專利名稱：一種物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置的制作方法
一種物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)試裝置，特別是一種物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置。背景技術(shù)：
停留時(shí)間分布(RTD)是表征物料在反應(yīng)、混合或擠出過程的重要參數(shù)。停留時(shí)間 是指物料通過一個(gè)連續(xù)操作的分離設(shè)備或反應(yīng)設(shè)備，因流速分布不均或存在返混或在設(shè)備 中存在不流動(dòng)的“死區(qū)”等，物料在設(shè)備內(nèi)停留的時(shí)間。把不同停留時(shí)間的物料表示為總物 料量的份額數(shù)就是物料的停留時(shí)間分布。它是衡量設(shè)備性能的一個(gè)重要指標(biāo)。目前普遍采用的停留時(shí)間分布測(cè)定方法是刺激響應(yīng)技術(shù)。刺激響應(yīng)技術(shù)是在系統(tǒng) 中注入示蹤劑，然后測(cè)定出口處示蹤劑濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系。加入的示蹤劑應(yīng)易于與原 聚合物等物料混合，具有接近的流變學(xué)特性，質(zhì)量要守恒，不沉淀，不反應(yīng)，不吸附等。根據(jù) 測(cè)試原理的不同，停留時(shí)間分布測(cè)試方法大致可分為超聲波法、光強(qiáng)度法、比色法、光譜法 和電導(dǎo)率法等。其中，熒光法是光譜法中較為常用的一種，其原理是某些物質(zhì)經(jīng)紫外線照射 后，能立即放出能量較低的熒光，熒光強(qiáng)度與物質(zhì)濃度成正比。熒光法靈敏度高，只需要很 少量的示蹤劑就能被檢測(cè)到，可以減少對(duì)體系的干擾?，F(xiàn)有技術(shù)中一般采用光纖探頭實(shí)現(xiàn) 熒光法的測(cè)量，光纖探頭由一束分為兩路的光纖組成，一路傳導(dǎo)激發(fā)光源發(fā)出的紫外光照 射聚合物等物料，另一路把聚合物等物料發(fā)出的熒光傳導(dǎo)至光電倍增管(PMT)探測(cè)器。對(duì)比文件《聚合物停留時(shí)間分布在線測(cè)量方法及系統(tǒng)》(專利號(hào)為 200410025407. 6)公開了一種采用光纖探頭測(cè)量聚合物停留時(shí)間分布的方法及系統(tǒng)。該專 利所述的激發(fā)光源光束通過耦合器耦合到光纖內(nèi)，耦合效率較低，消耗的能量較大，另外， 由于光纖探頭是探頭通過某種物質(zhì)和光纖粘合在一起的，當(dāng)機(jī)筒溫度較高時(shí)，很容易造成 粘合物溶化，使探頭和光纖脫離。而且光纖是易折損器件，使用十分不便。

發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述不足，本發(fā)明旨在提出一種能量消耗小、體積小、耐高溫且成本相對(duì)較低 的物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置。如上所述的一種物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置，包括通光管、光學(xué)窗口、熒光探測(cè) 器、信號(hào)處理單元，其特征在于，所述裝置還包括激發(fā)光源、半透半反鏡和光源供電單元，激 發(fā)光源發(fā)射的光束經(jīng)過半透半反鏡入射到位于光學(xué)窗口的被測(cè)物料上，被測(cè)物料中的示蹤 劑受到激發(fā)后發(fā)射熒光，所述熒光經(jīng)半透半反鏡反射后傳輸?shù)綗晒馓綔y(cè)器，根據(jù)熒光的強(qiáng) 度與物質(zhì)濃度的關(guān)系，通過信號(hào)處理單元分析，可以計(jì)算出物料停留時(shí)間分布。本發(fā)明所述的物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置內(nèi)置激發(fā)光源，激發(fā)光束通過通光筒， 依次經(jīng)過半透半反鏡和光學(xué)窗口到達(dá)被測(cè)物料，同時(shí)，被激發(fā)光束激發(fā)的熒光經(jīng)過光學(xué)窗 口到達(dá)半透半反鏡，反射后到達(dá)熒光探測(cè)器。激發(fā)光束和熒光在出射過程中不需與光纖耦合，可以大幅度降低耦合損耗和成本，而且光路布置緊湊，測(cè)試裝置體積較小。整個(gè)裝置只 與信號(hào)處理單元以及光源供電單元電連接，使用極為方便，且可以方便隔離被測(cè)物料的高溫高壓環(huán)境。作為優(yōu)選，如上所述的激發(fā)光源為性能穩(wěn)定的發(fā)光二極管。發(fā)光二級(jí)管發(fā)出穩(wěn)定 的某個(gè)波段的光束，該波段的光束可以透過半透半反鏡入射到被測(cè)物料。被激發(fā)的熒光經(jīng)半透半反鏡反射后到達(dá)熒光探測(cè)器，熒光探測(cè)器和信號(hào)處理單元 電連接，設(shè)置在激發(fā)熒光經(jīng)半透半反鏡反射后的光路上。熒光探測(cè)器把反射熒光的發(fā)光強(qiáng) 度傳輸給信號(hào)處理單元，信號(hào)處理單元通過分析處理，計(jì)算出物料停留時(shí)間分布。作為優(yōu)選，所述的半透半反鏡是同時(shí)具有透射和反射功能的光學(xué)鏡片，它與通光 管的主軸線成一定角度相交。作為一種技術(shù)方案，所述的半透半反鏡選擇性透射特定波段內(nèi)的光輻射，選擇性 反射其他一定波段內(nèi)的光輻射。具體而言，是將可激發(fā)示蹤劑的波段內(nèi)的光輻射透射；而在 反射時(shí)濾除激發(fā)波段內(nèi)的光輻射，使示蹤劑所發(fā)射熒光波段內(nèi)的光輻射被反射。作為另一種技術(shù)方案，或者對(duì)上一個(gè)技術(shù)方案的補(bǔ)充，在激發(fā)光源和半透半反鏡 之間設(shè)置激發(fā)光源濾光片，該激發(fā)光源濾光片僅使激發(fā)波段的光輻射通過。在熒光探測(cè)器 前設(shè)置熒光濾光片，熒光濾光片會(huì)濾除激發(fā)波段的光輻射，僅使物料受激發(fā)后發(fā)射的熒光 入射到熒光探測(cè)器上。作為優(yōu)選，在激發(fā)光源旁設(shè)置激發(fā)光源探測(cè)器用來監(jiān)測(cè)激發(fā)光源的穩(wěn)定性，根據(jù) 激發(fā)光源的波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。作為一種技術(shù)方案，在通光管中設(shè)置光源透鏡，將激發(fā)光源會(huì)聚到光學(xué)窗口上。在 熒光探測(cè)器前設(shè)置熒光透鏡，將反射的熒光會(huì)聚到熒光探測(cè)器上，增加探測(cè)靈敏度。本發(fā)明還可通過下列技術(shù)方案加以完善和限定。本發(fā)明所述的物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置內(nèi)置激發(fā)光源，激發(fā)光源在半透半反鏡 的反射下，到達(dá)被測(cè)物料，被測(cè)物料中的示蹤劑被激發(fā)后出射熒光，所述熒光穿過半透半反 鏡后到達(dá)熒光探測(cè)器，根據(jù)熒光的強(qiáng)度與物質(zhì)濃度的關(guān)系，通過信號(hào)處理單元分析，可以計(jì) 算出物料停留時(shí)間分布。這里所述的半透半反鏡是將可激發(fā)示蹤劑的波段內(nèi)的光輻射反 射；而在透射時(shí)濾除激發(fā)光源波段內(nèi)的光輻射，只能使示蹤劑所發(fā)射熒光波段內(nèi)的光輻射 被透射。作為優(yōu)選，在物料停留時(shí)間分布測(cè)試時(shí)，可以選擇2個(gè)測(cè)試裝置，2個(gè)測(cè)試裝置將 各自反射的熒光傳輸?shù)綗晒馓綔y(cè)器，熒光探測(cè)器將接受到的2個(gè)熒光信號(hào)傳輸給信號(hào)處理 單元，從而得到物料局部停留時(shí)間分布曲線。

圖1為實(shí)施例1物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實(shí)施例2物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為實(shí)施例3物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例實(shí)施例1如圖1所示，物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置包括激發(fā)光源1、通光筒2、半透半反鏡3、隔熱層4、光學(xué)窗口 5、熒光探測(cè)器6、信號(hào)處理單元7、電源供電單元8、激發(fā)光源濾光片9、光源透鏡11、熒光濾光片12和熒光透鏡13。本實(shí)施例中所述的激發(fā)光源1為發(fā)光二極管， 所述的通光筒2為不透光且耐高溫的不銹鋼圓筒。電源供電單元8為一恒流電源，給發(fā)光 二極管提供驅(qū)動(dòng)，使發(fā)光二極管出射穩(wěn)定的激發(fā)光束。在激發(fā)光源1處設(shè)有光源探測(cè)器10， 用來監(jiān)測(cè)激發(fā)光源1的穩(wěn)定性，根據(jù)激發(fā)光源1的波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。激發(fā)光束通 過通光筒2，依次穿過激發(fā)光源濾光片9、光源透鏡11、半透半反鏡3和光學(xué)窗口 5到達(dá)被測(cè) 物料。被測(cè)物料中的示蹤劑被激發(fā)光束激發(fā)后出射某一波段的熒光。出射熒光通過光學(xué)窗 口 5到達(dá)半透半反鏡3，熒光光束與半透半反鏡3有一定的傾斜角度，熒光光束被半透半反 鏡3反射，經(jīng)過熒光透鏡13會(huì)聚和熒光濾色片12后到達(dá)熒光探測(cè)器6。熒光探測(cè)器6接收 反射熒光后，把熒光的強(qiáng)度傳輸給信號(hào)處理單元7，信號(hào)處理單元7通過分析，可以計(jì)算出 物料停留時(shí)間分布。在本實(shí)施例中，半透半反鏡3為具有透射和反射功能的光學(xué)鏡片，可以透過能激 發(fā)被測(cè)物料該波段的光輻射，同時(shí)能反射被激發(fā)的熒光。激發(fā)光源濾光片9對(duì)激發(fā)光源1 所出射的光束進(jìn)行選擇，能激發(fā)被測(cè)物料該波段的光可以穿過激發(fā)光源濾光片9和半透半 反鏡3，到達(dá)被測(cè)物料，而其余波段的光則被過濾；同理，熒光濾色片12只能透過被激發(fā)的 熒光，其余波段的光不能透過熒光濾色片12到達(dá)熒光探測(cè)器6。實(shí)施例2 如圖2所示，物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置包括激發(fā)光源1、通光筒2、半透半反鏡3、 隔熱層4、光學(xué)窗口 5、熒光探測(cè)器6、信號(hào)處理單元7、電源供電單元8、光源透鏡11和熒光 透鏡13。本實(shí)施例中所述的激發(fā)光源1為發(fā)光二極管，所述的通光筒2為不透光且耐高溫 的不銹鋼圓筒。電源供電單元8為一恒流電源，給發(fā)光二極管提供驅(qū)動(dòng)，使發(fā)光二極管出射 穩(wěn)定的激發(fā)光束。激發(fā)光束通過通光筒2，依次穿過光源透鏡11、半透半反鏡3和光學(xué)窗口 5到達(dá)被測(cè)物料。被測(cè)物料中的示蹤劑被激發(fā)光束激發(fā)后出射某一波段的熒光。出射熒光 通過光學(xué)窗口 5到達(dá)半透半反鏡3。熒光光束與半透半反鏡3有一定的傾斜角度，熒光光束 被半透半反鏡3反射，經(jīng)過熒光透鏡13會(huì)聚后到達(dá)熒光探測(cè)器6。熒光探測(cè)器6接收反射 熒光后，把熒光的強(qiáng)度傳輸給信號(hào)處理單元7，信號(hào)處理單元7通過分析，可以計(jì)算出物料 停留時(shí)間分布。在本實(shí)施例中，半透半反鏡3除具有透射和反射功能外，還具有濾光作用，只能透 過激發(fā)光源波段的光輻射，熒光光束不能透過半透半反鏡3 ；同樣的，在反射時(shí)，激發(fā)光源 波段的光輻射不能被反射，因此自然地濾除了激發(fā)光而僅使熒光通過反射到達(dá)熒光探測(cè)器6。實(shí)施例3如圖3所示，物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置包括激發(fā)光源1、通光筒2、半透半反鏡3、 隔熱層4、光學(xué)窗口 5、熒光探測(cè)器6、信號(hào)處理單元7、電源供電單元8、激發(fā)光源濾光片9、 光源透鏡11、熒光濾光片12和熒光透鏡13。本實(shí)施例中所述的激發(fā)光源1為發(fā)光二極管， 所述的通光筒2為不透光且耐高溫的不銹鋼圓筒。電源供電單元8為一恒流電源，給發(fā)光 二極管提供驅(qū)動(dòng)，使發(fā)光二極管出射穩(wěn)定的激發(fā)光束。在激發(fā)光源1處設(shè)有光源探測(cè)器10， 用來監(jiān)測(cè)激發(fā)光源1的穩(wěn)定性，根據(jù)激發(fā)光源1的波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。激發(fā)光束穿 過激發(fā)光源濾光片9和光源透鏡11，因?yàn)榧ぐl(fā)光束與半透半反鏡3有一定的傾斜角度，激發(fā) 光束被半透半反鏡3反射后到達(dá)被測(cè)物料。被測(cè)物料中的示蹤劑被激發(fā)光束激發(fā)后出射某一波段的熒光。出射熒光通過光學(xué)窗口 5，穿過半透半反鏡3，經(jīng)過熒光透鏡13會(huì)聚和熒光 濾色片12后到達(dá)熒光探測(cè)器6。熒光探測(cè)器6接收反射熒光后，把熒光的強(qiáng)度傳輸給信號(hào) 處理單元7，信號(hào)處理單元7通過分析，可以計(jì)算出物料停留時(shí)間分布。在本實(shí)施例中，半透半反鏡3為具有透射和反射功能的光學(xué)鏡片，可以反射能激 發(fā)被測(cè)物料該波段的光輻射，同時(shí)能透射被激發(fā)的熒光。激發(fā)光源濾光片9對(duì)激發(fā)光源1 所出射的光束進(jìn)行選擇，能激發(fā)被測(cè)物料該波段的光可以穿過激發(fā)光源濾光片9，同時(shí)在半 透半反鏡3的反射下到達(dá)被測(cè)物料，而其余波段的光則被過濾；同理，半透半反鏡3和熒光 濾色片12只能透過被激發(fā)的熒光，其余波段的光不能透過半透半反鏡3熒光濾色片12到 達(dá)熒光探測(cè)器6。在物料停留時(shí)間分布測(cè)試時(shí)，可以選擇2個(gè)測(cè)試裝置，分別放置在物料流經(jīng)的不 同位置。2個(gè)測(cè)試裝置分別通過測(cè)量熒光信號(hào)，得到各自位置上的物料停留時(shí)間，將二者結(jié) 合得到更為詳盡的物料局部停留時(shí)間分布曲線。
權(quán)利要求
一種物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置，包括通光管(2)、光學(xué)窗口(5)、熒光探測(cè)器(6)、信號(hào)處理單元(7)，其特征在于，所述裝置還包括激發(fā)光源(1)、半透半反鏡(3)和光源供電單元(8)，激發(fā)光源(1)發(fā)射的光束經(jīng)過半透半反鏡(3)入射到位于光學(xué)窗口(5)的被測(cè)物料上，被測(cè)物料中的示蹤劑受到激發(fā)后發(fā)射熒光，所述熒光經(jīng)過半透半反鏡(3)后傳輸?shù)綗晒馓綔y(cè)器(6)；激發(fā)光源(1)和光源供電單元(8)電連接，熒光探測(cè)器(6)和信號(hào)處理單元(7)電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置，其特征在于，所述的激發(fā)光 源(1)為發(fā)光二極管。
3.如權(quán)利要求1所述的一種物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置，其特征在于，所述的半透半 反鏡(3)選擇性透射特定波段內(nèi)的光輻射，選擇性反射其他一定波段內(nèi)的光輻射。
4.如權(quán)利要求1所述的一種物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置，其特征在于，所述裝置還包 括激發(fā)光源濾光片(9)，激發(fā)光源濾光片位于激發(fā)光源(1)到半透半反鏡(3)之間的光路 上。
5.如權(quán)利要求1所述的一種物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置，其特征在于，在熒光探測(cè)器 (6)前設(shè)置熒光濾光片(12)。
6.如權(quán)利要求1或3所述的一種物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置，其特征在于，所述的半透 半反鏡(3)與通光管(2)的主軸線成一定角度相交。
7.如權(quán)利要求1或2所述的一種物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置，其特征在于，光源供電單 元⑶為一恒流電源。
8.如權(quán)利要求1所述的一種物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置，其特征在于，所述裝置設(shè)有 用來監(jiān)測(cè)激發(fā)光源(1)穩(wěn)定性的激發(fā)光源探測(cè)器(10)。
9.如權(quán)利要求1或3所述的一種物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置，其特征在于，所述的激 發(fā)光源(1)所發(fā)出的激發(fā)光透過半透半反鏡(3)入射到被測(cè)物料上，所述的熒光探測(cè)器(6) 設(shè)置在物料所發(fā)出的熒光經(jīng)半透半反鏡(3)反射后的光路上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置，包括通光管、光學(xué)窗口、熒光探測(cè)器、信號(hào)處理單元、激發(fā)光源、半透半反鏡和光源供電單元等，激發(fā)光源發(fā)射的光束經(jīng)半透半反鏡入射到被測(cè)物料上，被測(cè)物料中的示蹤劑受到激發(fā)后發(fā)射熒光，所述熒光經(jīng)半透半反鏡后傳輸?shù)綗晒馓綔y(cè)器，通過信號(hào)處理單元分析，計(jì)算出物料停留時(shí)間分布。激發(fā)光束和熒光在出射過程中不需與光纖耦合，可以大幅度降低耦合損耗和成本，而且光路布置緊湊，測(cè)試裝置體積較小。物料停留時(shí)間分布測(cè)試裝置只與信號(hào)處理單元以及光源供電單元電連接，使用極為方便，且可以方便隔離被測(cè)物料的高溫高壓環(huán)境。
文檔編號(hào)G01N21/64GK101839859SQ20101017764
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月20日
發(fā)明者潘建根 申請(qǐng)人:杭州遠(yuǎn)方光電信息有限公司