CN109696409A - 一种光谱扫描探头 - Google Patents

一种光谱扫描探头 Download PDF

Info

Publication number
CN109696409A
CN109696409A CN201910099553.XA CN201910099553A CN109696409A CN 109696409 A CN109696409 A CN 109696409A CN 201910099553 A CN201910099553 A CN 201910099553A CN 109696409 A CN109696409 A CN 109696409A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
channel
spectral scan
scan probe
filter arrays
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910099553.XA
Other languages
English (en)
Inventor
沈阳
冯永仁
孔笋
张小康
张国强
马俊全
范明略
白克宗
张涛
冯晓飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Oilfield Services Ltd
China National Offshore Oil Corp CNOOC
Original Assignee
China Oilfield Services Ltd
China National Offshore Oil Corp CNOOC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Oilfield Services Ltd, China National Offshore Oil Corp CNOOC filed Critical China Oilfield Services Ltd
Priority to CN201910099553.XA priority Critical patent/CN109696409A/zh
Publication of CN109696409A publication Critical patent/CN109696409A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明实施例公开了一种光谱扫描探头，包括：平凸透镜，用于将入射光变成平行光；光纤分束器，用于将平行光分成n束光；其中，n大于或等于2；n通道滤光片阵列，滤光片阵列的一个通道的滤光片对一束光进行窄带滤波；探测器阵列，用于将窄带滤波后的光转换成电信号；信号采集电路，用于对电信号进行滤波处理、放大处理和模数转换得到数字信号。本发明实施例基于滤光片阵列实现了光谱数据的采集，尺寸较小，并且只有n通道，只需要处理n通道的数据，数据量较小，降低了数据处理的复杂度。

Description

一种光谱扫描探头
技术领域
本发明实施例涉及但不限于光谱技术，尤指一种光谱扫描探头。
背景技术
地层测试仪器需要对地层流体进行光谱分析，光栅式的微型光谱仪费用昂贵，测量精度高，可以使用精确的组分测量。但如果只需要测量一部分参数，比如油水比、油气比等，采用光栅式的微型光谱仪成本较高，尺寸较大，不利于更换和维护，并且，光栅式的微型光谱仪光谱扫描信道较多，数据量较大，导致数据处理过程较复杂。
发明内容
本发明实施例提供了一种光谱扫描探头，能够减小尺寸，减小数据量，从而降低数据处理的复杂度。
本发明实施例提供了一种光谱扫描探头，包括：
平凸透镜，用于将入射光变成平行光；
光纤分束器，用于将平行光分成n束光；其中，n大于或等于2；
n通道滤光片阵列，滤光片阵列的一个通道的滤光片对一束光进行窄带滤波；
探测器阵列，用于将窄带滤波后的光转换成电信号；
信号采集电路，用于对电信号进行滤波处理、放大处理和模数转换得到数字信号。
在本发明实施例中，还包括：主控电路，用于对数字信号进行处理和计算，以实现光谱分析。
在本发明实施例中，所述主控电路还用于：与地面系统进行数据传输和指令收发。
在本发明实施例中，还包括：光源；
所述入射光包括以下任意一个：
所述光源发出的光；
所述光源发出的光经待检测物质反射或透射的光；
经待检测物质反射或透射的光。
在本发明实施例中，所述滤光片阵列的通道包括：可见光通道、参考通道、甲烷吸收峰通道、水吸收峰通道、油吸收峰通道。
在本发明实施例中，所述滤光片阵列的通道的半带宽包括：15纳米nm；
所述可见光通道的中心波长包括：680nm；
所述参考通道的中心波长包括：1092nm、1300nm和1600nm；
所述甲烷吸收峰通道的中心波长包括：1670nm；
所述水吸收峰通道的中心波长包括：1440nm和1930nm；
所述油吸收峰通道的中心波长包括：1720nm。
在本发明实施例中，所述n为8。
本发明实施例包括：平凸透镜，用于将入射光变成平行光；光纤分束器，用于将平行光分成n束光；其中，n大于或等于2；n通道滤光片阵列，滤光片阵列的一个通道的滤光片对一束光进行窄带滤波；探测器阵列，用于将窄带滤波后的光转换成电信号；信号采集电路，用于对电信号进行滤波处理、放大处理和模数转换得到数字信号。本发明实施例基于滤光片阵列实现了光谱分析，尺寸较小，并且只有n通道，只需要处理n通道的数据，数据量较小，降低了数据处理的复杂度。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例的实施例一起用于解释本发明实施例的技术方案，并不构成对本发明实施例技术方案的限制。
图1为本发明一个实施例提出的光谱扫描探头的结构组成示意图；
其中，1为光源，2为平凸透镜，3为光纤分束器，4为光纤阵列，5为n通道滤光片阵列，6为探测器阵列，7为导线束，8为信号采集电路，9为主控电路。
具体实施方式
下文中将结合附图对本发明实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
参见图1，本发明一个实施例提出了一种光谱扫描探头，包括：
平凸透镜2，用于将入射光变成平行光；
光纤分束器3，用于将平行光分成n束光；其中，n大于或等于2；
n通道滤光片阵列5，滤光片阵列的一个通道的滤光片对一束光进行窄带滤波；
探测器阵列6，用于将窄带滤波后的光转换成电信号；
信号采集电路8，用于对电信号进行滤波处理、放大处理和模数转换得到数字信号。
在本发明另一个实施例中，还包括：
主控电路9，用于对数字信号进行处理和计算，以实现光谱分析。
在本发明另一个实施例中，所述主控电路9还用于：与地面系统进行数据传输和指令收发。
在本发明另一个实施例中，还包括：光源1；
所述入射光包括以下任意一个：
所述光源1发出的光；
所述光源1发出的光经待检测物质反射或透射的光；
经待检测物质反射或透射的光，这种情况下光谱扫描探头不需要光源1。
其中，光源1的光谱范围可以根据实际需要来选取，例如，为了测量地层流体性质，可以选取光源1的光谱范围为400～250纳米(nm)，提供可见—近红外区域的光信号，功率为12瓦(W)。
在本发明实施例中，平凸透镜2能够将发散光聚焦成平行光。由于光源1的光是发散的，而光纤有一个光信号接收角度，大于接收角度(12°)的光将不能进入光纤。因此在光源前段放置一个平凸透镜，使得光源发出的光经过平凸透镜2变成平行光，进入到光纤分束器3中，从而降低了光信号的损失。
在本发明实施例中，光纤分束器3的作用就是将一束入射光纤分成n束，n束光纤分别对应后边的n个测量通道(即n个通道的滤光片阵列5)。例如，当n为8时，光纤分束器3前端共有200多根单模光纤，经过均匀分束，后端每束光纤大概有30根左右单模光纤，即光纤阵列4。
在本发明实施例中，滤光片阵列5可以包括任意数量的通道，根据不同的光谱分析需求可以设置不同数量的通道，即n可以取任意值。例如，所述滤光片阵列的通道包括：可见光通道、参考通道、甲烷吸收峰通道、水吸收峰通道、油吸收峰通道。
其中，所述滤光片阵列5的通道的半带宽包括：15纳米nm；
所述可见光通道的中心波长包括：680nm；
所述参考通道的中心波长包括：1092nm、1300nm和1600nm；
所述甲烷吸收峰通道的中心波长包括：1670nm；
所述水吸收峰通道的中心波长包括：1440nm和1930nm；
所述油吸收峰通道的中心波长包括：1720nm。
其中，所述n为8。
本发明实施例的滤光片阵列是高截止窄带干涉滤光片，采用双层镀膜工艺，能够将特定范围内波长的光透过，而其他的光被完全滤掉。峰值透过率平均超过60％。
光纤分束器3和滤光片阵列5可以根据需求决定长度、直径、厚度等。在用于井下仪器时，受空间限制，在尺寸上有严格的要求，滤光片阵列5中的滤光片的直径要小于5mm，光纤分束器3直径小于30mm。
本发明实施例的探测器阵列6可以采用无制冷的近红外波段的InGaAs探测器，光敏面积1mm。探测器响应度很好，一般在1A/W左右，暗电流一般在nA量级。每一个探测器的前段都与滤光片紧贴在一起，外面用专用的卡具固定住。每一个探测器后端连接两根导线，一根地线，一根信号线。导线束7(共2n根)能将光信号转变为的电信号传导到信号采集电路8上。
本发明实施例的信号采集电路8的主要功能是将微弱的电信号进行滤波处理，然后放大处理，再经过模数(AD，Analog to Digital)转换，成为数字信号。放大电路采用两级放大负反馈电路，AD采用16位的AD。
本发明实施例的主控电路9的功能是完成光谱的开关控制；进行光谱数据的前处理及计算；并通过总线完成与地面系统的数据传输和指令收发。同时主控电路9还包括电源转换等功能。主控电路9利用光谱建模和化学计量学方法(如主成分回归算法)实现。
本发明实施例基于滤光片阵列实现了光谱分析，尺寸较小，并且只有n通道，只需要处理n通道的数据，数据量较小，降低了数据处理的复杂度。
本发明实施例的滤光片阵列式的光谱扫描探头采用特定波长的光的透射过地层流体，对流体进行在线的光信号测量。通过对地层流线中流体的吸收光谱进行数据分析，可以确定流体性质和流体的一些成分。光谱扫描探头装配于地层测试仪器中，可以确定地层流体性质，有效区分地层原油与油基泥浆，并提高取样效率和质量，在油田勘探开发作业中具有重要的应用价值。
光谱扫描探头井下作业的工作原理：
宽谱光源1发出的光经过平凸透镜2变成平行光进入到光纤分束器3中，光纤分束器3将光分成n束，经过滤光片阵列5(n通道)，再进入到探测器阵列6中。光信号在探测器阵列6中转变为电信号，由信号采集电路8采集并放大，再经过AD处理，到达主控电路9。光谱数据信息由主控电路9进行分析计算，最终得到需要的数据。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
虽然本发明实施例所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明实施例而采用的实施方式，并非用以限定本发明实施例。任何本发明实施例所属领域内的技术人员，在不脱离本发明实施例所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明实施例的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种光谱扫描探头，包括：
平凸透镜，用于将入射光变成平行光；
光纤分束器，用于将平行光分成n束光；其中，n大于或等于2；
n通道滤光片阵列，滤光片阵列的一个通道的滤光片对一束光进行窄带滤波；
探测器阵列，用于将窄带滤波后的光转换成电信号；
信号采集电路，用于对电信号进行滤波处理、放大处理和模数转换得到数字信号。
2.根据权利要求1所述的光谱扫描探头，其特征在于，还包括：
主控电路，用于对数字信号进行处理和计算，以实现光谱分析。
3.根据权利要求2所述的光谱扫描探头，其特征在于，所述主控电路还用于：与地面系统进行数据传输和指令收发。
4.根据权利要求1所述的光谱扫描探头，其特征在于，还包括：光源；
所述入射光包括以下任意一个：
所述光源发出的光；
所述光源发出的光经待检测物质反射或透射的光；
经待检测物质反射或透射的光。
5.根据权利要求1～4任一项所述的光谱扫描探头，其特征在于，其中，所述滤光片阵列的通道包括：可见光通道、参考通道、甲烷吸收峰通道、水吸收峰通道、油吸收峰通道。
6.根据权利要求5所述的光谱扫描探头，其特征在于，其中，所述滤光片阵列的通道的半带宽包括：15纳米nm；
所述可见光通道的中心波长包括：680nm；
所述参考通道的中心波长包括：1092nm、1300nm和1600nm；
所述甲烷吸收峰通道的中心波长包括：1670nm；
所述水吸收峰通道的中心波长包括：1440nm和1930nm；
所述油吸收峰通道的中心波长包括：1720nm。
7.根据权利要求1～4任一项所述的光谱扫描探头，其特征在于，其中，所述n为8。
CN201910099553.XA 2019-01-31 2019-01-31 一种光谱扫描探头 Pending CN109696409A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910099553.XA CN109696409A (zh) 2019-01-31 2019-01-31 一种光谱扫描探头

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910099553.XA CN109696409A (zh) 2019-01-31 2019-01-31 一种光谱扫描探头

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109696409A true CN109696409A (zh) 2019-04-30

Family

ID=66234725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910099553.XA Pending CN109696409A (zh) 2019-01-31 2019-01-31 一种光谱扫描探头

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109696409A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113984665A (zh) * 2021-11-08 2022-01-28 山东大学 一种基于滤光片阵列的海水固有光学特性测量系统及方法
CN114112040A (zh) * 2021-11-18 2022-03-01 核工业西南物理研究院 一种基于窄带通滤光片的连续谱滤波分光探测系统
CN116148200A (zh) * 2023-04-18 2023-05-23 杭州泽天春来科技有限公司 水质分析仪

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1761868A (zh) * 2003-03-14 2006-04-19 贝克休斯公司 利用近红外光谱术井下量化甲烷的方法和设备

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1761868A (zh) * 2003-03-14 2006-04-19 贝克休斯公司 利用近红外光谱术井下量化甲烷的方法和设备

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
（美）R.D 小哈得逊: "《红外系统原理》", 30 June 1975, 国防工业出版社 *
DENNEY DENNIS等: "井下测量地层流体样品的甲烷含量及气油比（GOR）", 《测井与射孔》 *
洪有密等: "《测井原理与综合解释》", 31 March 1993, 石油大学出版社 *
谢丛姣等: "《油气开发地质学》", 31 July 2018, 中国地质大学出版社 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113984665A (zh) * 2021-11-08 2022-01-28 山东大学 一种基于滤光片阵列的海水固有光学特性测量系统及方法
CN114112040A (zh) * 2021-11-18 2022-03-01 核工业西南物理研究院 一种基于窄带通滤光片的连续谱滤波分光探测系统
CN114112040B (zh) * 2021-11-18 2023-09-08 核工业西南物理研究院 一种基于窄带通滤光片的连续谱滤波分光探测系统
CN116148200A (zh) * 2023-04-18 2023-05-23 杭州泽天春来科技有限公司 水质分析仪
CN116148200B (zh) * 2023-04-18 2023-08-11 杭州泽天春来科技有限公司 水质分析仪

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105738916B (zh) 高光谱偏振大气探测激光雷达系统及控制方法
US9857225B2 (en) Dual spectroscopic system and method for gas sample analysis
US9804092B2 (en) Integrated spectral probe for raman, reflectance and fluorescence spectral measurements
CN109696409A (zh) 一种光谱扫描探头
CN204556499U (zh) 调谐二极管吸收光谱的多通道高速数据采集和处理系统
CN105181672B (zh) 一种拉曼光谱波数及强度实时校正方法
CN105044030B (zh) 光纤纤间倏逝场耦合折射率计及其检测方法
CN102590156B (zh) 一种原位集成多光谱测量系统及检测方法
CN103926000B (zh) 一种图像光谱探测装置
CN101017083A (zh) 高密度多通道检测装置
CN102374974B (zh) 基于集成光波导的衰减全反射光谱测量式傅里叶光谱仪
CN103852164B (zh) 一种获取光源光谱的方法
CN102980658A (zh) 一种微型光纤光谱仪
CN107389560A (zh) 多波段全光纤高光谱分辨率整层大气透过率同时测量装置及测量方法
CN108956507B (zh) 叶绿素光谱检测仪
CN103528991B (zh) 土壤有机质含量的测量系统及测量方法
CN106772441B (zh) 一种紫外纯转动拉曼测温激光雷达系统
CN106596421A (zh) 空间光调制器的法布里‑珀罗干涉式宽谱段选频采集装置
Sun et al. Preliminary verification of hyperspectral LiDAR covering VIS-NIR-SWIR used for objects classification
CN204462021U (zh) 荧光分析仪
CN109541100A (zh) 多通道波长的信号漂移处理方法、装置及多通道检测器
CN207751858U (zh) 一种土壤中重金属含量检测装置
Zhou et al. Multispectral single pixel imaging based on spatial and spectral dimension decoupling
CN109580581A (zh) 一种基于复合光栅的激光拉曼光谱仪
CN205483264U (zh) 高分辨率快速测量的地物光纤光谱测试仪

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190430

RJ01 Rejection of invention patent application after publication