CN1846137A - 用于测量管道中的气体和液体的光学流量计 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于测量经过管道或其他导管的流体的速度的光学系统设计。该光学系统由以下装置构成：用于输送两个光束经过管壁中的窗口的装置，这两个光束被聚焦到沿管轴对准并相隔已知距离的两个点上；以及用于检测经过位于管道的相反一侧的第二窗口的被流体流中携带的粒子所散射的光的装置。通过测量检测到的信号之间的时间延迟，可确定流体的速度。输送的光速被聚焦在小光锥中，并且被置于第二窗口之后的遮蔽物所阻挡。经散射的光经过第二窗口之后围绕遮蔽物的孔隙，并且被聚焦在检测器表面上。

Description

用于测量管道中的气体和液体的光学流量计

背景技术

本发明一般地涉及用于测量管道中流动的流体的速度的测量设备，并且一般用于确定诸如天然气运输之类的工业应用中的流量速率。更具体而言，本发明涉及这样一种光学系统，这种光学系统通过管壁中的透明窗口在管道中聚焦两个光束，并检测当被流体携带的小粒子从一个焦点到另一个焦点时，被这些粒子所散射的光的行程延迟(flight delay)。

在管道操作和其他工业过程中，流量计被用于测量经过管道的气体或液体的流动速率。存在许多用于确定管道中的流动速率的机械方法，其中包括锐孔板、皮托管、文丘里流量计、涡动流量计、科里奥利效应流量计、可变面积流量计以及涡轮流量计，但是它们一般要求将障碍结构插在管道内，这在许多应用中都是不合需要的，因为它干扰了流体流动，并且产生了压力下降。另外，许多基于机械的传感器都要求达到相当大的气体压力或流动速率以便产生可测量的效果。这对于诸如煤层甲烷生产这样的储器压力非常低的某些应用是成问题的，或者在流体被排放到空气中或大储存容器中时是成问题的。

基于超声的流量计也是已知的，其测量在对角方向或沿管轴方向被引导的超声波束的声学速度的多普勒频移，许多超声流量计需要管壁中的贮器来安放超声换能器，这是不合需要的，因为污染物往往会堆积在内腔中。需要长段的管道来容纳超声波束路径，这可能是难以实施且昂贵的，对于管道直径较大的情况尤其如此。

其他版本的超声流量计利用换能器上的夹具通过管壁发射超声波，但是在低工作压力和低流动速率下，精确性能受损。

用于测量管道中的流体的流动速率的光学技术也是公知的，并且一般分为两个类别。激光多普勒风速计利用单个相干激光，该激光被分割成两个光束，这两个光束被引导为在测量点处相交。相交的激光光束沿着流体流动的轴产生交替的光带和暗带的干涉光样式。经过测量区域的粒子散射光，这产生周期性的变化光信号，该信号的调制频率与粒子的速度成比例。在测量存在许多大散射粒子的复杂流动时，此技术是有用的，但是因为光被分布在许多强度极大值上，所以检测效率较低，并且小粒子不会散射足够被有效测量的光。

也可用一种一般称为激光双焦点(Laser-Two-Focus)方法的技术来测量流体的速度。此系统涉及一种光学输送系统，该光学输送系统引导来自一个或两个激光光束的光以形成管道中的两个焦点，这两个焦点沿管轴分开某个已知距离。经过两个焦点的流体流中的粒子散射被光学汇集系统引导到光电检测器上的光。产生的信号由短脉冲构成，并且通过测量相邻脉冲之间的时间延迟，可确定粒子的速度。由于所输送的光的强度仅集中在两个点上，因此激光双焦点方法的灵敏度优于激光多普勒风速计系统的灵敏度。这在诸如天然气之类的某些流体中是非常重要的，这种流体只包含直径常小于1微米的非常小的粒子。

给定角度上的被粒子散射的光的量依赖于许多变量，其中包括粒子的大小、形成、表面品质、透明度/不透明度、折射率和传导率。这些作用的组合是非常复杂的，而诸如Mie和Rayleigh散射这样的广义理论无法精确预测真实世界的结果，因此经验研究最常被用来表征特定系统。但是，在获得对散射行为的一般趋向的基本理解上，Mie理论是有用的。例如，它预测到被非常小的粒子(接近入射光的波长或更小)所散射的光量大部分被包围在非常小的前向散射角内。图1示出被直径等于入射光波长的6倍的球状透明微滴散射的光中90％以上发生在10度的前向角锥体内。

激光双焦点光学系统区分粒子所散射的光的能力不仅依赖于被检测光学装置所汇集的光量，还依赖于防止了多少未经散射的光到达检测器。例如，在小于入射光的发散锥体的角上被散射的任何光无法被有效地检测到，这是因为检测器将会被未经散射的光所蒙蔽。经散射的光的对比度或可检测度从根本上被检测到的经散射的光与检测到的未经散射的光的对比率所限。

诸如Kiel等人和Williamson等人所描述的先前的激光双焦点光学流量计通过使汇集光学装置的光轴偏离入射光轴来优化检测到的光散射信号的对比度，如图2a和2b中所示。这使得由未经散射的光导致的信号偏差最小化，但是只有少量的经散射的光被耦合到的汇集孔隙中。在自然出现的散射粒子的大小非常小的某些情况下，例如天然气的情况下，这将会是一个限制因素，并且由于检测到的经散射的光的级别较弱，因此信噪比将会受损。

用激光双焦点风速计来表征诸如微粒尘埃或悬浮微粒(aerosol)之类的相对较大的粒子(大于入射光波长的10倍)的流动也是已知的。Hairston等人教导了一种用于测量由喷嘴所喷射出的悬浮微粒的大小和速度的系统，其中汇集孔隙与入射光束轴共线。未经散射的光被位于与测量区域相反一侧的中心遮蔽物所阻挡，并且进入汇集孔隙的以较大角度散射的光被聚焦在光电检测器上。因为在此应用中粒子相对较大，所以检测到的光幅度不是要特别关心的问题，因此可使用较大的中心遮蔽物，而不会牺牲灵敏度。

Kiel、Williamson、Hairston等人所描述的光学系统都以远心或平行光学系统为特色，这种光学系统输送被引导为与流动方向垂直的光束。这在某些应用中是很重要的，尤其是当流体是高压气体时。许多低压气体具有非常接近1的折射率，但是在较高的储器压力下，较大的气体密度导致折射率大增，这将会改变任何进入介质的光的光学折射角。如果光轴不与流动轴相垂直，则这可能导致焦点之间的间距的视差型偏移，从而导致测量误差。

在诸如天然气井之类的某些流动测量环境中，大量水、液态烃、微粒和其他污染物可能淀积在光学窗口上，并降低透射光的时间效率。对于光学测量装置打算长时间位于同一地点的应用来说，现有技术尚未有效解决此问题。光学窗口被用于许多其他管道应用中，尤其是观察镜中，并且已经开发出许多补救方法以允许不时清洁窗口。但是，希望开发这样一种光学系统，其既抗污垢，又能容忍光学透射效率的变化。

另外，对于许多工业应用，非常需要关于管道中流动的粒子的大小和形状的信息，以便表征和监视过程中的流体的品质。此数据例如验证了天然气处理车间处使用的过滤装置的质量、泵的状态和管道的腐蚀程度。用于测量粒子大小的专用激光设备是已知的，但是由于它们对振动和错位的灵敏性，因此它们的用途很大程度上局限于受控实验室环境，并且认为它们不适合于现场应用。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供这样一种设备，其通过根据沿管轴对准的、其间间距已知的两个聚焦的光束测量被流体携带的小粒子所散射的光的行程延迟的时间，来确定管道中的流体的流动速度。

本发明的另一个目的是提供一种流体流量计设备，其可被插入在管道中的细缝中，并且具有与配合管部分的内径相匹配的光滑的壁，以便不干扰管道内流体的流动。

本发明的另一个目的是使光学系统检测的灵敏度最大化。更具体而言，本发明的目的是使检测到的经散射的辐射的效率最大化，并且使对未经散射的入射光的检测达到最小限度。

本发明的另一个目的是提供一种光学系统，其可通过监视窗口透明度并调整光学检测器的增益，来补偿由流体流中运输的污染物的堆积与引起的管壁中的光学窗口的污脏。

本发明的另一个目的是提供一种光学系统，其对于在高工作压力下被压缩的被运输的气体的折射率变化不敏感。

另一个目的是提供一种光学系统，其还可通过测量以较大角度散射的光量相对于在较小的前向角上汇集的光量，来表征流体流中携带的散射粒子的大小和形状。

为了实现这些和其他目的，提供了一种用于确定流经管道的流体所携带的小粒子的速度的设备。速度测量最常被用于确定管道内的流体的流动速度。该装置包括至少一个光源，以及第一光学透镜系统，用于生成两个光束，并引导光束经过管壁中的第一窗口，以在管道空间中形成一对焦点，这两个焦点在管道截面中的相同位置处，但沿着与流动方向平行的轴分离开来。流体中携带的、沿着与两个焦点一致的轨道行进的小粒子连续散射光，并且散射事件之间的时间延迟与粒子速度成反比。

在管壁中还提供了第二窗口，其与第一窗口大致相对，从而提供了用于汇集经过第二窗口孔隙的一部分经散射的光并用于通过第二光学透镜系统将经散射的光引导到光检测器装置上的装置。为了提供信号检测的完善性，在第二光学系统的焦平面中可部署两个光检测器装置，每一个被对准以接受被各焦点散射的光。

还提供了这样的装置，该装置用于利用定位于第二窗口处或第二窗口之后以截取光束的不透明遮蔽物来阻挡未经散射的光，以防止未经散射的光到达检测器。遮蔽物的大小可以阻挡大部分或全部未经散射的光，但是小于第二窗口的孔隙，以使检测到的经散射的光的对比度最大化。

第一光学系统、第一窗口、第二窗口、不透明遮蔽物和第二光学系统大致以公共的光轴为中心，该公共光轴与管道流动方向大致垂直。两个光束沿着同一公共光轴被引导，但是焦点在焦平面处横向分离，并且与中心轴的距离大致相等。该装置的特征还在于具有与流动方向平行的管轴，以及与光轴和管轴都垂直的横轴。还提供了用于减少进入管道的光在横轴中光束会聚的装置，以便加宽焦点，并向在流体流中行进的粒子提供较大的散射截面。

还提供了用于将检测到的光转换成与入射光强度大致成比例的电信号的装置。在经散射的粒子经过每个焦点时，光脉冲被散射，并被各检测器接收到，并且生成电脉冲。提供了用于以电子方式确定电脉冲之间的时间延迟的装置，并且如果焦点之间的距离已知，则可计算粒子速度。还提供了确定流动速率的装置，其中流动速率与粒子速度大致成比例。

附图说明

为了进一步理解本发明的以上和其他特征和优点，参考以下详细描述和附图，附图中：

图1是3微米油滴的散射光效率的图，该效率是前向散射角的函数，其中使用了650nm光波长；

图2a和2b是现有技术中使用的光学系统的截面图，分别沿着光轴和与光轴垂直，示出了汇集光学系统轴以某个角度与输送光学系统轴相交；

图3是示出本发明的优选实施例的系统图，其具有由纤维光学延长线缆所连接的相分离的光机械头、光电组件；

图4a和4b是本发明的光机械头组件部分的截面图，分别与管轴垂直和沿着光轴。

图5a和5b是截面图，分别沿着管轴和与管轴垂直，示出了优选实施例的输送光学系统，为了更清晰其大小相对于管道截面有所夸张；

图6a和6b是截面图，分别沿着管轴和与管轴垂直，示出了优选实施例的汇集光学系统，为了更清晰其大小相对于管道截面有所夸张；

图7示出了可用于本发明的优选实施例的不透明遮蔽物的形状，该遮蔽物由细矩形带和圆形中心点联合构成；

图8a和8b是本发明的优选实施例的参考汇集组件的两个视图，该参考汇集组件由中心反射器和两个参考汇集光纤构成，其位于不透明遮蔽物的前面；

图9是本发明的系统图，其由相分离的光机械头、光电组件和延长线缆构成，示出了用于补偿光学系统效率损耗的电子处理电路和信号流的框图；

图10a和10b是截面图，分别沿着管轴和与管轴垂直，示出了本发明的另一种实施例，其由修改后的套圈和单个耦合透镜构成，该修改后的套圈具有与光学系统轴成某个角度的磨光的刻面，该单个耦合透镜被提供来聚焦输送光束，并保持在管道片段中主光线平行于光轴；

图11a和11b是截面图，分别与管轴垂直和沿着光学系统轴，示出了本发明的另一个实施例，提供了第二汇集光学系统，以引导以大角度散射的光，以便检测到的光信号的幅度被用于确定散射粒子的大小；

以及图12，示出了图12中所示的光学汇集的系统的另一种实施例，其中第二汇集光学系统与第一汇集光学系统轴共线。

具体实施方式

图3中示出了根据优选实施例构造的光学流量计，其用于通过测量被流体流携带的小粒子的速度来确定管道中的流体的流动速率。该流量计装置由以下部件构成：插入在管道12中的相邻凸缘11之间的光机械头10、包含两个激光源14的电光组件13，两个散射信号光电检测器54和55，处理电子装置15，以及将光电组件13连接到光机械头10的光学延长线缆导管16。在此配置中，光电组件13可位于远处，以便在光机械头10处不存在电势，这在经过管道的流体(例如天然气)可能由于火花或短路而被点燃时是符合需要的。此外，光机械头10处的纤维光学端接是紧凑、健壮的并且从尺寸来说是稳定的，这是因为它们远离了来自电子装置和光源的热负荷。

在图4中更详细示出的优选实施例的光机械头10，由刚性盘状托架17构成，该刚性盘状托架17可被夹在管道中的凸缘之间，它具有中心钻孔18，该中心钻孔18的直径与管内径大致匹配，从而形成不间断的密封的通道，以供流体不受干扰地流过。中心钻孔18包含两个窗口19和20：输送窗口19允许输送光束21和22进入中心钻孔18；位于中心钻孔18的另一侧的汇集窗口20允许未经散射的光束23和24以及经散射的光束25和26都能进入到汇集孔隙27中。在优选实施例中，窗口19和20的形状都匹配中心钻孔18的柱面曲率，以形成光滑连续的表面，以便对流体流动造成的干扰最小，并且减少可能存在于流体流中的污染物的堆积。在本发明另一个实施例中，一段内径大致与管壁内径匹配的光学上透明的管材可被插入盘状托架17的中心钻孔18中，以密封流体流动，并允许光进入和离开管道流动。

输送透镜系统28被包含在光机械盘状托架17中的输送透射钻孔29中，它从输送窗口孔隙30径向延伸到外周边。输送透镜系统28一般被容纳在管状机械外壳31中，并且它们共同地确立系统的光轴32。输送透镜系统28在图5a和5b中示出，为了更清晰，其大小相对于管道截面有所夸张。两条输送光纤33和34被端接在双孔套圈35中，位于光轴32的相反侧并且与光轴32的距离相等。套圈35绕光轴32旋转，以便光纤33和34的尖端都与管轴36对准。输送光束21和22从输送光纤33和34发散开来，并且与光轴32大致平行。输送光束21和22被光纤耦合透镜37校准，然后被输送物镜38聚焦经过输送窗口19，以便在中心钻孔18内形成两个主焦点39和40，这两个主焦点沿管轴36分离开来。主焦点39和40之间的间隔距离是通过根据以下公式选择输送耦合透镜37和物镜38的焦距来确定的：

D＝d_d*f_do/f_dc

其中D是管道中焦点之间的轴向间距；d_d是光纤33和34之间的轴向间距；f_do是输送物镜38的焦距；f_dc是输送耦合透镜37的焦距。

在优选实施例中，输送耦合透镜37和物镜38之间的光径间距被选择为等于其焦距之和。这形成了本领域中所称的远心光学系统，这意味着焦平面处的主光线保持与光轴平行。输送光束21和22被沿着与光学系统的轴32相平行并且与管轴36以及输送窗口19的表面相垂直的轴投射，如图5a所示。这在诸如天然气之类的可压缩气体的折射率根据内部压力而变化的应用中是很重要的。在非远心系统的情况下，焦点之间的间距将会由于可压缩流体的折射率变化所引起的视差而变化，从而产生速度测量误差。

参考图5a，柱面透镜41被置于输送透镜系统28内，以使光束焦点偏离主焦点39和40，以便形成沿光学系统轴32的两个次级线聚焦42和43。其作用是使主焦点39和40处的光束宽度加宽为两片光，从而增大速度测量区域处截取流体流动的截面面积。在优选实施例中，柱面透镜41的焦距被选择为使得两个光束在光学系统轴32上的公共点处形成两个共线的线聚焦42和43，这两个线聚焦位于汇集窗口20的表面上或表面之后。

在次级聚焦42和43处，入射的未经散射的输送光束23和24的截面面积为最小值。接近细矩形形状的、大小略大于未经散射的光束在次级焦平面处的剖面的光学上不透明的遮蔽物44被定位成截取大部分或所有未经散射的输送光束23和24。这允许了最大量的经散射的光进入未被遮蔽的汇集孔隙27，以优化光学信号检测灵敏度。更具体而言，矩形不透明遮蔽物44的狭窄尺寸所包围的最小范围的光束剖面允许了尽可能小角度的经散射的光25和26进入汇集孔隙27，而不会有来自未经散射的光束23和24的偏差。

返回参考图4，优选实施例的汇集透镜系统45被包含在与输送透镜钻孔29相对并大致并线的汇集透镜钻孔46中，它从汇集窗口孔隙27径向延伸到光机械盘状托架17的外周边。参考图6a和6b，为了更清晰，汇集透镜系统45的大小被示为相对于管道的截面有所夸张，它由物镜47和光纤汇集耦合透镜48构成。进入汇集孔隙27的经散射的光束25和26被聚焦到两条相应的散射汇集光纤49和50中，这两条光纤位于焦点处，并对应于中心钻孔18中的主焦点39和40中的每一个。散射汇集光纤49和50的内芯直径的大小能够接受经散射的光束25和26的大部分，这些经散射的光束25和26是从速度测量区域处的光片宽度上的点生成的，如下式确定：

W＝w_c*f_co/f_cc

其中W是主焦点39和40处的接受散射场的宽度；w_c是散射汇集光纤49和50的内芯直径；f_co是汇集物镜47的焦距；f_cc是汇焦耦合透镜48的焦距。

光学系统的聚焦深度确定速度测量区域沿光学系统轴32的长度，它受输送光束21和22的光束腰的长度和汇集透镜系统45的聚焦深度两者的影响。两个参数都是通过根据以上提供的约束选择透镜来调整的，但是存在由元件的物理大小和外壳尺寸所施加的限制。光学系统提供的聚焦深度还受不透明遮蔽物44的大小和形状的影响。在某些情况下，希望减小汇集透镜系统45的聚焦深度，以进一步限制散射测量区域沿光轴32的范围。这可以通过增大光轴32中心处不透明遮蔽物44的大小来实现，从而形成这样一个形状，该形状由矩形带状部分上交叠圆形中心点构成，如图7所示。

在另一个优选实施例中，第二对参考汇集光纤51和52被定位成紧挨不透明遮蔽物44前面，并且提供了用于耦合来自未经散射的光束23和24的光的装置，如图8a和8b所示。中心反射器53被放置在遮蔽物44的中心处，该中心反射器53将每个入射的未经散射的光束23或24的一部分引导到相应的参考光纤51或52中，而参考光纤51和52的路线又被安排成位于矩形带状不透明遮蔽物44的长边之后，并且在汇集透镜钻孔46的周边开口之外。由耦合到参考光纤51和52中的未经散射的光束23和24所生成的信号级别可用于监视入射光的整体强度，该整体强度可能随着时间而降低，这是因为弄脏光学窗口19(未示出)和20的污染物堆积，或者由光源强度的变化所引起。

参考图9，散射汇集光纤49和50和参考汇集光纤51和52与输送光纤33和34聚集在一起，并且被套在连接到光电组件11的公共延长线缆导管16中，该光电组件可能位于与光机械头10相距某个距离处。汇集光纤49和50以及51和52耦合到相应的散射信号光电检测器54和55以及参考信号光电检测器56和57。当粒子经过速度测量区域时，被耦合到散射汇集光纤49和50中并被传输到散射信号光电检测器54和55的光生成电脉冲，并且提供了处理电子装置15，用于通过使来自两个散射信号光电检测器54和55的电信号相关，来确定行程延迟的时间。由参考光电检测器56和57生成的参考信号可用于调整散射检测器电路60的增益，以补偿由于光学窗口19和20的污脏而引起的光信号损耗。

在图10a和10b所示的本发明的另一种实施例中，远心输送透镜系统28提供了输送耦合透镜61(可以是复合透镜)和具有两个刻面63和64的修改后的套圈62，这两个刻面是在套圈62的表面上打磨成的，并且相对于光学系统轴32的倾斜程度相同。产生的输送光束21和22在离开输送光纤33和34时被折射到某个角度，并且在输送耦合透镜61前面等于其焦距的距离处与光轴32相交，从而产生具有更紧凑的光学配置的同样的远心对准。

仍参考图10a和10b，柱面输送耦合透镜65也可被添加到输送透镜系统28中，位于光纤套圈62之后，以在横轴上校准输送光束21和22。这允许了通过选择柱面输送透镜65的焦距，来独立控制光片在主焦点39和40处的宽度。柱面物镜41的焦距也必须被缩短(负透镜)以补偿柱面输送透镜65所引入的焦偏移，以便次级聚焦42和43与不透明遮蔽物平面44保持一致。

在图11所示的本发明的另一个实施例中，次级汇集透镜系统66被置于光机械盘状托架17中的第三钻孔68中的第三光学窗口67之后，该次级汇集透镜系统66被示为采取与输送和主汇集透镜系统28和45的光学系统轴32相垂直的角度。次级汇集透镜系统66不包含任何遮蔽物或参考光纤，而是可以与主汇集透镜系统45相同。第二对汇集光纤69和70被放置成接受耦合到次级汇集孔隙71中的经散射的光，这对汇集光纤69和70连接到第二对测量光电检测器(未示出)。相对于光学系统轴32的大角度散射的光量强烈依赖于散射粒子的大小，因此通过测量光信号强度的比率，可确定关于流体流所携带的散射粒子的大小的信息。

图12所示的本发明的另一个实施例提供了第二汇集透镜系统72，其具有大于第一汇集系统27的孔隙的孔隙73，并且两个系统被放置成共线。第二汇集透镜系统72将以较大角度散射的光汇集在由两个系统的孔隙73和27之间的差异所限度的立体角内。每个系统所汇集的光量的比较给出关于粒子大小和形状的信息。

Claims (16)

1.一种用于测量流经管道的流体所携带的粒子的速度的装置，包括：

(a)至少一个光源和用于生成两个相分离的光束的装置；

(b)管壁中的第一透明光学窗口，其将流体流动限制在所述管道内，并且允许所述光束进入管内空间；

(c)具有光轴的光学输送系统，其引导所述两个光束经过所述第一光学窗口，以便所述光束在所述管道内形成两个焦点，这两个焦点大致在管道截面内的相同位置处对准，但是位于管轴上的不同点处，并且其间的间距已知；

(d)所述管壁中的第二透明光学窗口，其大致位于所述管壁中与所述第一光学窗口相反的一侧，其将流体流动限制在所述管道内并允许光离开管内空间；

(e)至少一个测量光检测器装置，用于检测被所述流体携带的粒子所散射的光，并将检测到的时变光幅度转换成相应的测量电子信号；

(f)光学汇集系统，其具有与所述光学输送系统的光轴大致共线的光轴，其将被流体流动中携带的粒子所散射的光汇集在与所述焦点相对的第一立体角内，并将所述经散射的光聚焦到所述测量光检测器装置上；

(g)用于吸收未经散射的光的不透明遮蔽物，其大致位于所述光轴上所述焦点之后，所述遮蔽物使第二立体角与所述焦点相对，该第二立体角小于所述第一立体角，以使得经过所述第一立体角的未经遮蔽部分的所述经散射的光到达所述测量光检测器装置；以及

(h)电子处理装置，其接收由所述光检测器装置检测到的所述测量电子信号，其中所述测量电子信号被处理，以确定经过所述两个焦点的粒子的行程延迟的时间，以及用于计算粒子速度或流体流动速率的装置。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述光源由一个或多个激光器构成。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述用于生成所述两个光束的装置包括将所述光源耦合到至少一条光纤中。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述光检测器装置由耦合到光电检测器的光纤构成。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述光检测器装置包括第一和第二光检测器场，所述第一和第二光检测器场对准以便从所述第一焦点散射的光被耦合到所述第一光检测器场，而从所述第二焦点散射的光被耦合到所述第二光检测器场。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述光检测器装置包括耦合到相应的第一和第二光检测器装置的第一和第二汇集光纤。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述光学输送系统和所述光学汇集系统的光轴与流动方向大致垂直。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述两个光束中的每一个的主光线与所述管道的轴大致垂直，以便如果所述流体的折射率变化，所述主光线不会偏离。

9.根据权利要求1所述的设备，其中具有大小和形状大致匹配所述管道截面的中心孔的机械托架被插入在所述管道中，并且与管前部和后部部分相配合，以便形成连续且密封的通道以供流体流过，所述机械托架包括所述第一和第二窗口、所述光学输送系统和所述光学汇集系统。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一和第二窗口具有基本上呈柱面的内表面，大致与内管壁的表面匹配。

11.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一和第二窗口被一段透明管材所取代，所述透明管材的内径匹配所述管道的内径，以将所述流体限制在所述管道内，并允许光从光学输送系统进入并经过光学汇集系统。

12.根据权利要求1所述的设备，其中所述光学输送系统包括柱面光学透镜装置，用于扩大所述焦点在管截面的平面中的宽度。

13.根据权利要求12所述的设备，其中所述柱面透镜装置大致在所述不透明遮蔽物平面处产生次级焦点，以便所述光束形成一对聚焦线段，所述聚焦线段的轴与管道流动平行，并且经过所述光学系统轴的中心。

14.根据权利要求1所述的设备，其中提供了用于截取一部分未经散射的光的装置，该装置位于所述不透明遮蔽物之前、但在所述第二光学窗口之后，其将截取到的光耦合到至少一个参考检测器装置上，并且利用检测到的光级别来调整所述光电检测器的增益，以便补偿入射光强度的变化。

15.根据权利要求1所述的设备，其中提供了第二光学汇集系统，其具有第二汇集轴，该第二汇集轴与所述输送光轴和所述第一汇集轴在同一平面中，并且与所述焦点相交，其中被流体流中的粒子所散射的光被耦合到第二光检测器装置中，以便通过比较检测到的第一光信号和检测到的第二光检测的幅度比率，来分析在流体流中行进的粒子的大小和/或形状。

16.根据权利要求15所述的设备，其中所述第二光学汇集系统的所述轴与所述第一光学汇集轴大致共线，并且其中所述第二光学汇集系统具有比所述第一光学汇集系统大的光学孔径，这允许了汇集更大散射角的散射光。

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