CN204495708U - 一种光学锤度在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种光学锤度在线检测装置，锤度检测器棱镜底和顶为矩形、相互平行，底面经外壳的采样孔与被测介质接触。棱镜前后侧面为等边梯形、相互平行，左右侧面为矩形、与底面交角60-70°。入射光束垂直棱镜顶面，被侧面和底面的采样面反射，返回光束被另一侧面反射，落在光学成像传感器上，所得电信号经信号、运算电路板，输出被测介质当前锤度值。装有温度传感器，以进行实时温度补偿。棱镜定位板、光路定位板和定位压板固定棱镜、光源和聚光镜。清洗设施为高压热蒸汽发生器和蒸汽管道。本新型梯形截面的棱镜光信号损耗小，检测器体积缩小，适合在线安装；高压高热蒸汽清洗，防止积垢，保证测量精度，密封外壳，可于恶劣环境长期工作。

Description

一种光学锤度在线检测装置

技术领域

本实用新型涉及锤度的检测装置，具体为适用于检测糖厂混合糖汁和糖浆的一种光学锤度在线检测装置。

背景技术

锤度指溶液中所含的可溶性物质的重量占总重量的百分比。在制糖过程中，从甘蔗压榨汁(甜菜渗出汁)一直到煮糖中糖浆母液的锤度值都是非常重要的控制指标。

在糖厂生产过程中，各阶段糖汁的锤度值的控制可直接影响到生产能耗及白糖质量。如生产过程中的几个重要的工艺处理压榨汁加入渗透水、澄清汁加热蒸发、煮糖中糖液(通称母液)和煮糖中糖种稀释均要根据当时的锤度值。因此锤度值的检测在糖厂生产中极为重要，是工艺操作的依据。

现有的锤度测量仪主要是微波锤度计、比重锤度检测装置、折光锤度仪等。但是糖汁检测中会在检测装置上产生积垢，随着积垢的增加，造成测量偏差不断增大，偏差并非线性增大，实际应用中又无法及时清洗，使检测结果难以用于工艺操作。例如使用微波锤度计测量时，伸入糖汁的微波天线表面会积垢成圆柱型，不断加粗，天线上的积垢又很难实现在线自动清洗。比重锤度检测装置测量时需要从相应的管道或罐体中采样，让糖汁流入比重检测装置中。采样流出的糖汁暴露在空气中，温度迅速降低，在比重检测装置上形成糖块，直接影响到其测量的精度。另外，比重检测装置的体积相对较大，积垢的重量不断增加，积垢所占的重量百分比也直接影响到测量的精度。近年出现的折光锤度仪精度高、测定快、易于安装，但也存在检测棱镜易积垢的问题，结垢可能使精度降低到1％。虽然配置了检测棱镜的热水冲洗设施，但在线使用时仍受积垢影响，使精度下降。另外现有的折光锤度仪多采用三角棱镜，因光源的光是从棱镜的一个侧面入射，光学成像传感器要从另一侧面得到折射返回光，因而整个装置体积较大，不利于现场安装。

总之，因现有的锤度测量装置的缺陷，无法得到糖厂生产各流程的实时锤度数据，也就无法实施各工艺流程的自动控制，准确的锤度在线检测装置成为糖业生产实现自动化的关键。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种光学锤度在线检测装置，包括锤度检测器和清洗设施，锤度检测器的棱镜为梯形棱镜，清洗设施包括清洗介质发生器、清洗介质管道和清洗嘴。本装置安装于糖厂各控制点进行在线检测，可定时清洗棱镜的采样面，检测精度高。

本实用新型设计的一种光学锤度在线检测装置，包括锤度检测器和清洗设施，所述锤度检测器包括安装在检测器外壳内的棱镜、光源、光学成像传感器、信号电路板、运算电路板和电缆插座，所述清洗设施包括清洗介质发生器、清洗介质管道和清洗嘴，清洗介质管道连接清洗介质发生器和清洗嘴，清洗嘴朝向棱镜与被测介质接触的采样面。

所述锤度检测器的棱镜是四棱柱，其底面和顶面为矩形、相互平行，底面小于顶面，检测器外壳底面有采样孔，棱镜底面经该采样孔与被测介质接触。棱镜的前后两个侧面为等边梯形、相互平行，左右两个侧面为矩形，侧面与底面的交角为60°～70°，左右两侧面以底面的中心垂直面相互对称。光源和入射光聚光镜位于棱镜顶面的上方，聚光后的入射光束与棱镜的顶面垂直，且与棱镜的一个侧面相交，返回光聚光镜和光学成像传感器也位于棱镜顶面的上方、聚光后的返回光束与棱镜的顶面垂直，且落在光学成像传感器的感光面上。光学成像传感器安装于信号电路板底面，光学成像传感器的输出接入信号电路板；信号电路板与运算电路板连接，运算电路板的信号线连接检测器外壳上安装的密封的电缆插座，输出运算所得的被测介质当前锤度值，信号输出电缆连接检测器外壳上的电缆插座，信号输出电缆与锤度检测主机相连接。检测器外壳上部连接密封盖，检测器外壳与密封盖之间安装有外壳密封圈。检测器外壳和密封盖使检测器外壳内腔成为封闭空间。

光源的光经入射光聚光镜聚为一束，光束与棱镜顶面垂直，直射进入棱镜，在棱镜侧面上折射到与被测介质接触的棱镜采样面，光束中入射角大于被测介质临界角的光线再被棱镜采样面反射到棱镜的另一侧面，在此又一次的反射使返回光束向上与棱镜顶面垂直、出射棱镜，返回光经返回光聚光镜会聚后进入光学成像传感器。被测介质的锤度不同，返回光束的强弱和光斑大小不同，光学成像传感器将所得返回光束在其上成像的光信号转换为电信号，送至信号电路板，再到运算电路板，推算得到被测介质的锤度值，从信号电缆输出到锤度检测主机。

所述检测器外壳内、靠近棱镜的检测器外壳上固定温度传感器，温度传感器的信号线与信号电路板连接。温度传感器将被测介质当前温度测量信号传送到信号电路板，再经运算电路板转换为数字信号，送到光学锤度检测主机，光学锤度检测主机对当前所测锤度值进行实时温度补偿。

所述光源与入射光聚光镜间距可调地安装于光源筒内。所述入射光聚光镜分为间距可调的上聚焦半球镜和下聚焦半球镜。

棱镜定位板位于所述检测器外壳内、紧贴检测器外壳底部，棱镜定位板中心有与棱镜外形相配合的通孔，检测器外壳内腔底部中心有与棱镜底部相配合的凹槽，棱镜穿过棱镜定位板的通孔、插在检测器外壳底部的凹槽内，棱镜底面与检测器外壳凹槽的内底面相贴，棱镜顶面与棱镜定位板顶面相平齐。光路定位板压在棱镜定位板和棱镜上，光路定位板上有光源筒安装孔和返回光聚光镜安装孔，光源筒插在光源筒安装孔内固定。返回光聚光镜卡在返回光聚光镜安装孔内固定。

定位压板压在光路定位板上，定位螺栓穿过光路定位板和棱镜定位板上相应的孔，旋入检测器外壳底部的螺孔。定位螺栓旋紧，使定位压板将光路定位板和棱镜定位板紧压在检测器外壳内腔的底部。

所述棱镜底面中心有凸出的圆台，该圆台嵌入检测器外壳的相配合的采样孔，圆台表面与被测介质接触为采样面。圆台与采样孔之间有密封圈，防止被测介质进入检测器外壳内。

信号电路板和运算电路板固定于检测器外壳内二者之间有25～35mm的间隙，以避免两块电路板之间的电磁干扰，也利于电路板上电器元件的散热。

所述清洗设施的清洗介质发生器为高压热蒸汽发生器，清洗介质管道为蒸汽管道。高压热蒸汽发生器内的电热器将水瞬间加热成为高压高热蒸汽，高压热蒸汽发生器经蒸汽管道和清洗嘴连接，高压热蒸汽喷在棱镜与被测介质接触的采样面上，清理积垢，棱镜采样准确，从而保证本锤度检测装置的测定精度。

所述清洗嘴为1～4个，清洗介质管道下端分为1～4个支管，与各清洗嘴相接。多个清洗嘴更好地清除棱镜表面的积垢。

与现有技术相比，本实用新型一种光学锤度在线检测装置的优点为：1、本装置锤度检测器采用梯形截面的棱镜，入射光直射进入棱镜，同样返回光也与顶面垂直出射棱镜，光信号损耗小，使本检测器体积缩小，更适合在线安装使用；2、所配清洗设施采用高压高热蒸汽对棱镜采样面清洗，采样面清洗得干净彻底，防止积垢，保障测量精度稳定性和重复性，本检测装置分辨率达0.01BRIX，准确度保持为0.5BRIX；3、检测器外壳完全密封，可在恶劣的环境下长期工作，适用于糖厂榨汁中加入渗透水、澄清汁加热蒸发、煮糖中糖液和糖种稀释的锤度在线检测，也可用于味精厂发酵液、纸厂造纸黑液等浓度的测定；4、本装置中光源的供电电路部份有电压电流反馈，使供电电压电流保持稳定，故LED光源发光强度稳定，保证信号转换值精确。

附图说明

图1为本光学锤度在线检测装置实施例结构示意图。

图2为本光学锤度在线检测装置实施例棱镜结构示意图。

图3为本光学锤度在线检测装置实施例光路示意图。

图中标号为:

1、密封盖，2、运算电路板，3、信号电路板，4、检测器外壳，5、电缆插座，6、光源，7、入射光聚光镜，8、光路定位板，9、棱镜定位板，10、清洗嘴，11、清洗嘴架，12、温度传感器，13、棱镜，14、返回光聚光镜，15、定位压板，16、清洗介质管道，17、光学成像传感器。

具体实施方式

本光学锤度在线检测装置的实施例如图1所示，包括锤度检测器和清洗设施，所述锤度检测器包括安装在检测器外壳4内的棱镜13、光源6、光学成像传感器17、信号电路板3、运算电路板2和电缆插座5，所述清洗设施包括清洗介质发生器、清洗介质管道16和清洗嘴10，清洗介质管道16连接清洗介质发生器和清洗嘴10，清洗嘴10朝向棱镜13与被测介质接触的采样面。

本例锤度检测器的棱镜13如图2所示，是四棱柱，其底面和顶面为矩形、相互平行，底面小于顶面，本例棱镜13底面中心有凸出的圆台，该圆台嵌入检测器外壳4底部的相配合的采样孔，圆台表面与被测介质接触、为采样面。圆台与采样孔之间有密封圈，防止被测介质进入检测器外壳4内。棱镜13的前后两个侧面为等边梯形、相互平行，左右两个侧面为矩形，侧面与底面的交角为60°，左右两侧面以底面的中心垂直面相互对称。

如图1所示，光学成像传感器17安装于信号电路板3底面，光学成像传感器17的输出接入信号电路板3；信号电路板3与运算电路板2连接，运算电路板2的信号线连接检测器外壳4上安装的密封的电缆插座5，输出运算所得的被测介质当前锤度值，信号输出电缆连接检测器外壳4上的电缆插座5，信号输出电缆与锤度检测主机相连接。检测器外壳4上部连接密封盖1，本例检测器外壳4与密封盖1有相配合的法兰盘，二者之间安装有外壳密封圈，螺栓连接检测器外壳4与密封盖1。检测器外壳4和密封盖1使检测器外壳内腔成为封闭空间。

本实施例的光路如图3所示，光源6和入射光聚光镜7位于棱镜13顶面的上方，光源6的光经入射光聚光镜7聚为与棱镜13顶面垂直的入射光束，直射进入棱镜13，在棱镜13侧面上折射到棱镜13的采样面，棱镜13采样面将入射光束中入射角大于被测介质临界角的光线再反射到棱镜13的另一侧面，此侧面又一次的反射使返回光束向上与顶面垂直、出射棱镜13，返回光经返回光聚光镜14会聚后进入位于棱镜13顶面上方的光学成像传感器17的感光面上。被测介质的锤度不同，返回光束的强弱和光斑大小不同，光学成像传感器17将所得返回光束在其上成像的光信号转换为电信号，送至信号电路板3，再到运算电路板2，推算得到被测介质的锤度值，从信号电缆输出到锤度检测主机。

所述检测器外壳4内、靠近棱镜13的检测器外壳4上固定温度传感器12，温度传感器12的信号线与信号电路板3连接。温度传感器将被测介质当前温度信号传送到信号电路板，再经运算电路板送到光学锤度检测主机，以对当前所测锤度值进行实时温度补偿。

所述光源6与入射光聚光镜7间距可调地安装于光源筒内。本例入射光聚光镜7分为间距可调的上聚焦半球镜和下聚焦半球镜。

棱镜定位板9位于所述检测器外壳4内、紧贴检测器外壳4底部，棱镜定位板9中心有与棱镜13外形相配合的通孔，检测器外壳4内腔底部中心有与棱镜13底部相配合的凹槽，棱镜13穿过棱镜定位板9的通孔、插在检测器外壳4底部的凹槽内，棱镜13底面中心凸出的圆台嵌入检测器外壳4底部的采样孔内，棱镜13底面其余部分与检测器外壳4内腔底部凹槽底面相贴，棱镜13顶面与棱镜定位板9顶面相平齐。光路定位板8压在棱镜定位板9和棱镜13上，光路定位板8上有光源筒安装孔和返回光聚光镜安装孔，光源筒插在光源筒安装孔内，光源筒安装孔一侧有固定螺钉孔，固定螺钉旋入固定螺钉孔、尾端抵于光源筒外壁、使之固定。返回光聚光镜安装孔内有卡簧，返回光聚光镜14卡入返回光聚光镜安装孔内、被卡簧固定。

定位压板15压在光路定位板8上，定位螺栓穿过光路定位板8和棱镜定位板9上相应的孔，旋入检测器外壳4底部的螺孔。定位螺栓旋紧，使定位压板15将光路定位板8和棱镜定位板9紧压在检测器外壳4内腔的底部。

信号电路板3和运算电路板2固定于检测器外壳4内，二者之间有30mm的间隙。

本例清洗设施的清洗介质发生器为高压热蒸汽发生器，清洗介质管道16为蒸汽管道。高压热蒸汽发生器包括电热器，将水瞬间加热成为高压高热蒸汽，高压热蒸汽发生器经蒸汽管道和清洗嘴10连接，高压热蒸汽喷在棱镜13采样面上。

本例有3个清洗嘴10，固定在蒸汽管道下端分为3个支管，与各清洗嘴相接。清洗嘴10固定在清洗嘴架11上，清洗嘴10保持朝向棱镜13的采样面，并保持清洗嘴10嘴口与该采样面的距离。

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学锤度在线检测装置，包括锤度检测器和清洗设施，所述锤度检测器包括安装在检测器外壳(4)内的棱镜(13)、光源(6)、光学成像传感器(17)、信号电路板(3)、运算电路板(2)和电缆插座(5)，所述清洗设施包括清洗介质发生器、清洗介质管道(16)和清洗嘴(10)，清洗介质管道(16)连接清洗介质发生器和清洗嘴(10)，清洗嘴(10)朝向棱镜(13)与被测介质接触的采样面；其特征在于：

所述锤度检测器的棱镜(13)是四棱柱，其底面和顶面为矩形、相互平行，底面小于顶面，检测器外壳(4)底面有采样孔，棱镜(13)底面经该采样孔与被测介质接触、为采样面；棱镜(13)的前后两个侧面为等边梯形、相互平行，左右两个侧面为矩形，侧面与底面的交角为60°～70°，左右两侧面以底面的中心垂直面相互对称；

所述锤度检测器的光源(6)和入射光聚光镜(7)位于棱镜(13)顶面的上方，聚光后的入射光束与棱镜(13)的顶面垂直，且与棱镜(13)的一个侧面相交，返回光聚光镜(14)和光学成像传感器(17)也位于棱镜(13)顶面的上方、聚光后的返回光束与棱镜(13)的顶面垂直，且落在光学成像传感器(17)的感光面上；光学成像传感器(17)安装于信号电路板(3)底面，光学成像传感器(17)的输出接入信号电路板(3)；信号电路板(3)与运算电路板(2)连接，运算电路板(2)的信号线连接检测器外壳(4)上安装的密封的电缆插座(5)，检测器外壳(4)上部连接密封盖(1)。

2.根据权利要求1所述的光学锤度在线检测装置，其特征在于：

所述检测器外壳(4)内、靠近棱镜(13)的检测器外壳(4)上固定温度传感器(12)，温度传感器(12)的信号线与信号电路板(3)连接。

3.根据权利要求1所述的光学锤度在线检测装置，其特征在于：

所述光源(6)与入射光聚光镜(7)间距可调地安装于光源筒内。

4.根据权利要求3所述的光学锤度在线检测装置，其特征在于：

所述入射光聚光镜(7)为间距可调的上聚焦半球镜和下聚焦半球镜。

5.根据权利要求3所述的光学锤度在线检测装置，其特征在于：

棱镜定位板(9)位于所述检测器外壳(4)内、紧贴检测器外壳(4)底部，棱镜定位板(9)中心有与棱镜(13)外形相配合的通孔，检测器外壳(4)内腔底部中心有与棱镜(13)底部相配合的凹槽，棱镜(13)穿过棱镜定位板(9)的通孔、插在检测器外壳(4)底部的凹槽内，棱镜(13)底面与检测器外壳(4)凹槽的内底面相贴，棱镜(13)顶面与棱镜定位板(9)顶面相平齐；光路定位板(8)压在棱镜定位板(9)和棱镜(13)上，光路定位板(8)上有光源筒安装孔和返回光聚光镜安装孔，光源筒插在光源筒安装孔内，返回光聚光镜(14)卡入返回光聚光镜安装孔内；

定位压板(15)压在光路定位板(8)上，定位螺栓穿过光路定位板(8)和棱镜定位板(9)上相应的孔，旋入检测器外壳(4)底部的螺孔，定位压板(15)将光路定位板(8)和棱镜定位板(9)紧压在检测器外壳(4)内腔的底部。

6.根据权利要求5所述的光学锤度在线检测装置，其特征在于：

所述棱镜(13)底面中心有凸出的圆台，该圆台嵌入检测器外壳(4)的相配合的采样孔，圆台表面与被测介质接触、为采样面；圆台与采样孔之间有密封圈。

7.根据权利要求1所述的光学锤度在线检测装置，其特征在于：

所述检测器外壳(4)与密封盖(1)之间安装有外壳密封圈。

8.根据权利要求1所述的光学锤度在线检测装置，其特征在于：

所述信号电路板(3)和运算电路板(2)固定于检测器外壳(4)内，二者之间有25～35mm的间隙。

9.根据权利要求1所述的光学锤度在线检测装置，其特征在于：

所述清洗设施的清洗介质发生器为高压热蒸汽发生器，清洗介质管道(16)为蒸汽管道。

10.根据权利要求1所述的光学锤度在线检测装置，其特征在于：

所述清洗嘴(10)为1～4个，清洗介质管道(16)下端分为1～4个支管，与各清洗嘴(10)相接。