CN109580500B - 高频宽幅激光扫描智能检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高频宽幅激光扫描智能检测装置及方法，主要用于液体在线品质的检测。包括高功率激光发生器，所述高功率激光发生器安装在承载待检测液体的管道的一侧端，所述管道的另一侧端内壁上设置有光电传感器，所述管道上与所述光电传感器位于同一侧的外壁安装调制解调器和变送器。本专利的有益效果是：本发明能够判断待检测液体的杂质含量的大致范围，进而实现对液体的在线品质进行判断，使得液态化工产品的计量在数量和质量上的控制能力得到大幅度提升。
Description
技术领域
本发明涉及高频宽幅激光扫描智能检测装置及方法，主要用于液体在线品质的检测。
背景技术
随着工业化程度以及人民生活水平的提高，对液体成品油或液态化工原料的需求日益增多。为了对成品油或液态化工原料进行存储，在以沿江、沿海为主的港口的地方修建了各种存储罐。在成品油贸易过程中，需要将船舶运输的成品油利用管道卸载到存储罐中，而且在卸载的同时利用安装在管道上的质量流量计完成对成品油的计量。由于船舶装载的成品油中不可避免地掺杂了气体，导致从船舶卸载的成品油的总数量与存储罐实际接收的成品油的总数量不一致，由此在成品油接收方与船舶发货方之间产生了交接纠纷。一般地，国际上默认可接受的计量误差低于0.3％，然而实际上，计量误差超过0.3％的批次就占总交易批次的20％-30％。
目前用于成品油计量的质量流量计的计量精度可达0.5‰，但在气液两相条件下计量精度大幅度降低。目前正在寻求运用消气设备先除去液体中的气体，再经过高精度的质量流量计来计量的可能性，但已研发的消气设备不能够完全消除液体中所含的气体，尤其在气体含量逐渐增大，甚至达100％时，消气效果明显降低。
授权公告号为：CN106289428B的专利，消气装置和计量系统，攻克了高端流量计产品数十年来面临的气液两相国际难题，从而使得艾默生、霍尼韦尔、ABB、E+H、横河等知名企业生产的高端流量计能够用于精确计量，所发明的计量系统设计精度达到了千分之一标准；进一步的，如果能够实现液体的在线品质检测，将使液态化工产品的计量在数量和质量上的控制能力得到大幅度提升。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供高频宽幅激光扫描智能检测装置及方法。
本专利解决上述技术问题的技术方案如下：高频宽幅激光扫描智能检测装置，包括高功率激光发生器，所述高功率激光发生器安装在承载待检测液体的管道的一侧端，用于发射可在所述管道的纵截面上在角度α范围内反复扫描的单束激光，所述管道的另一侧端内壁上设置有光电传感器，所述光电传感器用于接收所述高功率激光发生器发射的单束激光并将光强度的变化转换为电信号，所述管道上与所述光电传感器位于同一侧的外壁安装调制解调器和变送器，所述调制解调器和变送器用于测定由单束激光穿过管道内液体射在所述光电传感器所感应光强而引起的电流，以及管道内液体中混入杂质时所述光电传感器所感应光强而引起的电流，并将电流信号导出。
进一步地，所述α的范围为0-90°。
进一步地，所述α的范围为45-90°。
进一步地，所述光电传感器、调制解调器以及变送器均通过铆接螺杆与所述管道固定。
高频宽幅激光扫描智能检测方法，具体包括以下步骤：
(1)所述高功率激光发生器发射的单束激光在所述管道的纵截面上在角度α范围内反复扫描；
(2)设定单束激光反复扫描的频率为F，所述管道内液体的体积流量为V、所述管道的截面积为S以及所述管道内流动的液体中杂质的可检测的最小直径为D，按以下公式进行匹配：F＝(KV)/(SD)，其中，K为修正系数，根据频率衰减或增益的情况进行微调；
(3)所述调制解调器和变送器测定由单束激光穿过所述管道内液体射在所述光电传感器所感应光强而引起的电流I1以及所述管道内液体中混入杂质时所述光电传感器所感应光强而引起的电流I2，并将电流信号导出；
(4)所述高功率激光发生器发射功率根据电流I1以及电流I2进行设定；
(5)设定所述管道内液体混入的杂质的体积流量为X，根据 判断杂质的体积流量。
进一步地，所述步骤(1)中的α根据所述高功率激光发生器的扫描频率来确定，所述高功率激光发生器的扫描频率根据所述管道内流动的液体中所含杂质的均匀分布程度来调节，随着均匀分布程度的递增扫描频率递减，随着扫描频率的递增角度α递增。
进一步地，所述步骤(2)中K的取值范围为0.9-1.2。
进一步地，所述步骤(2)中的杂质为固体颗粒或气泡。
本专利的有益效果是：本发明能够判断待检测液体的杂质含量的大致范围，进而实现对液体的在线品质进行判断，使得液态化工产品的计量在数量和质量上的控制能力得到大幅度提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明具体实施例所述的高频宽幅激光扫描智能检测装置的结构示意图；
附图标记：
1-高功率激光发生器；2-光电传感器；3-调制解调器；4-变送器；5-管道；6-铆接螺杆。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明所提供的高频宽幅激光扫描智能检测装置，包括高功率激光发生器1，所述高功率激光发生器1安装在承载待检测液体的管道5的一侧端，用于发射可在所述管道5的纵截面上在角度α范围内反复扫描的单束激光，所述管道5的另一侧端内壁上设置有光电传感器2，所述光电传感器2用于接收所述高功率激光发生器1发射的单束激光并将光强度的变化转换为电信号，所述管道5上与所述光电传感器2位于同一侧的外壁安装调制解调器3和变送器4，所述调制解调器3和变送器4用于测定由单束激光穿过管道5内液体射在所述光电传感器2所感应光强而引起的电流，以及管道5内液体中混入杂质时所述光电传感器2所感应光强而引起的电流，并将电流信号导出。
进一步地，所述α的范围为0-90°。
进一步地，所述α的范围为45-90°。
进一步地，所述光电传感器2、调制解调器3以及变送器4均通过铆接螺杆6与所述管道5固定。
在管件5上安装高功率激光发生器1，其发射的单束激光可在管道5的纵截面上在角度α范围内反复扫描，根据管道5内流动的液体中所含杂质的均匀分布来调节，调节范围在0°到高频率激光发生器1能够变换的最大角度内调节，均匀程度较高的角度可以小一些，最佳在45°至90°范围内；均匀程度低的角度设定尽可能大一些；高功率激光发生器1，其发射的单束激光可在管道5的纵截面上在角度α范围内反复扫描的频率，其频率F和管道5内液体设定的最大体积流量V、管道5的截面积S以及设定管道5内流动的液体中固体颗粒或气泡的可检测的最小直径D，按以下公式进行匹配：F＝KV/SD；K为修正系数，K在0.9-1.2之间，根据频率衰减或增益的情况进行微调；角度α的取值决定于高功率激光发生器1的扫描频率F，频率越高角度α值越大，能否扫描到液体内混入到的杂质取决于高功率激光发生器1的扫描频率F，管道5内流动的液体中所含杂质的均匀分布程度越高，高功率激光发生器1的扫描频率F越低，如果扫描不到杂质扫描频率F就需要设定的大一些，扫描频率F与杂质的体积流量的估算值没有影响，但是决定了是否能够扫描到杂质；调制解调器3和变送器4，测定由激光束穿过管道5内液体射在光电传感器2所感应光强而引起的电流I1以及管道5内液体中混入杂质时光电传感器2所感应光强而引起的电流I2，并将电流信号导出；高功率激光发生器1，其发射功率可以根据激光束穿过管道5内液体射在光电传感器2所感应光强而引起的电流I1以及管道5内液体中混入杂质时光电传感器2所感应光强而引起的电流I2进行调节，通过(I1-I2)/I1大于或等于管道5内液体混入的杂质的体积流量X与设定的体积流量V的比例获得杂质大致的体积流量X；高功率激光发生器1以及光电传感器2在管道5直径小于100mm,设定的工作压力小于1MPa时，可以在管道5中间接入透明玻璃管作为视窗，并将高功率激光发生器1以及光电传感器2设置在玻璃管外。
实施例1
设定管道5的直径为D＝150mm,修正系数K＝1，管道5的体积流量为600m3/h,管道5对接的计量系统的精度为千分之一，对管道5内的最小可检测颗粒的直径为0.1mm,设定高功率激光发生器1的扫描范围为角度α等于90°范围内，设置高功率激光发生器1的扫描频率为：
600m3/h÷(π×0.075×0.075)÷0.0001÷3600＝9436Hz，高功率激光发生器1的功率可设置在50W-90W左右，这样就可以对管道5内以最高体积流量为600m3/h流过的液体中均匀分布直径不小于1mm的气泡、颗粒可以检测到，并可根据的大小大致判断杂质的体积流量X的范围。
实施例2
设定管道5的直径为D＝50mm,修正系数K＝1，管道5的体积流量为10m3/h,管道5对接的计量系统的精度为千分之一，对管道5内的最小可检测颗粒的直径为0.1mm,设定高功率激光发生器1的扫描范围为角度α等于60°范围内，设置高功率激光发生器1的扫描频率为：
10m3/h÷(π×0.025×0.025)÷0.0001÷3600＝14154Hz，高功率激光发生器1的功率可设置在30W-60W左右，这样就可以对管道5内以最高体积流量为10m3/h流过的液体中均匀分布直径不小于0.1mm的气泡、颗粒可以检测到，并可根据的大小大致判断杂质的体积流量X的范围。
实施例3
设定管道5的直径为D＝300mm,修正系数K＝1，管道5的体积流量为2000m3/h,管道5对接的计量系统的精度为千分之一，对管道5内的最小可检测颗粒的直径为1mm,设定高功率激光发生器1的扫描范围为角度α等于90°范围内，设置高功率激光发生器1的扫描频率为：
2000m3/h÷(π×0.15×0.15)÷0.001÷3600＝7863Hz，高功率激光发生器1的功率可设置在500W-1000W左右，这样就可以对管道5内以最高体积流量为600m3/h流过的液体中均匀分布直径不小于1mm的气泡、颗粒可以检测到，并可根据的大小大致判断杂质的体积流量X的范围。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (4)
1.一种高频宽幅激光扫描智能检测方法，其特征在于：包括高频宽幅激光扫描智能检测装置，所述装置包括高功率激光发生器，所述高功率激光发生器安装在承载待检测液体的管道的一侧端，用于发射可在所述管道的纵截面上在角度α范围内反复扫描的单束激光，所述管道的另一侧端内壁上设置有光电传感器，所述光电传感器用于接收所述高功率激光发生器发射的单束激光并将光强度的变化转换为电信号，所述管道上与所述光电传感器位于同一侧的外壁安装调制解调器和变送器，所述调制解调器和变送器用于测定由单束激光穿过管道内液体射在所述光电传感器所感应光强而引起的电流，以及管道内液体中混入杂质时所述光电传感器所感应光强而引起的电流，并将电流信号导出，采用所述装置的智能检测方法的具体步骤为：
(1)所述高功率激光发生器发射的单束激光在所述管道的纵截面上在角度α范围内反复扫描；
(2)设定单束激光反复扫描的频率为F，所述管道内液体的体积流量为V、所述管道的截面积为S以及所述管道内流动的液体中杂质的可检测的最小直径为D，按以下公式进行匹配：F＝(KV)/(SD)，其中，K为修正系数，根据频率衰减或增益的情况进行微调；
(3)所述调制解调器和变送器测定由单束激光穿过所述管道内液体射在所述光电传感器所感应光强而引起的电流I1以及所述管道内液体中混入杂质时所述光电传感器所感应光强而引起的电流I2，并将电流信号导出；
(4)所述高功率激光发生器发射功率根据电流I1以及电流I2进行设定；
(5)设定所述管道内液体混入的杂质的体积流量为X，根据判断杂质的体积流量。
2.根据权利要求1所述的高频宽幅激光扫描智能检测方法，其特征在于：所述步骤(1)中的α根据所述高功率激光发生器的扫描频率来确定，所述高功率激光发生器的扫描频率根据所述管道内流动的液体中所含杂质的均匀分布程度来调节，随着均匀分布程度的递增扫描频率递减，随着扫描频率的递增角度α递增。
3.根据权利要求1所述的高频宽幅激光扫描智能检测方法，其特征在于：所述步骤(2)中K的取值范围为0.9-1.2。
4.根据权利要求1所述的高频宽幅激光扫描智能检测方法，其特征在于：所述步骤(2)中的杂质为固体颗粒或气泡。
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