CN110618109A - 一种用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置，属于光学测量仪器技术领域，解决了现有技术使用多个探测器测量误差大的问题。本发明的装置包括激光光源、油品容器、主支撑结构、硅光探测器、遮光板和遮光盖等。本发明利用光散射原理，照射被测量液态油，使用硅光探测器测量不同角度的散射信号，根据光强信号值对油中杂质颗粒和游离水的大小、分布和浓度等信息进行测量的装置。本发明的装置可以进行均布的多角度位置测量，能够获取更多的散射光强信息，更准确的标定；整个装置采用同一个探测器在不同角度下进行测量，整个系统只有一个硅光探测器，避免了使用多个探测器时多个探测器之间的差异带来的测量误差，提高了可靠性。

Description

一种用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置

技术领域

本发明涉及光学测量仪器、油质检测技术领域，尤其涉及一种用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置。

背景技术

对于绝对均匀的液态油，光在油中传播不会发生明显的散射，因此只有在激光光束传播的方向才会有光强信号。当液态油中含有微小的杂质颗粒或者游离水时，激光光束照射后会在各个方向发生散射，从而在激光光束直线传播以外的方向检测到不同的光强信号。通过对不同角度下光强信号进行检测，并使用已知杂质信息的油进行系统的标定，就可以实现对未知浓度的液态油进行测量，从而获取被测量的液态油中的杂质和游离水含量信息。然而，现实中的液态油由于含有不同程度的杂质颗粒和游离水因而并非绝对均匀，现有的测量方法普遍使用多个探测器进行多角度位置的测量，而使用多个探测器，由于其之间的差异会带来的测量误差，降低可靠性。

发明内容

本发明为了对未知浓度的被测油进行杂质颗粒和游离水的测量，减小测量误差，提供一种用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置。通过测量不同角度下散射光强信号从而对被测量油进行杂质颗粒和游离水信息进行反演计算，从而实现准确测量和标定。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

本发明提供了一种用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置，包括：

主支撑结构，其内部形成有容纳容器的空腔，其周向分布若干个通光孔；

油品容器，用于盛装液态油；

硅光探测器，安装在其中一个通光孔上，用于对油品容器内的液态油进行探测；

遮光板，遮挡于没有安装硅光探测器的通光孔上；

遮光盖，扣合于容器的顶部，用于遮挡和封闭油品容器；

以及激光光源，固定于主支撑结构上，其中心线与硅光探测器的中心线等高。

进一步地，所述油品容器为圆柱形油品容器。

进一步地，所述通光孔均匀分布于除准直的激光光源位置外的主支撑结构周向。

进一步地，所述遮光板通过螺钉固定于通光孔的外侧。

进一步地，所述主支撑结构包括圆形固定座和圆柱形桶体，固定座的周向均布有用于固定螺栓的安装孔。

进一步地，所述激光光源采用准直的激光光源。

进一步地，所述液态油为煤油、汽油或柴油。

与现有技术相比，本发明的技术效果：

本发明提供的用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置，利用光散射原理，照射被测量液态油，使用硅光探测器测量不同角度的散射信号，根据光强信号值对油中杂质颗粒和游离水的大小、分布和浓度等信息进行测量的装置。本发明的装置可以进行均布的多角度位置测量，能够获取更多的散射光强信息，更准确的标定；整个装置采用同一个探测器在不同角度下进行测量，整个系统只有一个硅光探测器，避免了使用多个探测器时多个探测器之间的差异带来的测量误差，提高了可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置的立体结构示意图。

图2为本发明的用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置的剖视图。

图3为用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置的爆炸图。

图4为本发明的测量装置-17.5°处测量不同浓度的标准液的拟合曲线和方程。

图5为本发明的测量装置7.5°处测量不同浓度的标准液的拟合曲线和方程。

具体实施方式

本发明的具体思想为：液态油中杂质颗粒和游离水的大小、分布和浓度不同时，通过液态油的光的散射在不同角度的信号值也不同，根据这些信号值就可以反演计算液态油中这些杂质颗粒和游离水的含量信息。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。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1-3所示，本发明一种用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置，主要由激光光源1、油品容器2、主支撑结构8、硅光探测器3、遮光板5、遮光盖7和被测量油等部分组成，

所述主支撑结构8，其内部形成有容纳容器2的空腔，其周向分布若干个通光孔6；

所述油品容器2，用于盛装液态油4；

所述硅光探测器3，安装在其中一个通光孔6上，用于对油品容器2内的液态油4进行探测；

所述遮光板5，遮挡于没有安装硅光探测器3的通光孔6上；

所述遮光盖7，扣合于容器2的顶部，用于遮挡和封闭油品容器2；

所述激光光源1，固定于主支撑结构8上，其中心线与硅光探测器4的中心线等高。

具体地，所述油品容器2为圆柱形油品容器。所述通光孔6均匀分布于除准直的激光光源1位置外的主支撑结构8周向。所述遮光板5通过螺钉固定于通光孔6的外侧。所述主支撑结构8包括圆形固定座和圆柱形桶体，固定座的周向均布有用于固定螺栓的安装孔。

本发明中，主支撑结构8在直径方向两端分别放置一个激光光源1和一个硅光探测器3，激光光源1出射光为准直光，探测器为硅光探测器，并可以对激光光源1的信号进行响应，输出相应的电信号值。主支撑结构8上以一定角度均布若干的通光孔6，通光孔高度与激光光束中心等高度布置。同一时刻，硅光探测器3安装在某一个通光孔6外侧，实现对该角度下散射光强的探测。探测时，除安装硅光探测器3的通光孔，其他通光孔均使用遮光板5进行遮挡，从而保证无外界杂光的影响。依次更换硅光探测器3的位置，并将其他通光孔6进行遮挡，完成所有角度下的散射光强进行探测。

本发明利用了光的散射原理，使用前应在圆柱形油品容器2中加入杂质和游离水含量已知的液态油，通过遍历所有通光孔6，实现对不同角度下的光强进行探测，利用角度和光强信号之间的关系对装置的参数进行标定，建立光强信号与杂质颗粒和游离水含量信息的关系。标定完成后，将被测量油放入油品容器2，再次遍历所有通光孔6，对不同角度下的光强进行探测，利用标定过的光强信号与杂质颗粒和游离水含量信息的关系，带入所探测到的光强信号值，就可以获取被测油的杂质颗粒和游离水含量信息，这些信息包含了大小、分布和浓度等内容。

本发明中，包含两种遮光零件，油品容器上方的遮光盖7用于遮挡外界大面积杂光进入，侧方遮光板5数量与未参与探测的通光孔6的数量相同，目的是防止探测器移走之后形成杂光通道，造成探测不准。主支撑结构应采用外表面为黑色的金属，保证不透光，无缝隙。

工作时，激光光源1发出准直的平行光，照射油品容器2中的被测油，硅光探测器3可以接收经过被测油之后的光强，并转换为电信号，经后续测量电路就可以对接收的信号进行读数测量。通过将硅光探测器3放置于主支撑结构8的不同位置，并对非测量区域进行挡光减少杂散光的影响，就可以对不同散射角度的散射光强进行测量，从而对被测油中的杂质颗粒和游离水的大小、分布和浓度等信息进行反演计算。

本发明装置的使用前应该进行标定，方法是在圆柱形油品容器2中加入杂质颗粒和游离水浓度信息已知的标准液态油样品，准直的激光光束1照射液态油4，不同角度的散射光将会进入均布在主支撑结构8上的若干个通光孔6，硅光探测器3可以安装在通光孔6上进行探测，通过后续读出电路可以计算获得每个通光孔角度下的散射光强值，测量时依次将硅光探测器3放置在不同位置的通光孔6上，不测量的位置使用遮光板5进行遮挡，避免杂光的进入，遮光盖7应该保持常闭状态。通过遍历所有通光孔的光强信号值，就可以建立光强信号与杂质颗粒和游离水含量信息的关系，从而实现装置的标定。标定完成后，将油品容器2中的油替换为待测的未知浓度的液态油，测量激光光源1经过被测液态油后不同通光孔6后的光强值，将测量的光强值代入经过标定的关系式，即可反算出被测油中杂质颗粒和游离水的大小、分布和浓度等信息。

其中，液态油类如煤油、汽油和柴油等，标准液态油样品是购买的成品。本发明分别对浓度为0.5％、1％、1.5％、2％和2.5％的标准液进行测量，其-17.5°处的光强信号如图4分布，可以得到拟合关系式和曲线如图4。其中横坐标为探测器电流值，纵坐标为浓度值。若对未知浓度的同种液体进行监测，如在该角度处的信号值为85，那么带入拟合多项式y＝0.0004x-0.0202，即可反算求得该未知浓度为1.38％。

同理，对7.5°处不同浓度的标准液进行测量，也可以得到拟合关系式和曲线，如图5。其中横坐标为探测器电流值，纵坐标为浓度值。若对未知浓度的同种液体进行监测，如在该角度处的信号值为400，那么带入拟合多项式y＝0.00006157x+0.00240594，即可反算求得该未知浓度为2.70％。

综上，本装置的设计目的是针对可以测量不同类型的液态油，只要有标准浓度的溶液进行标定，就可以完成设备标定，然后对未知浓度的液体进行测量。使用多个未知角度进行测量的好处是，针对不同类型的液态油选择具有代表性的角度，且不同角度的探测器信号可以起到相互比对的作用，提高可靠性。

本发明可以对油品容器中的液态油不同角度的散射光强进行测量，通过对已知杂质颗粒和游离水浓度的液态油进行测量，可以建立杂质颗粒和游离水含量信息与不同角度散射光强的关系，并通过具体测量数值进行标定，然后对未知杂质颗粒和游离水浓度信息的被测液态油进行测量，获得在不同角度下的散射光强，根据标定的关系式即可反演计算出被测油的杂质颗粒和游离水大小、分布和浓度等信息。本发明可以通过定标实现不同浓度杂质颗粒和游离水的测量，为液态油质量好坏提供参考依据。

本发明比基于散射法现有的测量装置，具有两个优势，一是采用了均布的多角度位置测量，能够获取更多的散射光强信息，更准确的标定；二是采用了同一个探测器在不同角度下进行测量，整个系统只有一个硅光探测器，避免了使用多个探测器时多个探测器之间的差异带来的测量误差。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (7)

1.一种用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置，其特征在于，包括：

主支撑结构(8)，其内部形成有容纳容器(2)的空腔，其周向分布若干个通光孔(6)；

油品容器(2)，用于盛装液态油(4)；

硅光探测器3，安装在其中一个通光孔(6)上，用于对油品容器(2)内的液态油(4)进行探测；

遮光板(5)，遮挡于没有安装硅光探测器(3)的通光孔(6)上；

遮光盖(7)，扣合于容器(2)的顶部，用于遮挡和封闭油品容器(2)；

以及激光光源(1)，固定于主支撑结构(8)上，其中心线与硅光探测器(4)的中心线等高。

2.根据权利要求1所述的用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置，其特征在于，所述油品容器(2)为圆柱形油品容器。

3.根据权利要求1所述的用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置，其特征在于，所述通光孔(6)均匀分布于除准直的激光光源1位置外的主支撑结构(8)周向。

4.根据权利要求1所述的用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置，其特征在于，所述遮光板(5)通过螺钉固定于通光孔(6)的外侧。

5.根据权利要求1所述的用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置，其特征在于，所述主支撑结构(8)包括圆形固定座和圆柱形桶体，固定座的周向均布有用于固定螺栓的安装孔。

6.根据权利要求1所述的用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置，其特征在于，所述激光光源(1)采用准直的激光光源。

7.根据权利要求1所述的用于液态油中杂质颗粒和游离水进行标定和测量的装置，其特征在于，所述液态油(4)为煤油、汽油或柴油。