CN215985634U

CN215985634U - 一种用于海洋激光粒度仪的校准装置

Info

Publication number: CN215985634U
Application number: CN202220209590.9U
Authority: CN
Inventors: 陈磊; 张�杰; 潘晓驹; 穆明华
Original assignee: China University of Petroleum East China
Current assignee: China University of Petroleum East China
Priority date: 2022-01-26
Filing date: 2022-01-26
Publication date: 2022-03-08
Anticipated expiration: 2032-01-26

Abstract

本实用新型属于海洋计量领域，特别涉及一种用于海洋激光粒度仪的校准装置，包括呈倒T型的水槽、吊装装置、实验室激光粒度仪和控制单元，水槽内设置搅拌转子，水槽底部设置超声波发生器，吊装装置位于水槽的上方；水槽包括外壳体、内壳体和位于外壳体与内壳体之间的保温层，内壳体表面设有纳米碳涂层；搅拌转子位于内壳体两侧的转子容置腔内；内壳体内盛放校准溶液；待校准激光粒度仪通过吊装装置放置于校准溶液内；控制单元包括计算机和执行单元，计算机连接实验室激光粒度仪，执行单元连接电机、超声波发生器、吊装装置、待校准激光粒度仪。本实用新型所公开的校准装置可以实现校准过程的无接触污染、空间分布均匀、便携操作、运行稳定。

Description

一种用于海洋激光粒度仪的校准装置

技术领域

本实用新型属于海洋计量领域，特别涉及一种用于海洋激光粒度仪的校准装置。

背景技术

在海洋地质、沉积动力、海洋工程、环境科学等诸多研究和应用领域中，水体悬浮物的粒度分布、体积浓度都是一项重要参数。因此，泥沙属性测量的准确与否将直接影响到数据的有效性，对水体悬浮物和泥沙测量仪器（海洋激光粒度仪）进行校准，是保证其测量数据准确可靠的必要技术手段。海洋激光粒度仪采用激光衍射散射的原理，能够在观测现场快速获取水体中悬浮物粒度分布、体积浓度数据。

海洋激光粒度仪的光学部分十分精密，在实际使用中，运输过程（振动、高低温冲击）、严酷的使用环境（压力急剧变化、高低温冲击、生物附着、油脂污染等）都会对其测量准确度造成显著影响。根据多年来各专项航前检查的情况和前期调研，该类仪器十数年来依赖用户进行航前自检（由使用单位自行出具十分简单的自检报告）来初步验证仪器的工作状态，而其计量性能的量值溯源一直处于真空状态；换言之，此类仪器多年来提供的数据质量是难以保证的。该类仪器的结构设计上的缺点是结果受分布模型影响较大，因此只有在测量前后进行及时的校准才能更好的保证数据质量。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于海洋激光粒度仪的校准装置，以实现校准过程的无接触污染、空间分布均匀、便携操作、运行稳定的目的。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种用于海洋激光粒度仪的校准装置，包括呈倒T型的水槽、吊装装置、实验室激光粒度仪和控制单元，所述水槽内设置搅拌转子，水槽底部设置超声波发生器，所述吊装装置位于水槽的上方；所述水槽包括外壳体、内壳体和位于外壳体与内壳体之间的保温层，所述内壳体表面设有纳米碳涂层；所述搅拌转子位于内壳体两侧的转子容置腔内，所述搅拌转子通过转轴与设置在水槽外部的电机相连；所述内壳体内盛放校准溶液；所述待校准激光粒度仪通过吊装装置放置于水槽的校准溶液内；所述控制单元包括相互连接的计算机和执行单元，所述计算机连接实验室激光粒度仪，所述执行单元连接电机、超声波发生器、吊装装置、待校准激光粒度仪。

上述方案中，所述水槽内还设有温度传感器，所述温度传感器的温度探头设于转子容置腔内；所述温度传感器与执行单元连接。

上述方案中，所述搅拌转子水平放置，所述搅拌转子的宽度小于转子容置腔宽度的一半，防止扰动过大，与周边的流体接触太大而产生太大的摩擦力。

上述方案中，所述水槽内校准溶液的液面高度大于转子容置腔的高度，保证垂直方向上待校准激光粒度仪的最大测量长度。

上述方案中，所述内壳体为金属钛材质壳体，所述水槽外壳体为不锈钢壳体。

上述方案中，所述吊装装置通过自动升降控制装置连接所述执行单元。

上述方案中，所述超声波发生器位于水槽底面的中心位置。

上述方案中，所述水槽顶部设置带过线孔的顶盖，防止外部光线对测量过程的影响。

通过上述技术方案，本实用新型提供的一种用于海洋激光粒度仪的校准装置具有如下有益效果：

1、本实用新型为应用于海洋预报减灾、海洋环境监测、海洋科学调查领域的海洋激光粒度仪（LISST）提供统一可靠的校准装置，确保其量值的准确统一，更好的保证海洋调查数据质量。

2. 本实用新型采用超声波发生器，可有效避免粒度标准物质的沉降，从而更接近真实海洋环境悬浮物物质的粒径分布。

3. 本实用新型采用两侧的搅拌转子可模拟测量现场的水体流动，并使溶液混合均匀。

4、本实用新型在校准时，可在海洋激光粒度仪附近采集溶液，使用高精度的实验室激光粒度仪进行测量，验证装置中溶液的混合情况，确保溶液混合均匀。

5. 本实用新型采用温度传感器用于实时监测校准溶液温度，同时作为水体温度控制的对象，避免温度变化带来的影响。

6. 本实用新型采用了双转子容置腔的结构，倒T型的壳体采用内壁涂有纳米碳涂层的钛壳体，纳米碳涂层对光学敏感的设备可以起到更高的避光效应，从而降低外部光线的影响，使测量数据的准确性更高。钛壳体能够有效的防止海水的腐蚀，增加了设备的使用寿命。外壳体采用不锈钢材质，有效的起到保护内部的所有部件的功效，同时使得设备更加美观实用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型实施例所公开的一种用于海洋激光粒度仪的校准装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例所公开的水槽结构示意图。

图中，1、水槽；2、吊装装置；3、实验室激光粒度仪；4、计算机；5、执行单元；6、待校准激光粒度仪；7、自动升降控制装置；8、搅拌转子；9、超声波发生器；10、外壳体；11、内壳体；12、保温层；13、转轴；14、电机；15、温度传感器；16、顶盖；17、校准溶液。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实用新型提供了一种用于海洋激光粒度仪的校准装置，如图1所示，包括呈倒T型的水槽1、吊装装置2、实验室激光粒度仪3和控制单元，水槽1内设置搅拌转子8，水槽1底部中心位置设置超声波发生器9，超声波发生器9的作用是为水槽1内的溶液提供均匀悬浮的动力源。吊装装置2位于水槽1的上方。

如图2所示，水槽1包括外壳体10、内壳体11和位于外壳体10与内壳体11之间的保温层12，内壳体11表面设有纳米碳涂层，纳米碳涂层对光学敏感的设备可以起到更高的避光效应，从而降低外部光线的影响，使测量数据的准确性更高。内壳体11为金属钛材质壳体，钛壳体能够有效的防止海水的腐蚀，增加了设备的使用寿命。外壳体10采用不锈钢材质，有效的起到保护内部的所有部件的功效，同时使得设备更加美观实用。

两个搅拌转子8位于内壳体11两侧的转子容置腔内，且相对设置。搅拌转子8通过转轴13与设置在水槽1外部的电机14相连，连接处采用密封圈密封。本实施例中电机14安装于水槽1的底部，通过电机14的转动带动搅拌转子8在水平方向的转动，从而可以模拟测量现场的水体流动，并使溶液混合均匀。搅拌转子8水平放置，搅拌转子8的宽度小于转子容置腔宽度的一半，防止扰动过大，与周边的流体接触太大而产生太大的摩擦力。

内壳体11内盛放校准溶液17，该校准溶液17为由至少两种已知粒径的标准溶液混合而成，粒度标准物质的中值粒径包括D5μm、D50μm、D120μm、D240μm。进行校准时，待校准激光粒度仪6通过吊装装置2放置于水槽1的校准溶液17内。水槽1内校准溶液17的液面高度大于转子容置腔的高度，保证垂直方向上待校准激光粒度仪6的最大测量长度。

控制单元包括相互连接的计算机4和执行单元5，计算机4连接实验室激光粒度仪3，执行单元5连接电机14、超声波发生器9、吊装装置2、待校准激光粒度仪6。本装置的终端为计算机4，用于整套系统的控制，计算机4实现对执行单元5的信息传输。执行单元5用于控制电机14、超声波发生器9、吊装装置2、待校准激光粒度仪6的工作。具体为：执行单元5可以控制电机14的转速，从而控制搅拌转子8的转速，从而使得水槽1内的溶液得到充分的混合，达到标定过程中内部粒径标准物质空间的动态平衡。执行单元5还用于控制超声波发生器9的振动频率，从而为水槽1内的溶液提供均匀悬浮的动力源。吊装装置2通过自动升降控制装置7连接执行单元5，测试时，待校准激光粒度仪6通过吊装装置2放置于水槽1的校准溶液17内。执行单元5还作为待校准激光粒度仪6的供电单元与数采单元的集成，对待校准激光粒度仪6起到了供电与在线数据接收的作用。

实验室激光粒度仪3为高精度的激光粒度仪，用于验证溶液的混合情况，确保溶液混合均匀。本实施例中，实验室激光粒度仪3采用5200-H，待校准激光粒度仪6采用ISST-200X。

本实施例中，水槽1内还设有温度传感器15，温度传感器15的温度探头设于转子容置腔内，温度传感器15与控制单元连接，温度传感器15主要用于监测校准过程中的温度变化。

水槽1顶部设置带过线孔的顶盖16，测试校准时，盖上顶盖16，防止外部光线对测量过程的影响。

本实用新型的工作原理如下：

校准时，首先将需要混合的溶液放入水槽1的内壳体11内，开启电机14，带动搅拌转子8转动，使溶液充分混合均匀，关闭搅拌转子8；再开启超声波发生器9，使得溶液上下混合均匀，避免粒度标准物质的沉降，然后关闭超声波发生器9。最后将待校准激光粒度仪6由水槽1的内壳体11顶端悬入，准备进行粒度测量。

粒度测量前，在待校准激光粒度仪6附近采集溶液，使用实验室激光粒度仪3进行测量，验证溶液的混合情况，确保溶液混合均匀后，再进行待校准激光粒度仪6的数据采集。

最终的校准过程如下：使用待校准激光粒度仪6分别测量D5\ D50\D120\D240 各60组数据，记录待校准激光粒度仪6的测量值。运用最小二乘法拟合测量值和标准值，最终得到拟合系数，并进一步输入温度传感器15的配置文件，完成待校准激光粒度仪6的校准。

使用上述装置，测量同一粒度标准物质的质量（体积）中位直径D50重复测量时，仪器测量值的相对标准偏差要不大于3%，同时要求仪器测量值与粒度标准物质的标准值间的相对误差控制在±8%～±15%。当某一粒度的标准物质测量结束后，更换其他粒度的标准物质如D5\D120\D240等，重复上述的测量过程，上述实验随后进行交叉实验，即将上述4种不同粒径的标准物质，取其中的任意2种进行混合实验。

本实用新型的装置具有多种方式的检测，包括：仪器测量重复性、仪器测量相对误差、仪器分辨力和仪器检出限四项指标的检测：

1、仪器测量重复性：使用上述装置，测量同一粒度标准物质的质量（体积）中值粒径D5\D50\D120\D240重复测量时，控制仪器测量值的相对标准偏差不大于3%。

2、仪器测量相对误差：对粒度标准物质的D5\D50\D120\D240进行测量时，仪器测量值与粒度标准物质的标准值间的相对误差控制在±8%～±15%。

3、仪器分辨力：（1～500）μm测量范围内选择4组标准物质和超纯水混合溶液，记录仪器对两个单峰分布粒径标准物质的分辨能力。

4、仪器检出限：对粒度标准物质的D5\D50\D120\D240进行测量时，从低浓度至高浓度分次添加混合粒径标准物质，单个粒度的标准物质的混合溶液测量后，进行任意两个粒度标准物质混合溶液的交叉实验，观察待校准激光粒度仪6的测量情况，计算其能分辨粒径的溶液浓度。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种用于海洋激光粒度仪的校准装置，其特征在于，包括呈倒T型的水槽、吊装装置、实验室激光粒度仪和控制单元，所述水槽内设置搅拌转子，水槽底部设置超声波发生器，所述吊装装置位于水槽的上方；所述水槽包括外壳体、内壳体和位于外壳体与内壳体之间的保温层，所述内壳体表面设有纳米碳涂层；所述搅拌转子位于内壳体两侧的转子容置腔内，所述搅拌转子通过转轴与设置在水槽外部的电机相连；所述内壳体内盛放校准溶液；待校准激光粒度仪通过吊装装置放置于水槽的校准溶液内；所述控制单元包括相互连接的计算机和执行单元，所述计算机连接实验室激光粒度仪，所述执行单元连接电机、超声波发生器、吊装装置、待校准激光粒度仪。

2.根据权利要求1所述的一种用于海洋激光粒度仪的校准装置，其特征在于，所述水槽内还设有温度传感器，所述温度传感器的温度探头设于转子容置腔内；所述温度传感器与执行单元连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于海洋激光粒度仪的校准装置，其特征在于，所述搅拌转子水平放置，所述搅拌转子的宽度小于转子容置腔宽度的一半。

4.根据权利要求1所述的一种用于海洋激光粒度仪的校准装置，其特征在于，所述水槽内校准溶液的液面高度大于转子容置腔的高度。

5.根据权利要求1所述的一种用于海洋激光粒度仪的校准装置，其特征在于，所述内壳体为金属钛材质壳体，所述水槽外壳体为不锈钢壳体。

6.根据权利要求1所述的一种用于海洋激光粒度仪的校准装置，其特征在于，所述吊装装置通过自动升降控制装置连接所述执行单元。

7.根据权利要求1所述的一种用于海洋激光粒度仪的校准装置，其特征在于，所述超声波发生器位于水槽底面的中心位置。

8.根据权利要求1所述的一种用于海洋激光粒度仪的校准装置，其特征在于，所述水槽顶部设置带过线孔的顶盖。