CN2828807Y - 对高温、高压环境的化学液体进行可视化实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种对高温、高压环境的化学液体进行可视化实时监测装置包括：由钛金属外壳，蓝宝石观测视窗，金属密封圈构成的耐高温、高压、耐强酸或碱性腐蚀的密封仓体和仓体外的通过同轴电缆与该密封仓体连接的计算机成像观测系统。在该密封仓体内腔轴心位置处设置有自带光源的摄像系统，其通过传光束光纤的传导将照明光源经过蓝宝石观测视窗照射到该密封仓体外的高温、高压观测区域，再将所观测的区域的图像，通过同轴输出电缆传输到计算机系统。本装置实现高温、高压环境下的实时监测，具有成本低，结构简单、操作方便、兼容性强、安全可靠的优点，可适用于液体、空气以及各种危险化学物质的可视化观测，在实验室和工业具有广泛应用用途。

Description

对高温、高压环境的化学液体进行可视化实时监测装置

技术领域

本实用新型涉及对异常环境条件下实时监测设备的改进，具体讲是一种对高温、高压环境的化学液体进行可视化实时监测装置。

背景技术

现有技术中，异常环境条件体现在：(1)所要观监测的目标环境温度可高达500℃；(2)压力可高达60Mpa(相当于水深6000米)；(3)液体的酸性或碱性可高达PH 2-3或PH 10-14。为了解异常环境条件下的变化规律，当前的科学家主要依赖特殊制造的传感器进行现场测量。可是在一些特别研究中，譬如，海底热液生物的生活习性和生存条件，需要利用可视化实验装置来观监测深海热液生物在各种高压、高温、高硫化物浓度的条件下生命现象与规律。常规的视觉观测设备无法满足这一要求，因为常规的电子元器件工作温度上限为120℃。在高温环境下器件将被损坏。一般的不锈钢材料制的反应器在高温下或酸性溶液中容易进行化学反应，容易改变反应溶液中的化学性质，进而影响了观监测结果的可靠性。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种对高温、高压环境的化学液体进行可视化实时监测装置，以实现在上述异常环境条件下既能对目标化学液体样本进行实时的观监测记录，又不与上述异常环境条件下的化学液体发生化学反应。

本实用新型的目的是由以下技术方案实现的，研制了一种对高温、高压环境的化学液体进行可视化实时监测装置，其包括：由钛金属外壳，蓝宝石观测视窗，金属密封圈构成的耐高温、高压、耐强酸或碱性腐蚀的密封仓体和仓体外的通过同轴电缆与该密封仓体连接的计算机成像观测系统。在标准大气压的该密封仓体内腔轴心位置处，通过支撑架固定设置有自带光源的摄像系统，该摄像系统通过传光束光纤的传导将照明光源经过蓝宝石观测视窗照射到该密封仓体外的高温、高压观测区域，再由该摄像系统将所观测的区域的图像，通过同轴输出电缆传输到计算机系统。

在所述的密封仓体两侧仓壁上，还设置控制该密封仓体内温度达到与该摄像系统规定工作温度一致的流动气体进、出口及其仓体外的循环气体输送设备。

所述的自带光源的摄像系统，其是由传光束光纤在笔式摄像系统的外围，沿该摄像系统的轴向环排一周地固定，而形成一个整体的自带光源的摄像系统；该传光束光纤的另一端通过该密封仓体仓壁上的光源接口与仓体外的照明光源接通。

所述的传光束光纤，其是采用单根进光光纤与光源相连，在该单根进光光纤的合适部位处，设置16——50根分岔独立的导光缆组光纤，即由单根进光光纤和分岔独立的导光缆组光纤组成了传光束光纤；将该分岔的导光缆组光纤分别环排一周地围绕固定在笔式摄像系统的外围，形成具有一圈光纤照明光源的摄像系统。

所述的蓝宝石观测视窗，其中蓝宝石透镜的选用直径为25——100mm，透镜的安全厚度为6——25mm。

所述的钛金属外壳的密封仓体，其中选用金属钛仓体的内径为35——200mm，安全壁厚为4——20mm；该金属钛仓体所能承受的压力达60Mpa。

本实用新型的优点在于：由于在构成的耐高温、高压、耐强酸或碱性腐蚀的密封仓体内腔轴心位置处(该密封仓体内腔的气压为标准大气压)，通过支撑架固定设置有自带光源的摄像系统，该摄像系统通过传光束光纤的传导将照明光源经过蓝宝石观测视窗照射到该密封仓体外的高温、高压观测区域，再由该摄像系统将所观测的区域的图像，通过同轴输出电缆传输到计算机系统；从而使该密封仓体具有以下功能：(1)为可靠的摄像系统提供一个合适的固定支撑平台；(2)由于金属钛具有密度小(是不锈钢的一半)、导热系数小(0.1507J)、耐热性能强(在500℃温度长期使用，其机械性能、物理性能不发生变化)、耐腐蚀性强(钛表面所形成的氧化膜具有附着力强，惰性大的特点，并且在高温下也始终能够保持这一特性)，因此金属钛质的密封仓体为观测仪器——摄像系统提供一个隔离措施，使得观测仪器不受所观测环境的高温和高压液体的影响。

由于选择了蓝宝石透镜作为观测视窗，其在工作时，外侧所承受的观测区域压力可达60MPa(相当于水下6000米水深)，而其内侧为标准大气压，因此具有高强度和硬度的该蓝宝石观测视窗能够在流动的高压液体及其内含的颗粒对该观测窗表面的摩擦和冲击中，不损坏透镜表面光洁度，不降低光的透过性。该蓝宝石观测视窗还具有耐高温、耐腐蚀的特性，能够在各种恶劣实验环境中确保观测仪器——摄像系统进行工作。该摄像系统在标准大气的密封仓体内，通过传光束光纤的传导将照明光源顺利充分地传过蓝宝石观测视窗，照射到该密封仓体外的高温、高压观测区域，再由该摄像系统将所观测的区域的图像，通过同轴输出电缆传输到计算机系统，进行实时观测记录。

为保证在密封仓体内的摄像系统及光纤工作正常，在所述的密封仓体两侧仓壁上，还设置控制该密封仓体内温度达到与该摄像系统规定工作温度一致的流动气体进、出口及其仓体外的循环气体输送设备，通过冷却空气不断循环，使密封仓体内的温度不高于该摄像系统规定的工作温度。

由于设计的自带光源的摄像系统是由传光束光纤在笔式摄像系统的外围，沿该摄像系统的轴向环排一周地固定，而形成一个整体的自带光源的摄像系统；该传光束光纤的另一端通过该密封仓体仓壁上的光源接口与仓体外的照明光源接通。为减少由于光纤连接过程中所引起的端面反射和散射的影响，本实用新型采用单根分岔传光光纤的工作方式，该方式可以充分利用光纤的可弯曲性和光传输距离长，损失小，光出射端温度小，所需光学元件小的特点，使得一根传光束光纤既可实现了照明光的传输，避免了因添加中间接口而带来的光反射和散射等现象导致光强度的衰减。由于照明光源在监测密封仓体的外边，照明光源所产生的热量完全不影响监测密封仓体系统内部的温度，由此实现了监测密封仓体系统内的“冷光”照明，使监测密封仓体系统内部的热量降低到最低。由于采用了单根进光光纤和分岔独立的导光缆组光纤组成的传光束光纤，并将该分岔的导光缆组光纤分别环排一周地围绕固定在笔式摄像系统的外围，形成具有一圈光纤照明光源的摄像系统，采用该环形光纤的同轴照明结构，可使笔式摄像系统有效的得到所需的工作距离内的照明深度。本可视化实时监测装置实现了高温、高压环境下的实时监测，具有成本低，结构简单、操作方便、兼容性强、安全可靠的优点。本可视化实时监测装置适于于液体、空气以及各种危险化学物质的可视化观测，在实验室和工业具有广泛应用用途。

附图及其具体实施方式

本实用新型的实施例结合附图说明如下：

图1为本可视化实时监测装置具体应用在实验装备的实例示意图。

图2为本可视化实时监测装置的观测视窗正面示意图(图1的A-A向视图)。

图3单根分岔传光光纤分别与笔式摄像系统和照明光源连接的结构示意图。

参见图1-3，制成的一种对高温、高压环境的化学液体进行可视化实时监测装置，其包括：由钛金属外壳6，蓝宝石观测视窗3，观测镜固定卡片1，金属密封圈2.1构成的耐高温、高压、耐强酸或碱性腐蚀的密封仓体。在钛金属外壳6内包含两片互不接触的U型金属壳，中间充满石墨提供了静态密封所必要的弹性及耐高温(1000℃)的特性。因此，保证了本装置在高温和高压环境下工作的可靠性。在该密封仓体外，通过同轴电缆8使该密封仓体与计算机系统12连接构成了成像实时观测系统。在标准大气压的该密封仓体内腔轴心位置处，通过支撑架14固定设置有自带光源的摄像系统9，该摄像系统9通过传光束光纤7的传导将照明光源13经过蓝宝石观测视窗3照射到该密封仓体外的高温、高压观测区域，再由该摄像系统9将所观测的区域的图像，如图1，3所示，该摄像系统9与计算机系统12是通过同轴输出电缆8(8.1，8.2)传输观测图像的。即，其中五芯电缆插头8.1，其型号为DC_5_MP，和五芯电缆插座8.2，型号为BH-5-FS，都是美国Impuls公司产。该插座8.2的低部与密封仓体的端面接触部分带有电缆接孔(图中未画出)，利用插座8.2的丝扣将插座拧到该端面电缆接孔(图中未画出)中即可，利用插座的低部的O型密封圈(图中未画出)，即可与端面实行可靠的弹性密封。该插座8.2的连接线15与笔式摄像系统9的信号输出、供电接口(图中未画出)分别进行连接。该插头8.1分别与直流电源和计算机系统12上的图像采集卡(图中未画出)连接。

在所述的密封仓体钛金属外壳6两侧仓壁上，还设置控制该密封仓体内温度达到与该摄像系统9规定工作温度一致的流动气体进、出口10，5及其仓体外的循环气体输送设备11。

所述的自带光源的摄像系统9，其是由传光束光纤7在笔式摄像系统9的外围，沿该摄像系统9的轴向环排一周地固定，而形成一个整体的自带光源的摄像系统9；该传光束光纤7的另一端通过该密封仓体仓壁上的光源接口18与仓体外的照明光源13接通。

所述的传光束光纤7，其是采用单根进光光纤7与照明光源13相连，在该单根进光光纤7.1的合适部位处，设置16——50根分岔独立的导光缆组光纤7.2，即由单根进光光纤7.1和分岔独立的导光缆组光纤7.2组成了传光束光纤7；将该分岔的导光缆组光纤7.2分别环排一周地围绕固定在笔式摄像系统9的外围，形成具有一圈导光缆组光纤7.2照明光源的摄像系统9。

所述的蓝宝石观测视窗3，其中蓝宝石透镜的选用直径为25——100mm，透镜的安全厚度为6——25mm。

所述的钛金属外壳6的密封仓体，其中选用金属钛仓体的内径为35——200mm，安全壁厚为4——20mm；该金属钛仓体所能承受的压力达60Mpa。

本实用新型工作时由照明光源13发出的光信号和光源接口18传输到传光束光纤7中，经导光缆组光纤7.2对所观察的实验装备17空间提供照明，使摄像系统9获得足够的对比度图像。同时，由循环气体控制设备11产生的流动气体经循环气体进口10进入该密封仓体内，通过流动气体将该密封仓体内的热量从循环气体出口5带出去，实现该密封仓体内的降温作用，同时又保障成像质量。复合金属密封圈2.1提供了该密封仓体与蓝宝石观测视窗3之间的密封，使实验装备17空间内的高温、高压环境的化学液体反应液体不能渗入该密封仓体内，确保由笔式摄像系统9所摄录的图像经该密封仓体信号和光源接口18传输到计算机系统12中，由计算机系统12进行图像的实时显示和记录。密封圈2.2用于与所要观察的实验装备17之间的密封，通过螺栓4和密封圈2.2将所要观察的验装备17与本可视化实时监测装置连接固定成一体，实现无渗漏密封；加热器16给实验装备17进行加热。

如图2所示，导光缆组光纤7.2在笔式摄像系统9围成一圈，提供了高效的照明强度，增强了本装置观测的范围。通过观测镜固定卡片1将蓝宝石观察镜3固定在钛金属外壳6的密封仓体中。本实用新型的密封采用金属与金属密封结构，复合金属密封圈2.1采用了由法国Energie Atomique and Cefilac(CEA)和Garlock公司共同研究的产品。本复合金属密封圈2.1具有完全金属与金属密封结构和可靠的压力承受能力。其可以承受高达1000℃的温度，其与单纯的金属密封结构相比具有良好的弹性，因此对反应液体提供了可靠的密封能力，增加了安全可靠性。

本领域的普通技术人员都会理解，在本实用新型的保护范围内，对于上述实施例进行修改，添加和替换都是可能的，其都没有超出本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1、一种对高温、高压环境的化学液体进行可视化实时监测装置，其包括：由钛金属外壳，蓝宝石观测视窗，金属密封圈构成的耐高温、高压、耐强酸或碱性腐蚀的密封仓体和仓体外的通过同轴电缆与该密封仓体连接的计算机成像观测系统，其特征在于：在标准大气压的该密封仓体内腔轴心位置处，通过支撑架固定设置有自带光源的摄像系统，该摄像系统通过传光束光纤的传导将照明光源经过蓝宝石观测视窗照射到该密封仓体外的高温、高压观测区域，再由该摄像系统将所观测的区域的图像，通过同轴输出电缆传输到计算机系统。

2、根据权利要求1所述对高温、高压环境的化学液体进行可视化实时监测装置，其特征在于：在所述的密封仓体两侧仓壁上，还设置控制该密封仓体内温度达到与该摄像系统规定工作温度一致的流动气体进、出口及其仓体外的循环气体输送设备。

3、根据权利要求1或2所述对高温、高压环境的化学液体进行可视化实时监测装置，其特征在于：所述的自带光源的摄像系统，其是由传光束光纤在笔式摄像系统的外围，沿该摄像系统的轴向环排一周地固定，而形成一个整体的自带光源的摄像系统；该传光束光纤的另一端通过该密封仓体仓壁上的光源接口与仓体外的照明光源接通。

4、根据权利要求1或2所述对高温、高压环境的化学液体进行可视化实时监测装置，其特征在于：所述的传光束光纤，其是采用单根进光光纤与照明光源相连，在该单根进光光纤的合适部位处，设置16——50根分岔独立的导光缆组光纤，即由单根进光光纤和分岔独立的导光缆组光纤组成了传光束光纤；将该分岔的导光缆组光纤分别环排一周地围绕固定在笔式摄像系统的外围，形成具有一圈导光缆组光纤照明光源的摄像系统。

5、根据权利要求1所述对高温、高压环境的化学液体进行可视化实时监测装置，其特征在于：所述的蓝宝石观测视窗，其中蓝宝石透镜的选用直径为25——100mm，透镜的安全厚度为6——25mm。

6、根据权利要求1所述对高温、高压条件下的化学液体环境进行可视化实时监测装置，其特征在于：所述的钛金属外壳的密封仓体，其中选用金属钛仓体的内径为35——200mm，安全壁厚为4——20mm；该金属钛仓体所能承受的压力达60Mpa。