[實用新型]透過率相關頻譜法顆粒測量裝置

無效

• 申請號: 200720071744.8
• 申請日: 2007-06-27
• 公開（公告）號: CN201096701Y
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 沈建琪;蔡小舒;于彬
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N21/59;G06F19/00;G06F17/15
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本實用新型涉及一種可同時測量顆粒粒度分布、濃度和速度的裝置，特別涉及一種用透過率脈動相關頻譜法測量顆粒粒度分布、濃度和速度裝置，屬于測量技術領域。本實用新型可測量的顆粒參數多、測量粒徑范圍寬，適用于含顆粒兩相流的在線監測，可用于科學研究、化工能源的生產與過程控制、環境保護、水質檢測等涉及顆粒測量的多個領域。

背景技術

顆粒散射光動態信息的相關處理很早就在納米顆粒的測量技術中得到了應用，這種技術被稱作光子相關光譜法(Photon?Correlation?Spectrometry，簡稱PCS)。在PCS方法中，作布朗運動的納米顆粒的粒徑與顆粒的運動速度密切相關，顆粒的運動速度又與顆粒散射光的頻譜信息相關，通過相關處理所得到的自相關頻譜就是通過這些關系得到了顆粒的粒徑分布信息。PCS方法可測量的粒徑范圍在納米數量級，無法對微米級以上顆粒測量。而且價格昂貴，無法實現在線測量。

發明內容

本實用新型目的是為了解決用PCS方法無法對微米級以上顆粒的測量，無法實現在線測量的技術問題，提供一種用透過率脈動相關頻譜法測量顆粒粒度分布、濃度和速度的裝置。

本實用新型的技術方案是：一種透過率相關頻譜法顆粒測量裝置，其特點是，它由測量區、產生光束直徑為10微米到1.5毫米之間的窄光束產生器、光電信號探測器和與其連接的信號處理裝置構成。

所述的窄光束產生器由產生平行光束的激光器、分束器、凸透鏡或透鏡組構成，由激光器發射出的寬光束經分束器分成傳播方向不同的幾束光，通過凸透鏡或透鏡組會聚，在焦點附近的瑞利區得到窄光束組。

所述的窄光束產生器由產生平行光束的激光器和在光信號發射端和光信號接收端的設置的多孔光闌中任選二個或二個以上構成，通過激光器發射出的寬光束在傳播方向上設置的多孔光闌得到窄光束組。

所述的窄光束產生器由產生平行光束的激光器和微元信號探測器構成，所述的微元信號探測器由多個微小受光面光電探測單元組合而成。可從這種安排的微元探測器上選擇適當的單元(單元受光面積大小和單元之間的間隔)達到對不同的測量對象進行測試的目的。

所述的窄光束產生器中的多孔光闌的孔形狀為矩形孔或圓孔的組合，光導纖維組受光面的形狀為圓形孔的組合，微元信號探測器的受光面形狀為圓形或多邊形的形狀。

所述的信號處理裝置由信號放大電路模塊、信號采集模塊、信號自相關和互相關處理模塊構成。

本實用新型的有益效果是測量裝置簡單、價廉，可實現在線、實時檢測，可實現同時對顆粒粒徑分布、濃度和速度進行測試。可用于科學研究、化工能源的生產與過程控制、環境保護、水質檢測等涉及顆粒測量的多個領域。

附圖說明

圖1為本實用新型測量裝置原理示意圖；

圖2為本實用新型實施例1測量裝置示意圖；

圖3為本實用新型實施例2測量裝置示意圖；

圖4為本實用新型實施例3測量裝置示意圖；

圖5為多孔光闌的孔、光導纖維組受光面和微元信號探測器的受光面形狀示意圖；

圖6為單分散顆粒系的透過率起伏相關頻譜曲線；

圖7為雙峰分布顆粒系的透過率起伏相關頻譜曲線；

圖8信號處理裝置示意圖。

本實用新型基本測量原理

本實用新型利用顆粒在窄光束照射下透過率信號的脈動特性，對透過率脈動信號作相關處理，由此得到顆粒的速度、顆粒的粒度分布和顆粒濃度信息。這種方法稱為透過率脈動相關頻譜法。采用了光信號的動態特性和信號的相關處理。可以測量微米級以上顆粒的粒徑分布、濃度和速度。本實用新型的測量原理如圖1所示，設置二束相互平行的線度范圍在10微米到1.5毫米之間的窄光束，兩平行窄光束1和2之間距離相距為d，二光束的連線與顆粒的流動方向一致，測量區3內顆粒受光照射的厚度為L。二光束的入射強度分別為I_1，0和I_2，0的入射光照射，在一段比較長的時間范圍{0，t_s}內通過光電信號探測器4和5分別測量透射光信號I₁(t)和I₂(t)，透射光信號隨時間脈動。光電信號探測器4和5測得的透射光信號輸入到信號處理裝置，通過CPU對信號進行處理，用透過率信號(透射光強度和入射光強度之比)T₁(t)＝I₁(t)/I_1，0和T₂(t)＝I₂(t)/I_2，0表示。