利用玻璃視管非接觸實時監(jiān)測管道內液體物理參數(shù)的裝置制造方法
【專利摘要】一種利用玻璃視管非接觸實時監(jiān)測管道內液體物理參數(shù)的裝置，玻璃視管的外壁上設暗盒，暗盒內設安裝在支架上的半導體激光器，暗盒的端部設通過數(shù)據(jù)線與計算機相連的CCD攝像頭，在安裝于液體管道上玻璃視管的外壁上附設成像層，半導體激光器的光出射端上設與成像層搭接的聚光棒，聚光棒的中心線和半導體激光器的中心線以及CCD攝像頭的中心線與成像層的中心相重合且垂直于玻璃視管外表面。本發(fā)明結構簡單、獲得的光學圖像邊界清晰、對比度高、測量范圍廣、測量速度快、精度高、對管道內液體無任何影響等優(yōu)點，可用于透明液體和半透明液體折射率的在線實時測量，特別適合于工業(yè)生產(chǎn)過程中液體多個物理參數(shù)的非接觸在線實時監(jiān)測。
【專利說明】利用玻璃視管非接觸實時監(jiān)測管道內液體物理參數(shù)的裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光學測量【技術領域】，具體涉及一種利用玻璃視管非接觸實時監(jiān)測管道內液體物理參數(shù)的裝置。
【背景技術】
[0002]不同液體(溶液)的折射率、濃度、密度、糖度、可溶性固形物、比重等是表征不同液或同一液體不同技術特性的重要物理參數(shù)。這些參數(shù)的測量在化工、石油、煤炭、制藥、生物、食品、飲料、環(huán)保、造紙、材料科學以及教育科研等領域具有非常重要的意義。因此上述物理參數(shù)精確、快速測量技術的研究，一直是相關領域的熱點問題，并且隨著各種新技術的出現(xiàn)，其新的測量方法與裝置不斷涌現(xiàn)。
[0003]研究表明，同一種液體的上述參數(shù)之間在一定的范圍內具有線性關系，并可以相互換算。對于透明或半透明液體，折射率的測量相對于其它物理量的測量更容易實現(xiàn)，在其折射率測定之后，可以通過已有的標準曲線(方程)或標準參數(shù)表獲得相應的其它參數(shù)，因此屬于光學測量【技術領域】的液體折射率的測量，是獲得其它相關物理參數(shù)的關鍵和最有效的方法。
[0004]實驗室中液體折射率大多采用離線測量方法，即將適量的待測液體放置在測量儀器或測量系統(tǒng)中的確定位置，使其構成光路的一部分，再根據(jù)相關的光學效應進行測量計算。但常用的阿貝折射儀、SPR測量技術和基于物理光學的干涉、衍射法的液體折射率離線測量技術，由于其儀器結構的復雜性和測量數(shù)據(jù)獲得的非實時性，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)過程中相關物理參數(shù)實時在線測量的要求。同時在化工、制藥、制糖、飲料、氣體液化、材料制備等領域的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，液體一般都處在封閉系統(tǒng)中，并常處于非常溫、非常壓狀態(tài)，或者屬于有毒有害、易燃易爆液體，或者是貴重易揮發(fā)液體，因此采用非接觸實時在線檢測技術，是實現(xiàn)生產(chǎn)過程中液體物理參數(shù)測量與監(jiān)控的唯一途徑。
[0005]利用光作用于待測液體時的折射和反射現(xiàn)象，實現(xiàn)液體折射率的實時在線測量的非專利技術和專利技術已經(jīng)很多。發(fā)明人所在的課題組發(fā)明的專利號為ZL201010118898.4、發(fā)明名稱為“液體折射率實時檢測裝置及其在線檢測方法”的中國專利，存在如下不足:其一，屬探頭式測量裝置，即只能進行插入式測量，顯然只適合于敞開式容器內液體物理參數(shù)的測量，而在工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，液體往往是處在非常溫、非常壓狀態(tài)下的管道或容器中，因此無法實現(xiàn)真正的非接觸測量；其二，采用光纖導光和玻璃毛化面對入射光散射，在光成像層上形成的與液體折射率相關的圓形暗斑邊界的對比度和清晰度不高，嚴重地影響了其測量精度。大量的實驗研究發(fā)現(xiàn)，主要是由于光纖導光在光成像層中心入射光的強度太小，玻璃毛化面對入射光的散射效果太差，造成圓形暗斑邊界的對比度太低；同時入射光點的大小，決定圓形暗斑邊界的清晰度，而光纖導光的光強度與其出射光點的大小，存在著難以解決的矛盾。上述問題制約著其測量精度的提高。

【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服上述專利的缺點，提供一種結構簡單、成本低、測量精度高的利用玻璃視管非接觸實時監(jiān)測管道內液體物理參數(shù)的裝置。
[0007]解決上述技術問題所采用的技術方案是:一種利用玻璃視管非接觸實時監(jiān)測管道內液體物理參數(shù)的裝置，玻璃視管的外壁上設置暗盒，暗盒內設置安裝在支架上的半導體激光器，暗盒的端部設置有通過數(shù)據(jù)線與計算機相連的CCD攝像頭，在安裝于液體管道上玻璃視管的外壁上附設有成像層，半導體激光器的光出射端上設置有與成像層搭接的聚光棒，聚光棒的中心線和半導體激光器的中心線以及CCD攝像頭的中心線與成像層的中心相重合且垂直于玻璃視管的外表面。
[0008]本發(fā)明的成像層由附設在玻璃視管外表面上的白色油漆或白色玻璃油墨透射散射層和透射散射層外圍相同材料的光散射成像層構成，透射散射層的直徑為4~6mm,表面附設透射散射層的玻璃視管管壁對綠色激光的透射率40%~50 %，表面附設光散射成像層的玻璃視管管壁對綠色激光的光透射率為60%~70 %。上述的聚光棒的光出射端與透射散射層的中心搭接。
[0009]本發(fā)明的聚光棒為:在無機透明固體光學材料制成聚光段的光入射端連為一體有激光傳輸段、光出射端連為一體有整光段構成激光傳輸雙曲聚光棒，激光傳輸段、聚光段、整光段的外表面為光滑表面，激光傳輸段的光入射端面和整光段的光出射端面與激光傳輸雙曲聚光棒的中心線垂直。上述的激光傳輸段的幾何形狀是直徑為D的圓柱體，整光段的幾何形狀是直徑為d的圓柱體，d<D,聚光段的幾何形狀是側面為雙曲面的旋轉體，聚光段光入射端面的直徑與激光傳輸段的直徑相同、光出射端面的直徑與整光段的直徑相同。
[0010]本發(fā)明的聚光段側面的雙曲旋轉曲面是以直角坐標系中雙曲線方程
[0011]
【權利要求】
1.一種利用玻璃視管非接觸實時監(jiān)測管道內液體物理參數(shù)的裝置，玻璃視管(8)的外壁上設置暗盒(2)，暗盒(2)內設置安裝在支架(3)上的半導體激光器(6)，暗盒(2)的端部設置有通過數(shù)據(jù)線與計算機(5)相連的CXD攝像頭(4)，其特征在于:在安裝于液體管道上玻璃視管(8 )的外壁上附設有成像層(I)，半導體激光器(6 )的光出射端上設置有與成像層(1）搭接的聚光棒(7 )，聚光棒(7 )的中心線和半導體激光器(6 )的中心線以及CXD攝像頭(4)的中心線與成像層(I)的中心相重合且垂直于玻璃視管(8)的外表面。
2.根據(jù)權利要求1所述的利用玻璃視管非接觸實時監(jiān)測管道內液體物理參數(shù)的裝置，其特征在于:所述的成像層(I)由附設在玻璃視管(8)外表面上的白色油漆或白色玻璃油墨透射散射層(1-1)和透射散射層(1-1)外圍相同材料的光散射成像層(1-2)構成，透射散射層(1-1)的直徑為4~6mm，表面附設透射散射層(1-1)的玻璃視管(8)管壁對綠色激光的透射率40%~50 %，表面附設光散射成像層(1-2)的玻璃視管(8)管壁對綠色激光的光透射率為60%~70 % ;所述的聚光棒(7)的光出射端與透射散射層(1-1)的中心搭接。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的利用玻璃視管非接觸實時監(jiān)測管道內液體物理參數(shù)的裝置，其特征在于所述的聚光棒(7)為:在無機透明固體光學材料制成聚光段(7-2)的光入射端連為一體有激光傳輸段(7-1)、光出射端連為一體有整光段(7-3)構成激光傳輸雙曲聚光棒(7 )，激光傳輸段(7-1)、聚光段(7-2 )、整光段(7-3 )的外表面為光滑表面，激光傳輸段(7-1)的光入射端面和整光段(7-3)的光出射端面與激光傳輸雙曲聚光棒(7)的中心線垂直；所述的激光傳輸段(7-1)的幾何形狀是直徑為D的圓柱體，整光段(7-3)的幾何形狀是直徑為d的圓柱體，d < D,聚光段(7-2)的幾何形狀是側面為雙曲面的旋轉體，聚光段(7-2)光入射端面的直徑與激光傳輸段(7-1)的直徑相同、光出射端面的直徑與整光段(7-3)的直徑相同。
4.根據(jù)權利要求3所述的利用玻璃視管非接觸實時監(jiān)測管道內液體物理參數(shù)的裝置，其特征在于:所述的聚光段(7-2)側面的雙曲旋轉曲面是以直角坐標系中雙曲線方程
5.根據(jù)權利要求3所述的利用玻璃視管非接觸實時監(jiān)測管道內液體物理參數(shù)的裝置，其特征在于:所述的整光段(7-3)直徑d的取值范圍為0.3mm≤d≤0.6mm，激光傳輸段(7-1)直徑D的取值范圍為7d≤D≤IOd0
6.根據(jù)權利要求4所述的利用玻璃視管非接觸實時監(jiān)測管道內液體物理參數(shù)的裝置，其特征在于:所述的整光段(7-3)直徑d的取值范圍為0.3mm≤d≤0.6mm,激光傳輸段(7-1)直徑D的取值范圍為7d≤D≤IOd0
【文檔編號】G01N21/41GK103792210SQ201410070374
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權日:2014年2月28日
【發(fā)明者】張宗權, 苗潤才, 姚志, 劉志存, 楊宗立, 王文成, 崔永貞, 劉雅琳, 杜毅鵬, 辛經(jīng)緯 申請人:陜西師范大學