CN109115717B - 一种乳化液浓度检测方法与检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种乳化液浓度检测方法与检测装置，通过在接收检测乳化液浓度的指令的情况下，开启太赫兹探头和上位机油管的阀门，使乳化液流入试管中进行取样，通过太赫兹探头检测、处理后传到上位机，输出时间‑浓度关系图，实时得出乳化液浓度值。本发明巧妙利用乳化液对太赫兹波有特征吸收峰，不同浓度的乳化液对太赫兹波的吸收各不相同，而且比红外等具有更高透射能力。故使用太赫兹时域光谱技术能够完成乳化液浓度的鉴别，浓度越大对太赫兹波的吸收越强，浓度与吸收系数之间呈现线性递增关系，因而采用太赫兹光谱分析技术实现远距离实时检测乳化液的浓度，且测试精度高，测试数据可靠度高。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿液压系统用检测装置，特别是一种乳化液浓度检测方法与检测装置。
背景技术
乳化油与水是不相溶的两种液体，两者混合时其中一种以小液滴的形式均匀地分散在另一种之中，形成乳化液。当油滴分散在水中时，油为内相，水为外相，称为水包油型乳化液（O/W 型），反之则为油包水型（W/O 型）。
目前我国煤矿井下液压支架和单体液压支柱广泛采用浓度为3％-5％的水包油型乳化液，即按重量用3％-5％的乳化液，再加97%-95%的水，配置成乳化液。作为煤机产品液压传动的工作介质，乳化液在煤矿生产中具有重要作用。乳化液浓度对液压系统性能有很大影响。浓度过低会降低乳化液抗硬水能力、抗腐蚀性，导致液压元件锈蚀；浓度过高意味着乳化油用量增加，还会降低乳化液消泡力，增大对橡胶密封材料的溶胀性，导致密封失效，造成泄漏。合适的乳化液浓度能保证液压系统的持续稳定性，为煤矿用户减少不必要的浪费，降低采煤成本。因此液压系统乳化液浓度的准确监视、快速调节对于煤矿安全、高效生产具有举足轻重的意义。
为了保证液压系统的稳定性，从而保证煤矿生产的高效稳定性。需要一种能实时并且高精度地检测乳化液浓度的方法与装置，继而根据检测结果来决定加水还是加乳化油来维持乳化液箱中的乳化液浓度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种乳化液浓度检测装置。该发明巧妙利用乳化液对太赫兹波有特征吸收峰，不同浓度的乳化液对太赫兹波的吸收各不相同，而且比红外等具有更高透射能力。故使用太赫兹时域光谱技术能够完成乳化液浓度的鉴别，浓度越大对太赫兹波的吸收越强，浓度与吸收系数之间呈现线性递增关系，因而采用太赫兹光谱分析技术实现远距离实时检测乳化液的浓度，且测试精度高，测试数据可靠度高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种乳化液浓度检测检测装置，包括上位机、太赫兹探头、五根油管和五根试管。
五根试管并列放置，且与太赫兹探头位于同一直线上；每根试管上均设置有停止刻度线，五根试管的停止刻度线高度相同，且均高于太赫兹探头的高度。
五根油管的一端均伸入乳化液箱中，五根油管的另一端分别伸入五根试管内，五根油管的中部均设置有阀门。
太赫兹探头与上位机相连接，太赫兹探头包括信号发送单元、信号接收单元和信号控制单元，信号发送单元包括太赫兹发射管，信号接收单元包括太赫兹接收管，信号控制单元包括激光器和控制电路。
五根油管在乳化液箱中的插入点形成五个采样点，五个采样点位于乳化液箱的位置均不同。
五个采样点分别为采样点1、采样点2、采样点3、采样点4和采样点5，其中采样点1和采样点4位于乳化液箱顶部的两个对角点上，采样点2和采样点5位于乳化液箱底部的另外两个对角点上，采样点3位于乳化液箱的正中部。
停止刻度线位于试管口下方3mm处。
信号发送单元还包括驱动调制信号和驱动电路。
一种乳化液浓度检测方法，包括如下步骤。
步骤1，检测装置连接：将五根油管的一端分别放置在五个采样点处，五根油管的另一端分别伸入五根试管内，五根油管上的阀门均处于关闭状态；五根试管并列放置，且与太赫兹探头位于同一直线上；五根试管的停止刻度线高度相同，且均高于太赫兹探头的高度；五根试管分别为试管一、试管二、试管三、试管四和试管五，其中试管一靠近太赫兹探头。
步骤2，试管一采样：与试管一对应的阀门打开，位于乳化液箱中的乳化液经油管流入试管一中，当试管一中的乳化液上升至停止刻度线时，阀门关闭，停止采样。
步骤3，试管一浓度检测：太赫兹探头对试管一中的乳化液浓度进行检测，具体检测过程为；太赫兹发射管在驱动调制信号的作用下不断向太赫兹接收管发射带有调制信号的太赫兹光，太赫兹光经试管一中的油水介质吸收后被太赫兹接收管接收，太赫兹接收管将光信号传送至信号控制单元及上位机，然后上位机得到此时的乳化液吸收光谱图并进行保存；
步骤4，其余试管浓度检测：将试管一取走，然后按照步骤2和步骤3的方法依次对试管二至试管五中的乳化液吸收光谱图进行保存；
步骤5，上位机对保存好的乳化液吸收光谱图进行增强、去躁，融合后，得到一条乳化液吸收光谱曲线，将试管三的测量时间作为该时刻的乳化液浓度测量时间，从而得到时间-浓度图。
步骤1中，五个采样点的布设方法为：五个采样点分别为采样点1、采样点2、采样点3、采样点4和采样点5，其中采样点1和采样点4布设在乳化液箱顶部的两个对角点上，采样点2和采样点5布设在乳化液箱底部的另外两个对角点上，采样点3布设在乳化液箱的正中部。
本发明具有如下有益效果：
本发明通过在接收检测乳化液浓度的指令的情况下，开启太赫兹探头和上位机油管的阀门，使乳化液流入试管中进行取样，通过太赫兹探头检测、处理后传到上位机，输出时间-浓度关系图，实时得出乳化液浓度值。检测装置采用了太赫兹时域光谱(THZ-TDS)的检测方法，具有很高精度，并采用上位机进行显示。太赫兹波对水非常敏感，太赫兹时域光谱(THZ-TDS)技术能够检测有机分子——水分子界面的集体水分子网络动力学变化，是检测和研究有机分子溶液的理想工具。本发明巧妙利用乳化液对太赫兹波有特征吸收峰，不同浓度的乳化液对太赫兹波的吸收各不相同，而且比红外等具有更高透射能力。乳化液浓度越大对太赫兹波的吸收越强，浓度与吸收系数之间呈现线性递增关系，因而采用太赫兹光谱分析技术实现远距离实时检测乳化液的浓度，且测试精度高，测试数据可靠度高。然后，根据检测结果来决定加水还是加乳化油来维持乳化液箱中的乳化液浓度。同时，本发明结构简单、成本低，测量精度满足设计要求。
附图说明
图1显示了本发明一种乳化液浓度检测装置的结构示意图。
图2显示了本发明中五个采样点的俯视图。
图3显示了五个采样点的左视图。
图4显示了五个采样点的右视图。
图5显示了本发明一种乳化液浓度检测装置的工作原理图。
图6显示了本发明一种乳化液浓度检测方法的流程示意图。
其中有：
10.上位机；20.太赫兹探头；
30.乳化液箱；31.采样点1；32.采样点2；33.采样点3；34.采样点4；35.采样点5；
40.乳化液；50.油管；60.试管；61.试管一。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种乳化液浓度检测方法与检测装置，包括上位机10、太赫兹探头20、五根油管50和五根试管60。
五根试管均优选为透明材料制成，五根试管并列放置，且与太赫兹探头位于同一直线上；每根试管上均设置有停止刻度线，五根试管的停止刻度线高度相同，且均高于太赫兹探头的高度。
优选，停止刻度线设置在试管口下方3mm处。
五根油管的一端伸入乳化液箱中，五根油管的另一端分别伸入五根试管内，五根油管的中部均设置有阀门。
太赫兹探头与上位机相连接，太赫兹探头包括信号发送单元、信号接收单元和信号控制单元，信号发送单元包括太赫兹发射管，信号接收单元包括太赫兹接收管。
信号发送单元包括太赫兹发射管、驱动调制信号和驱动电路等。
信号控制单元包括激光器和控制电路等。
五根油管在乳化液箱中的插入点形成五个采样点，五个采样点位于乳化液箱的位置均不同。
五个采样点分别为采样点1、采样点2、采样点3、采样点4和采样点5。
如图2至图4所示，采样点1和采样点4优选位于乳化液箱顶部的两个对角点上，采样点2和采样点5优选位于乳化液箱底部的另外两个对角点上，采样点3优选位于乳化液箱的正中部。
上述采样点的设置，将乳化液箱分成了8块区域，样点具有代表性。
如图6所示，一种乳化液浓度检测方法，包括如下步骤。
步骤1，检测装置连接，也即为乳化液浓度检测系统布局：将五根油管的一端分别放置在五个采样点处，五根油管的另一端分别伸入五根试管内，五根油管上的阀门均处于关闭状态；五根试管并列放置，且与太赫兹探头位于同一直线上；五根试管的停止刻度线高度相同，且均高于太赫兹探头的高度；五根试管分别为试管一、试管二、试管三、试管四和试管五，其中试管一61靠近太赫兹探头。
步骤2，试管一采样：与试管一对应的阀门打开，位于乳化液箱中的乳化液40经油管流入试管一中，当试管一中的乳化液上升至停止刻度线时，阀门关闭，停止采样。
步骤3，试管一浓度检测：太赫兹探头对试管一中的乳化液浓度进行检测。
具体检测过程为：如图5所示，控制电路在激光器激励下控制太赫兹发射管在脉冲驱动调制信号的作用下不断向太赫兹接收管发射带有调制信号的太赫兹光，太赫兹光经试管一中的油水介质吸收后被太赫兹接收管接收，太赫兹接收管将光信号传送至信号控制单元及上位机，然后上位机得到此时的乳化液吸收光谱图并进行保存，上位机对保存好的吸收光谱图进行增强、去躁，融合后，得到一条吸收光谱曲线，从而根据线形对应关系得到具体浓度，由于测量时间短，乳化液挥发少，可以近似为五组数据为同一时间获得，取第三组时间为该时刻的乳化液浓度测量时间，从而得到时间-浓度图。
太赫兹探头的太赫兹检测原理是基于基于Lambert-Beer定律，一束单色光照射于一吸收介质表面，在通过一定厚度的介质后，由于介质吸收了一部分光能，透射光的强度就要减弱。吸收介质的浓度越大，介质越厚，则透射光的强度越弱。
步骤4，其余试管浓度检测：将试管一取走，然后按照步骤2和步骤3的方法依次对试管二至试管五种的乳化液浓度进行检测。
具体操作方法为：取走试管一，打开试管二对应的油管的阀门，至试管二中乳化液上升至停止线，关闭对应阀门，同理记录保存第二组吸收光谱图。
接着，同理打开下一个试管所对应的阀门，取走前一个试管，记录保存吸收光谱图，直到五个采样点取样完成，并完成五根试管内乳化液的浓度测试。
步骤5，上位机对保存好的吸收光谱图进行增强、去躁，融合后，得到一条吸收光谱曲线，从而根据线形对应关系得到具体浓度，由于测量时间短，乳化液挥发少，可以近似为五组数据为同一时间获得，取第三组时间为该时刻的乳化液浓度测量时间，从而得到时间-浓度图。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种乳化液浓度检测装置，其特征在于：包括上位机、太赫兹探头、五根油管和五根试管；
五根试管并列放置，且与太赫兹探头位于同一直线上；每根试管上均设置有停止刻度线，五根试管的停止刻度线高度相同，且均高于太赫兹探头的高度；
五根油管的一端均伸入乳化液箱中，五根油管的另一端分别伸入五根试管内，五根油管的中部均设置有阀门；
太赫兹探头与上位机相连接，太赫兹探头包括信号发送单元、信号接收单元和信号控制单元，信号发送单元包括太赫兹发射管，信号接收单元包括太赫兹接收管，信号控制单元包括激光器和控制电路；
五根油管在乳化液箱中的插入点形成五个采样点，五个采样点位于乳化液箱的位置均不同；
五个采样点分别为采样点1、采样点2、采样点3、采样点4和采样点5，其中采样点1和采样点4位于乳化液箱顶部的两个对角点上，采样点2和采样点5位于乳化液箱底部的另外两个对角点上，采样点3位于乳化液箱的正中部；
通过在接收检测乳化液浓度的指令的情况下，开启太赫兹探头和上位机油管的阀门，使乳化液流入试管中进行取样，通过太赫兹探头检测、处理后传到上位机，输出时间-浓度关系图，实时得出乳化液浓度值；太赫兹波对水敏感，采用太赫兹时域光谱能够检测有机分子——水分子界面的集体水分子网络动力学变化；通过巧妙利用乳化液对太赫兹波有特征吸收峰，不同浓度的乳化液对太赫兹波的吸收各不相同，乳化液浓度越大对太赫兹波的吸收越强，浓度与吸收系数之间呈现线性递增关系，因而采用太赫兹光谱分析技术实现远距离实时检测乳化液的浓度，并根据检测结果来决定加水还是加乳化油来维持乳化液箱中的乳化液浓度。
2.根据权利要求1所述的乳化液浓度检测装置，其特征在于：停止刻度线位于试管口下方3mm处。
3.根据权利要求1所述的乳化液浓度检测装置，其特征在于：信号发送单元还包括驱动调制信号和驱动电路。
4.一种乳化液浓度检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，检测装置连接：将五根油管的一端分别放置在五个采样点处，五根油管的另一端分别伸入五根试管内，五根油管上的阀门均处于关闭状态；五根试管并列放置，且与太赫兹探头位于同一直线上；五根试管的停止刻度线高度相同，且均高于太赫兹探头的高度；五根试管分别为试管一、试管二、试管三、试管四和试管五，其中试管一靠近太赫兹探头；
步骤2，试管一采样：与试管一对应的阀门打开，位于乳化液箱中的乳化液经油管流入试管一中，当试管一中的乳化液上升至停止刻度线时，阀门关闭，停止采样；
步骤3，试管一浓度检测：太赫兹探头对试管一中的乳化液浓度进行检测，具体检测过程为：
太赫兹发射管在驱动调制信号的作用下不断向太赫兹接收管发射带有调制信号的太赫兹光，太赫兹光经试管一中的油水介质吸收后被太赫兹接收管接收，太赫兹接收管将光信号传送至信号控制单元及上位机，然后上位机得到此时的乳化液吸收光谱图并进行保存；
步骤4，其余试管浓度检测：将试管一取走，然后按照步骤2和步骤3的方法依次对试管二至试管五中的乳化液吸收光谱图进行保存；
步骤5，上位机对保存好的乳化液吸收光谱图进行增强、去躁，融合后，得到一条乳化液吸收光谱曲线，将试管三的测量时间作为该时刻的乳化液浓度测量时间，从而得到时间-浓度图。
5.根据权利要求4所述的乳化液浓度检测方法，其特征在于：步骤1中，五个采样点的布设方法为：五个采样点分别为采样点1、采样点2、采样点3、采样点4和采样点5，其中采样点1和采样点4布设在乳化液箱顶部的两个对角点上，采样点2和采样点5布设在乳化液箱底部的另外两个对角点上，采样点3布设在乳化液箱的正中部。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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