号导管，高温环境使用时一般采用耐高温型号导管。

如图6所示，光学装置102包括：光源1、扩束准直与起偏装置2、第一聚焦透镜3、第二聚焦透镜4、第三聚焦透镜7、分光装置8、第一探测器6、第一探测器组12及第二探测器组10。

光源1发出的入射光进入扩束准直与起偏装置2，然后经过第一聚焦透镜3汇聚在交点处所述光学装置的敏感区(测量体)61。采样装置101采集的含有颗粒与液滴等粒子的气体经过气溶胶导管106进入光学装置102，当颗粒或液滴穿过敏感区61时，入射光照射到颗粒或液滴上之后，将向各个方向发生散射。-90°方向的散射光信号经过第二聚焦透镜4进入第一探测器6中。0-180°方向中的某个角度或多个角度的散射光经过分光装置8分为P光信号及S光信号，P光信号及S光信号将分别进入第一探测器组12或第二探测器组10。P光信号进入第一探测器组12还是第二探测器组10由分光装置8中透镜的具体摆放位置决定，如果P光信号所述第一探测器组12，则S光信号进入第二探测器组10，P光信号所述第二探测器组10，则S光信号进入第一探测器组12。

光电转换单元103分别与连接第一探测器6、第一探测器组12及第二探测器组10连接，光电转换单元103可以将-90°方向的散射光信号转换为-90°方向电信号，还可以将P光信号及S光信号经过分别转换为P电信号及S电信号，并将电信号进行相应的放大处理。

一实施例中，光学装置还可以包括：第一反射镜62，将经过述第二聚焦透镜4的散射光信号反射到第一探测器6中。

一实施例中，光学装置还可以包括：第一扩束与准直装置5，第一扩束与准直装置5设置在第一探测器6之前，第一扩束与准直装置5可以通过光纤63连接第一探测器，在有限光纤的长度范围内可以移动光学装置102，方便用于测量。另外，第一扩束与准直装置5还可以与第一探测器6集成于一体。

一实施例中，光学装置还可以包括：第二反射镜64，用于将经过分光装置的P光信号或S光信号反射到第一探测器组12或第二探测器组10。

一实施例中，光学装置102还可以包括：第二扩束与准直装置11及第三扩束与准直装置9。第二扩束与准直装置11设置在第一探测器组12之前，第二扩束与准直装置11可以通过光纤63连接第一探测器组12，第二扩束与准直装置11还可以与第一探测器组12集成于一体。第三扩束与准直装置9设置在第二探测器组10之前，第三扩束与准直装置9可以通过光纤63连接第二探测器组10，在有限光纤的长度范围内可以移动光学装置102，方便用于测量。另外，第三扩束与准直装置9还可以与第二探测器组10集成于一体。

光学装置102中的光源1可采用复色光光源，由于复色光是不同波长的组合光，每一个组成曲线的“峰”和“谷”相互“补偿”或者“扯平”，因此使得散射光的光能与粒径之间可以保持一一对应的单值关系，即光能-粒径曲线时单调曲线。光源1不限于复色光光源，还可采用单路激光或者多路激光。

本发明的光学装置102采用异轴侧向采光，接收角为0-180°、-90°等多个角度，可以将散射光偏振态测量与散射光能测量分开。

扩束准直与起偏装置2之前的光路上还可以设置特殊形状光阑，偏振复色光或者激光光源1发出的光经过特殊形状光阑以及扩束准直与起偏装置2和聚焦装置3，形成体积足够小的特殊形状测量体。足够小的测量体，可以实现单粒子(颗粒或液滴)测量，接收单粒子散射信息可以用于对粒子进行具体的描述。特殊形状光阑很好的解决了边缘计数误差的问题，进一步提高了测量结果的准确性。

如图1及图3所示，数据处理装置104连接光电转换单元103，数据处理装置104可以分别对-90°方向电信号以及P电信号与S电信号进行处理，测量。

具体实施时，光电转换单元103输出的电信号(-90°方向电信号以及P电信号与S电信号)输入计算机(数据处理装置104)，按预先编写的软件程序判断所测粒子类型并进行分类，计算出所测粒子的粒径大小及其分布，测量出粒子的形状特性，该粒子形状特性为球形或非球形。由于子散射光的偏振特性可获得粒子的形状特性，球形颗粒具有保偏特性，非球形颗粒具有退偏特性，可以在30°、60°、90°、120°、150°、180等多个角度安装P和S散射光接收光路，实现多角度偏振态测量。

对P电信号与S电信号进行处理时，根据P电信号及S电信号计算偏振度，然后根据计算的偏振度区分出颗粒与液滴，给出粒子形状特性，形状特性指颗粒为球形或非球形。

偏振度的定义为：该定义仅为偏振度的一种计算方式，本领域技术人员还可以定义其它偏振度的计算方式，本发明不以此为限。

对-90°方向电信号进行处理时，需要根据-90°方向电信号测量颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度。

数据处理装置104测量颗粒和/或液滴的粒径分布、浓度及粒子形状特性时，一般采用如下两种工作模式：

一种工作模式为修正与测量同时进行，如图7所示，在数据处理装置104中输入采样时间、采样组数、选择的光学装置、修正折射率等信息，通过点击测量按钮，可以得到直接测量的粒径分布、浓度及形状特性，和修正后粒径分布、浓度及形状特性两种测量结果。

另一种工作模式为在测量之后进行修正，如图8所示，首先，在数据处理装置104中输入采样时间、采样组数、选择的光学装置等信息，通过点击测量按钮，可以得到直接测量的粒径分布、浓度及形状特性；然后经过进行折射率修正，得到修正后的粒径分布、浓度及形状特性。

对粒子折射率的修正流程如图9所示，首先标定物质的散射光强与粒径关系，利用直接测量结果(直接测量的粒径分布、浓度)的粒径分布反算出粒子的散射光强，再利用真实折射率下计算出的散射光强与粒径关系(待测物质(包含颗粒及液滴的粒子)的散射光强与粒径关系)，求出真实粒径分布(实际粒径值)，进而求出粒子浓度。所有测量和计算结果在计算机中都可以以图表的形式给出，并有数据文档输出功能。

由于光学系统单元采用多种特殊形状光阑，如工字形或十字形光阑，形成不同形状的测量体，通过数据处理装置104信号处理，很好的解决了边缘测量误差的问题，具体如下：

采样装置在单位时间内采集固定的含尘样品，因此颗粒/液滴会以一定的速度穿过测量体。当测量体大小由光学装置确定后，颗粒/液滴穿过测量体的时间为△t，通过判断△t时间段内的脉冲峰值个数或峰值大小变化便可准确筛选出有效脉冲信号，并进行粒子计数。如图10所示，根据上述原理筛选出测量体13中的有效粒子15用于计数，排除无效粒子14。

本发明实施例提供了一种输气管道内颗粒与液滴的在线检测方法，图1或图2所示的在线检测装置，上述实施例中已对在线检测装置的各个组成部分的功能进行了描述，在此不再赘述。如图11所示，该在线检测方法包括：

S1101：所述采样装置采集所述输气管道中的气体并将采集的气体导入所述光学装置；

S1102：所述气体中包含颗粒及液滴的粒子在所述光学装置的敏感区引起光的散射，产生散射光信号；

S1103：所述光学装置收集-90°方向的散射光信号及0-180°方向中的某个角度或多个角度的散射光信号，并将0-180°方向中的某个角度或多个角度的散射光信号分成P光信号及S光信号；

S1104：所述-90°方向的散射光信号、P光信号及S光信号经过所述光电转换单元转换为-90°方向电信号、P电信号及S电信号；

S1105：所述数据处理装置根据P电信号及S电信号区分出所述粒子中的颗粒及液滴，给出粒子形状特性，并根据所述-90°方向电信号测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度。

如图12所示，具体实施时，S1105中，所述数据处理装置根据P电信号及S电信号区分出所述粒子中的颗粒及液滴，包括：

S1201：所述数据处理装置根据P电信号及S电信号计算偏振度；

S1202：根据所述偏振度区分出颗粒与液滴，给出粒子形状特性，并判断所述颗粒为球形或非球形。

一实施例中，S1105中，根据所述-90°方向电信号测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度，可以包括：测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度同时计算修正后的颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度。

一实施例中，S1105中，如图13所示，根据所述-90°方向电信号测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度，包括：

S1301：测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度；

S1302：通过修正折射率计算修正后的颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度。

一实施例中，如图14所示，S1302具体实施时，包括：

S1401：标定粒子的散射光强与粒径关系，结合颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度计算颗粒和/或液滴的散射光强分布；

S1402：根据粒子的折射率、光源波长、粒子散射角度及预设粒径范围计算待测粒子的散射光强与粒径关系；

S1403：根据所述散射光强分布及散射光强与粒径关系计算修正后的颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度。

下面结合具体的实施例说明如何利用本发明的输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置及方法测量粒子中颗粒和/或液滴的粒径分布、浓度及形状特性。

(一)对于输气管道为常温常压的情况，结合图3所示包括如下步骤：

1)在光学装置上安装好气溶胶导管；

2)在光学装置(光学传感器)中选择单角度P和S接收光路或0-180°范围内的多角度接收光路，即选择不同传感器型号。

3)用光纤连接光学传感器接收光路与光电探测器以及入射光路与光源，或光学传感器直接与光电探测器耦合相连；

4)安装连接采样管路，完成流量设置(控制系统默认了预写值)等；

5)启动真空泵，进行采样；

6)开启计算机，运行控制软件，进行仪器测量标定；

7)标定完成后，选择光学传感器型号参数，设置采样时间，采样组数，测量模式等参数，当选择了测量修正同时进行模式，在设置参数时还需输入被测粒子真实折射率大小。设置完成后，开始测量；

8)数据查看与使用。

(二)对于输气管道为高压的情况，结合图1所示包括如下步骤：

1)在光学装置上安装好气溶胶导管；

2)在光学装置(光学传感器)中选择单角度P和S接收光路或0-180°范围内的多角度接收光路，即选择不同传感器型号。

3)用光纤连接光学传感器接收光路与光电探测器以及入射光路与光源，或光学传感器直接与光电探测器耦合相连；

4)安装连接采样管路，完成流量设置(控制系统默认了预写值)等；

5)开启计算机，运行控制软件，进行仪器测量标定；

6)标定完成后，选择光学传感器型号参数，设置采样时间，采样组数，测量模式等参数，当选择了测量修正同时进行模式，在设置参数时还需输入被测粒子真实折射率大小。设置完成后，开始测量；

7)数据查看与使用。

高压情况下省去了真空泵，其他步骤与常温常压相同。

(三)对于输气管道为高温的情况高温

在光学传感器上安装好高温气溶胶导管；需要真空泵抽气时，其他步骤与常温常压相同。不需要真空泵抽气时，省去真空泵，其他步骤与常温常压相同。

本发明的输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置及方法，具备如下技术效果：

可以实现颗粒/液滴的在线区分，并给出两者的粒径分布等测量结果；

给出了被测颗粒和/或液滴的形状特性，以期对颗粒的种类区分；

已知被测颗粒和/或液滴的折射率，实现了在线测量结果修正，实时给出了计算结果；

利用特殊形状测量体，消除了边缘计数误差问题；

由于在某些高温高压环境(例如天然气输气管道等)需要检测粉尘粒径大小及浓度，而本发明的输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置适合在高温高压力下进行检测，安全可靠。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置，其特征在于，所述的在线检测装置包括：采样装置、光学装置、光电转换单元及数据处理装置；

所述采样装置包括：采样嘴、气溶胶导管、流量控制单元及过滤单元，所述气溶胶导管一端通过所述采样嘴连接输气管道，另一端通过管道依次连接所述流量控制单元、过滤单元；

所述气溶胶导管设置在所述光学装置中，所述的光学装置包括：光源、扩束准直与起偏装置、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第三聚焦透镜、分光装置、第一探测器、第一探测器组及第二探测器组；

所述光源发出的入射光进入所述扩束准直与起偏装置，然后经过所述第一聚焦透镜汇聚在交点处形成所述光学装置的敏感区，含有颗粒与液滴的气体经过所述气溶胶导管进入所述光学装置，当颗粒或液滴穿过所述敏感区时，所述入射光照射到所述颗粒或液滴上发生散射，-90°方向的散射光信号经过所述第二聚焦透镜进入所述第一探测器，0-180°方向中的某个角度或多个角度的散射光经过所述分光装置分为P光信号及S光信号，所述P光信号进入所述第一探测器组，所述S光信号进入所述第二探测器组；

所述光电转换单元连接所述第一探测器、第一探测器组及第二探测器组，用于将-90°方向的散射光信号、P光信号及S光信号分别转换为-90°方向电信号、P电信号及S电信号；

所述数据处理装置连接所述光电转换单元，用于根据P电信号及S电信号计算偏振度，根据所述偏振度区分出颗粒与液滴，给出粒子形状特性，并根据所述-90°方向电信号测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度；

其中，所述扩束准直与起偏装置与光源之间的光路上还设置光阑，所述光阑为工字形或十字形。

2.根据权利要求1所述的在线检测装置，其特征在于，所述采样装置还包括：真空泵，常压或负压状态下，所述过滤单元连接真空泵。

3.根据权利要求1所述的在线检测装置，其特征在于，所述的光学装置还包括：

第一反射镜，用于将经过所述第二聚焦透镜的散射光信号反射到所述第一探测器。

4.根据权利要求1或3所述的在线检测装置，其特征在于，所述的光学装置还包括：第一扩束与准直装置，设置在所述第一探测器之前，通过光纤连接所述第一探测器或者与所述第一探测器集成于一体。

5.根据权利要求1所述的在线检测装置，其特征在于，所述的光学装置还包括：

第二反射镜，用于将经过所述分光装置的P光信号或S光信号反射到所述第一探测器组或第二探测器组。

6.根据权利要求1或5所述的在线检测装置，其特征在于，所述的光学装置还包括：

第二扩束与准直装置，设置在所述第一探测器组之前，通过光纤连接所述第一探测器组或者与所述第一探测器组集成于一体；

第三扩束与准直装置，设置在所述第二探测器组之前，通过光纤连接所述第二探测器组或者与所述第二探测器组集成于一体。

7.一种输气管道内颗粒与液滴的在线检测方法，应用于权利要求1-6中任一项所述的在线检测装置，其特征在于，所述的在线检测方法包括：

所述采样装置采集所述输气管道中的气体并将采集的气体导入所述光学装置；

所述气体中包含颗粒及液滴的粒子在所述光学装置的敏感区引起光的散射，产生散射光信号；

所述光学装置收集-90°方向的散射光信号及0-180°方向中的某个角度或多个角度的散射光信号，并将0-180°方向中的某个角度或多个角度的散射光信号分成P光信号及S光信号；

所述-90°方向的散射光信号、P光信号及S光信号经过所述光电转换单元转换为-90°方向电信号、P电信号及S电信号；

所述数据处理装置根据P电信号及S电信号区分出所述粒子中的颗粒及液滴，给出粒子形状特性，并根据所述-90°方向电信号测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度；所述扩束准直与起偏装置与光源之间的光路上还设置光阑，所述光阑为工字形或十字形。

8.根据权利要求7所述的在线检测方法，其特征在于，所述数据处理装置根据P电信号及S电信号区分出所述粒子中的颗粒及液滴，包括：

所述数据处理装置根据P电信号及S电信号计算偏振度；

根据所述偏振度区分出颗粒与液滴，给出粒子形状特性，并判断所述颗粒为球形或非球形。

9.根据权利要求7所述的在线检测方法，其特征在于，根据所述-90°方向电信号测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度，包括：测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度同时计算修正后的颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度。

10.根据权利要求7所述的在线检测方法，其特征在于，根据所述-90°方向电信号测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度，包括：

测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度；

通过修正折射率计算修正后的颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度。

11.根据权利要求10所述的在线检测方法，其特征在于，通过修正折射率计算修正后的颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度，包括：

标定粒子的散射光强与粒径关系，结合颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度计算颗粒和/或液滴的散射光强分布；

根据粒子的折射率、光源波长、粒子散射角度及预设粒径范围计算待测粒子的散射光强与粒径关系；

根据所述散射光强分布及散射光强与粒径关系计算修正后的颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度。