CN106483102A - 用于航空煤油中游离水和微小杂质浓度在线检测的分析仪度在线检测的分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于航空煤油中游离水和微小杂质浓度在线检测的分析仪度在线检测的分析仪，包括主控单元、光电探测单元和数据传输单元，所述主控单元通过无线网络与光电探测单元无线通讯连接，光电探测单元通过无线网络与数据传输单元无线通讯连接；光电探测单元一侧通过管道连接过滤器，另一侧通过管道连接发动机；光电探测单元与发动机连接的管道上安装有阀门，所述阀门通过导线与主控单元连接。本发明能够对航空煤油中游离水和杂质浓度分别的、实时的在线检测。保障航空煤油的清洁度，保证航空煤油发动机正常工作，减少航空事故。
Description
技术领域
本发明涉及航空煤油污染物浓度检测的光学分析仪器技术领域，具体是用于航空煤油中游离水和微小杂质浓度在线检测的分析仪度在线检测的分析仪。
背景技术
航空煤油的清洁性是影响航空发动机系统使用寿命的一个重要因素，其评价指标有两个，即杂质和游离水。航煤在贮存、运输、加注和使用过程中不可避免的受到污染而出现杂质和游离水。
航空煤油中的杂质会严重影响航空发动机零部件的正常运转并加速发动机零部件磨损，会引起油路和量孔堵塞，使浮子机构的阀门、省油器和加速泵工作条件变差。航空煤油中杂质还引起气门导管卡滞和烧坏气门研磨工作面，降低了发动机工作的可靠性。杂质对航空发动机供油系统其危害更大，固体杂质还会阻塞滤油器的网孔，严重时，会中断供油。
航空煤油中含有游离水时，润滑性能便会下降而使机件的磨损增大。同时游离水对储油容器和发动机燃料系统合金钢材料零件易产生腐蚀，从而使精密部件发生卡住现象，使调节机构失灵，严重时甚至会发生燃料泵柱塞卡死，传动轴折断等。游离水混入航煤中，会加速航煤的氧化，并溶解抗氧防胶剂，从而使安全性降低。游离水还会滋生细菌，在低温下会产生冰晶，阻塞油滤，影响发动机的正常工作。
传统的航空煤油在线检测设备只能检测航空煤油中不同尺寸的颗粒所造成的浊度，并提供相应的测试结果，该设备称为浊度计。传统的航空煤油注油管道配备有微孔过滤器（滤芯半径为0.5 μm），大于该尺寸的杂质颗粒或游离水无法通过该过滤器，当航空煤油中大量半径均小于0.5 μm的杂质颗粒和游离水通过过滤器后，航空煤油的杂质和游离水浓度会大幅上升。而浊度计只对被测采样体积内的浊度信息进行测量的，无法将航空煤油中的游离水和杂质的浓度分开测量，并且无法测量微量杂质和游离水的浓度，从而不能够排查航空煤油受到污染的具体原因，进而不能给出有效控制航空煤油污染的措施。
发明内容
为了解决背景技术中对航空煤油中游离水和杂质浓度分别的、实时的检测功能需要，本发明提供了用于航空煤油中游离水和杂质浓度在线检测的分析仪。本发明采用主动光学散射方法，在散射腔内设置0°、90°和11°探测通道，通过实时监测航空煤油流过散射体积内各个探测通道的航空煤油游离水与杂质的散射光信号，探测器单元探测到的光学信号转换成相应的电子学信号，利用理论与实验方法确定电子学信号与航煤中游离水和杂质含量之间的关系，在数显装置上实时显示航煤中游离水和杂质的含量变化。游离水测量范围为0~100ppm（灵敏度0.5ppm），杂质测量范围为0~10mg/L（灵敏度0.05 mg/L）
本发明的目的在于提供用于航空煤油中游离水和微小杂质浓度在线检测的分析仪度在线检测的分析仪，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
用于航空煤油中游离水和微小杂质浓度在线检测的分析仪度在线检测的分析仪，包括主控单元、光电探测单元和数据传输单元，所述主控单元通过无线网络与光电探测单元无线通讯连接，光电探测单元通过无线网络与数据传输单元无线通讯连接；光电探测单元一侧通过管道连接过滤器，另一侧通过管道连接发动机；光电探测单元与发动机连接的管道上安装有阀门，所述阀门通过导线与主控单元连接；所述光电探测单元包括单色激光光源、准直系统、入射蓝宝石窗口、油路转接阀体、航空煤油样品、定标监测单元、出射蓝宝石窗口、0°探测通道、孔径光阑A、11°探测通道、90°探测通道、孔径光阑B、相干探测通道和分束器，所述油路转接阀体为环形，油路转接阀体左端中间位置和顶端中间位置均安装有入射蓝宝石窗口，与位于油路转接阀体左端中间位置的入射蓝宝石窗口对称的位置安装有出射蓝宝石窗口；油路转接阀体上安装有定标监测单元；入射蓝宝石窗口左侧设有分束器，分束器内部有相干探测通道；分束器左侧设有准直系统，准直系统左侧设有单色激光光源；油路转接阀体内部为散射腔，散射腔内设有0°探测通道、11°探测通道和90°探测通道；11°探测通道外侧设有孔径光阑A，90°探测通道外侧设有孔径光阑B；所述数据传输单元和主控单元由探测头部、电控箱、电源适配器、人机界面组成，所述探测头部通过无线网络或数据线与电控箱通讯连接，电控箱通过无线网络或数据线与人机界面通讯连接；探测头部和电控箱均通过电源线与电源适配器连接；所述探测头部由0°探测器、11°探测器、90°探测器、相干探测器、单色激光光源控制电路、温度流速组件、信号处理电路和前放电路组成；电控箱内有放大器单元、嵌入式单元、多通道A/D转换、时间芯片、SD/FLASH/USB存储、键盘、液晶显示组成；人机界面装载于微计算机中，与电控箱通过RS232或以太网进行通讯控制。
本发明的使用方法是：
激发单色激光光源，单色激光光源发出的光束经过前端准直系统准直，准直系统是由3片光学镜片组成，经过准直系统的光束以较小口径的平行光光束经过入射蓝宝石窗口，进入油路转接阀体中，准直光束经过分束器，经束器14分束后，一部分光进入到相干探测通道，一部分经入射蓝宝石窗口进入油路转接阀体中，准直光束入射到航煤流动区域，经过航空煤油中的游离水和杂质时，发生散射作用形成不同方向的散射光，散射光经过出射蓝宝石窗口，一部分经孔径光阑进入11°探测通道，探测航空煤油中杂质和游离水在11°方向上的散射光强，一部分散射光通过孔径光阑进入90°探测通道探测航空煤油中杂质和游离水在90°方向上的散射光强；散射光第三部分则通过出射蓝宝石窗口进人0°探测通道，实现对单色激光光源强度值变化的监测，反馈调节单色激光光源的输出功率；
当分析仪需要定标时，定标监测单元移入到油路转接阀体中心实现对0°探测通道、11°探测通道和90°探测通道中探测器响应度的监测和标定；当分析仪正常工作时，定标监测单元则离开油路转接阀体的中心位置；
对单色激光光源每隔一定时间进行标定，具体定标方法：使用分束器将入射光束的一部分引出，作为观测光强，与0°探测通道的探测信号、光源功率对比，对系统进行综合标定。根据上述发明原理，可确定探测区域的杂质含量。根据管道中航空煤油的污染物含量与预设值对比，主控单元决定阀门的开闭；
由探测头部输入的四种信号在电控箱内进行二次放大后由多通道A/D转换采集输入到嵌入式系统；嵌入式系统是整个系统的控制核心，嵌入式系统将数据存储，并在液晶显示的同时，向微机发送实时数据，由界面进行观察数据曲线；外部的键盘用于响应用户输入的指令，液晶显示工作状态和测试数据，时间芯片用于系统保存数据使用，系统含有可用于维持时间芯片下电工作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够对航空煤油中游离水和杂质浓度分别的、实时的在线检测。当游离水、杂质，或二者的浓度超过预设值，报警系统发出报警并提示操作人员关闭注油系统阀门，停止给飞机等注油，操作者可及时检查注油系统中的过滤系统是否出现异常。进而保障航空煤油的清洁度，保证航空煤油发动机正常工作，减少航空事故。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明中光电探测单元的结构示意图。
图3是本发明中数据传输单元和主控单元的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-3，用于航空煤油中游离水和微小杂质浓度在线检测的分析仪度在线检测的分析仪，包括主控单元、光电探测单元和数据传输单元，所述主控单元通过无线网络与光电探测单元无线通讯连接，光电探测单元通过无线网络与数据传输单元无线通讯连接；光电探测单元一侧通过管道连接过滤器，另一侧通过管道连接发动机；光电探测单元与发动机连接的管道上安装有阀门，所述阀门通过导线与主控单元连接；所述光电探测单元包括单色激光光源1、准直系统2、入射蓝宝石窗口3、油路转接阀体4、航空煤油样品5、定标监测单元6、出射蓝宝石窗口7、0°探测通道8、孔径光阑A9、11°探测通道10、90°探测通道11、孔径光阑B12、相干探测通道13和分束器14，所述油路转接阀体4为环形，油路转接阀体4左端中间位置和顶端中间位置均安装有入射蓝宝石窗口3，与位于油路转接阀体4左端中间位置的入射蓝宝石窗口3对称的位置安装有出射蓝宝石窗口7；油路转接阀体4上安装有定标监测单元6；入射蓝宝石窗口3左侧设有分束器14，分束器14内部有相干探测通道13；分束器14左侧设有准直系统2，准直系统2左侧设有单色激光光源1；油路转接阀体4内部为散射腔，散射腔内设有0°探测通道8、11°探测通道10和90°探测通道11；11°探测通道10外侧设有孔径光阑A9，90°探测通道11外侧设有孔径光阑B12。定标监测单元6的具体使用方法是：使用分束器14将入射光束的一部分引出，作为观测光强，与0°探测通道8的探测信号、光源功率对比，对系统进行综合标定。所述数据传输单元和主控单元由探测头部、电控箱、电源适配器、人机界面组成，所述探测头部通过无线网络或数据线与电控箱通讯连接，电控箱通过无线网络或数据线与人机界面通讯连接；探测头部和电控箱均通过电源线与电源适配器连接；所述探测头部由0°探测器、11°探测器、90°探测器、相干探测器、单色激光光源1控制电路、温度流速组件、信号处理电路和前放电路组成，负责对游离水及杂质的散射光信号的光电转换；电控箱内有放大器单元、嵌入式单元、多通道A/D转换、时间芯片、SD/FLASH/USB存储、键盘、液晶显示组成；人机界面装载于微计算机中，可与电控箱通过RS232或以太网进行通讯控制。仪器工作时，可以输入直流电源或由220V经过电源适配器转换供电。
本发明的使用方法是：
激发单色激光光源1，单色激光光源1发出的光束经过前端准直系统2准直，准直系统是由3片光学镜片组成，经过准直系统2的光束以较小口径的平行光光束经过入射蓝宝石窗口3，进入油路转接阀体4中，准直光束经过分束器14，经束器14分束后，一部分光进入到相干探测通道13，一部分经入射蓝宝石窗口3进入油路转接阀体4中，准直光束入射到航煤流动区域，经过航空煤油中的游离水和杂质时，发生散射作用形成不同方向的散射光，散射光经过出射蓝宝石窗口7，一部分经孔径光阑9进入11°探测通道10，探测航空煤油中杂质和游离水在11°方向上的散射光强，一部分散射光通过孔径光阑12进入90°探测通道12探测航空煤油中杂质和游离水在90°方向上的散射光强。散射光第三部分则通过出射蓝宝石窗口7进人0°探测通道8，实现对单色激光光源1强度值变化的监测，反馈调节单色激光光源1的输出功率，进而保证单色激光光源1在光信号散射区内输入强度值保持恒定。为能够准确的测量污染物含量，分析仪因此设置了0°探测通道8、11°探测通道10和90°探测通道12的多个角度探测通道。为了实现对0°探测通道8、11°探测通道10和90°探测通道12中探测器响应度的监测和标定，在油路转接阀体4上还配备了定标监测单元6，定标监测单元6采用电动控制可以在油路转接阀体4内部直线往复移动，当分析仪需要定标时，定标监测单元6移入到油路转接阀体4中心实现对0°探测通道8、11°探测通道10和90°探测通道12中探测器响应度的监测和标定。当分析仪正常工作时，定标监测单元6则离开油路转接阀体4的中心位置；
对单色激光光源1每隔一定时间进行标定，具体定标方法：使用分束器14将入射光束的一部分引出，作为观测光强，与0°探测通道8的探测信号、光源功率对比，对系统进行综合标定。 根据上述发明原理，可确定探测区域的杂质含量。根据管道中航空煤油的污染物含量与预设值对比，主控单元决定阀门的开闭；
由探测头部输入的四种信号在电控箱内进行二次放大后由多通道A/D转换采集输入到嵌入式系统；嵌入式系统是整个系统的控制核心，嵌入式系统将数据存储，并在液晶显示的同时，向微机发送实时数据，由界面进行观察数据曲线；外部的键盘用于响应用户输入的指令，液晶显示工作状态和测试数据，时间芯片用于系统保存数据使用，系统含有可用于维持时间芯片下电工作。嵌入式系统还负责与温度流速探测组件通讯，采集探测头部的温度和流速信息。
本发明采用前向光学散射方法，实现航空煤油在注油过程中对游离水和杂质在被测腔内实时的、分别进行浓度测量。通过设置0°、90°和11°探测通道，保证同时分别监测航空煤油中游离水和杂质，且测量过程中两者互不干扰。同时还自带定标单元，用于标定分析仪中单色激光光源、各路探测通道和液体流速。分析仪通过对数据的判读，通过主控系统将数据显示在数字显示面板或计算操作界面，通过对游离水和杂质浓度的判读，对注油阀门进行开关控制，避免高浓度的游离水和杂质注入到发动机内，在保证航空发动机正常工作。
各探测单元探测到的光学信号转换成相应的电子学信号，利用理论与实验方法确定电子学信号与航煤中游离水和杂质含量之间的关系，在数显装置上实时显示航煤中游离水和杂质的含量变化。游离水测量范围为0~100ppm（灵敏度0.5ppm），杂质测量范围为0~10mg/L（灵敏度0.05 mg/L）。
为能够准确的测量污染物含量，本发明设置了0°探测通道8、11°探测通道10和90°探测通道12的多个角度探测通道。为了实现对0°探测通道8、11°探测通道10和90°探测通道12中探测器响应度的监测和标定，在油路转接阀体4上还配备了定标监测单元6，定标监测单元6采用电动控制可以在油路转接阀体4内部直线往复移动，当分析仪需要定标时，定标监测单元6移入到油路转接阀体4中心实现对0°探测通道8、11°探测通道10和90°探测通道12中探测器响应度的监测和标定。当分析仪正常工作时，定标监测单元6则离开油路转接阀体4的中心位置。
本发明还配备了相干探测通道13用于对单色激光光源1的辐亮度及波长标定，单色激光光源1的长时间使用，会导致其辐亮度值发生变化，使得在相同污染物含量的条件下与初始亮度值下所得到的散射光强有所降低，导致测量的污染物含量产生较大误差，甚至产生错误。因此，需要对单色激光光源1每隔一定时间进行标定，这是保证测量准确的前提条件。
探测头部对输入的四路探测通道的信号在电控箱内进行二次放大后由多通道A/D转换采集输入到嵌入式系统。嵌入式系统是整个系统的控制核心，嵌入式系统将数据存储，并在液晶显示的同时，向微机发送实时数据，可由界面进行观察数据曲线。外部的键盘用于响应用户输入的指令，液晶显示工作状态和测试数据，时间芯片用于系统保存数据使用，系统含有可用于维持时间芯片下电工作。嵌入式系统还负责与温度流速探测组件通讯，采集探测头部的温度和流速信息。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (2)
1.用于航空煤油中游离水和微小杂质浓度在线检测的分析仪度在线检测的分析仪，包括主控单元、光电探测单元和数据传输单元，其特征在于，所述主控单元通过无线网络与光电探测单元无线通讯连接，光电探测单元通过无线网络与数据传输单元无线通讯连接；光电探测单元一侧通过管道连接过滤器，另一侧通过管道连接发动机；光电探测单元与发动机连接的管道上安装有阀门，所述阀门通过导线与主控单元连接；所述光电探测单元包括单色激光光源、准直系统、入射蓝宝石窗口、油路转接阀体、航空煤油样品、定标监测单元、出射蓝宝石窗口、0°探测通道、孔径光阑A、11°探测通道、90°探测通道、孔径光阑B、相干探测通道和分束器，所述油路转接阀体为环形，油路转接阀体左端中间位置和顶端中间位置均安装有入射蓝宝石窗口，与位于油路转接阀体左端中间位置的入射蓝宝石窗口对称的位置安装有出射蓝宝石窗口；油路转接阀体上安装有定标监测单元；入射蓝宝石窗口左侧设有分束器，分束器内部有相干探测通道；分束器左侧设有准直系统，准直系统左侧设有单色激光光源；油路转接阀体内部为散射腔，散射腔内设有0°探测通道、11°探测通道和90°探测通道；11°探测通道外侧设有孔径光阑A，90°探测通道外侧设有孔径光阑B；所述数据传输单元和主控单元由探测头部、电控箱、电源适配器、人机界面组成，所述探测头部通过无线网络或数据线与电控箱通讯连接，电控箱通过无线网络或数据线与人机界面通讯连接；探测头部和电控箱均通过电源线与电源适配器连接；所述探测头部由0°探测器、11°探测器、90°探测器、相干探测器、单色激光光源控制电路、温度流速组件、信号处理电路和前放电路组成；电控箱内有放大器单元、嵌入式单元、多通道A/D转换、时间芯片、SD/FLASH/USB存储、键盘、液晶显示组成；人机界面装载于微计算机中，与电控箱通过RS232或以太网进行通讯控制。
2.一种如权利要求1所述的用于航空煤油中游离水和微小杂质浓度在线检测的分析仪的制备方法，其特征在于，激发单色激光光源，单色激光光源发出的光束经过前端准直系统准直，准直系统是由3片光学镜片组成，经过准直系统的光束以较小口径的平行光光束经过入射蓝宝石窗口，进入油路转接阀体中，准直光束经过分束器，经束器14分束后，一部分光进入到相干探测通道，一部分经入射蓝宝石窗口进入油路转接阀体中，准直光束入射到航煤流动区域，经过航空煤油中的游离水和杂质时，发生散射作用形成不同方向的散射光，散射光经过出射蓝宝石窗口，一部分经孔径光阑进入11°探测通道，探测航空煤油中杂质和游离水在11°方向上的散射光强，一部分散射光通过孔径光阑进入90°探测通道探测航空煤油中杂质和游离水在90°方向上的散射光强；散射光第三部分则通过出射蓝宝石窗口进人0°探测通道，实现对单色激光光源强度值变化的监测，反馈调节单色激光光源的输出功率；当分析仪需要定标时，定标监测单元移入到油路转接阀体中心实现对0°探测通道、11°探测通道和90°探测通道中探测器响应度的监测和标定；当分析仪正常工作时，定标监测单元则离开油路转接阀体的中心位置；对单色激光光源每隔一定时间进行标定，具体定标方法：使用分束器将入射光束的一部分引出，作为观测光强，与0°探测通道的探测信号、光源功率对比，对系统进行综合标定； 根据上述发明原理，可确定探测区域的杂质含量；根据管道中航空煤油的污染物含量与预设值对比，主控单元决定阀门的开闭；由探测头部输入的四种信号在电控箱内进行二次放大后由多通道A/D转换采集输入到嵌入式系统；嵌入式系统是整个系统的控制核心，嵌入式系统将数据存储，并在液晶显示的同时，向微机发送实时数据，由界面进行观察数据曲线；外部的键盘用于响应用户输入的指令，液晶显示工作状态和测试数据，时间芯片用于系统保存数据使用，系统含有可用于维持时间芯片下电工作。
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