輸氣管道內(nèi)顆粒與液滴的在線檢測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及輸氣管道內(nèi)顆粒與液滴分析技術(shù)，特別是關(guān)于一種輸氣管道內(nèi)顆粒與 液滴的在線檢測(cè)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 如醫(yī)療、環(huán)境、工業(yè)凈化、食品、能源、電子及微生物等許多領(lǐng)域，都對(duì)氣體中的粒 子大小和濃度有嚴(yán)格的要求。例如，在高壓天然氣管道運(yùn)輸過(guò)程中，由于粉塵和液滴的存 在，不但會(huì)引起管道的腐蝕，而且對(duì)增壓設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生不良的影響，所以需要在天然氣運(yùn) 輸過(guò)程中設(shè)有凈化裝置，用來(lái)收集捕捉氣體中的粉塵和液滴，以控制管道中兩者的含量。同 時(shí)就需要粒子測(cè)量技術(shù)來(lái)檢測(cè)凈化后氣體中粉塵和液滴含量，用于提供凈化裝置的選型依 據(jù)及凈化裝置的性能評(píng)價(jià)。
[0003] 目前，國(guó)際著名公司（如：MetOne、Climet、PMS、LIGHTHOUSE、Malvern、Coulter、 Palas、Horiba、清新公司和島津公司等）的干式或濕式粒子計(jì)數(shù)器，大都是采用基于Mie理 論的光散射法。該方法具有適應(yīng)性廣、粒徑測(cè)量范圍廣、測(cè)量準(zhǔn)確、精度高、重復(fù)性好和測(cè)量 速度快等特點(diǎn)，同時(shí)還具備所需獲知的被測(cè)顆粒及分散介質(zhì)的物理參數(shù)量少，儀器的自動(dòng) 化和智能化程度高，可以實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 但這些粒子計(jì)數(shù)器也有不足之處，例如：
[0005] 1)無(wú)法區(qū)分粒子類(lèi)型實(shí)現(xiàn)分布統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)。當(dāng)測(cè)量粒子中同時(shí)含有顆粒和液滴時(shí)， 卻無(wú)法將兩者得以區(qū)分，而將看為同種粒子進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)的測(cè)量結(jié)果就嚴(yán)重偏離實(shí)際情 況。
[0006] 2)無(wú)法反映粒子的形狀特性。對(duì)于不規(guī)則形狀的粒子測(cè)量，現(xiàn)有多數(shù)粒徑譜儀都 是給出具有相同散射光的標(biāo)定粒子的粒徑大小，而無(wú)法反應(yīng)粒子的形狀特性。
[0007] 3)存在邊緣測(cè)量誤差。多數(shù)粒徑譜儀或粒子計(jì)數(shù)器沒(méi)有解決邊緣測(cè)量誤差的問(wèn) 題，沒(méi)有篩選出穿過(guò)測(cè)量體的有效粒子，而是將通過(guò)測(cè)量體邊緣的粒子也進(jìn)行計(jì)數(shù)，這就導(dǎo) 致了測(cè)量計(jì)數(shù)的誤差。
[0008] 4)不能實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的修正處理。根據(jù)測(cè)量原理可知，所測(cè)的粒子粒徑大小是根 據(jù)標(biāo)定粒子的數(shù)據(jù)計(jì)算得出，而實(shí)際測(cè)量時(shí)被測(cè)粒子本身的折射率經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)與標(biāo)定粒子 折射率不同的情況，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際情況有所偏離，因此需要對(duì)測(cè)量結(jié)果需要進(jìn)一步修正。
[0009] 5)使用環(huán)境條件有限。多數(shù)粒徑譜儀由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)或采樣系統(tǒng)的耐溫耐壓性， 只能在常溫常壓下操作，無(wú)法在高溫高壓的工業(yè)環(huán)境中使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明提供一種輸氣管道內(nèi)顆粒與液滴的在線檢測(cè)裝置及方法，以實(shí)現(xiàn)顆粒和液 滴的分別計(jì)數(shù)和粒徑分布統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)修正。
[0011] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種輸氣管道內(nèi)顆粒與液滴的在線檢測(cè)裝 置，所述的在線檢測(cè)裝置包括：采樣裝置、光學(xué)裝置、光電轉(zhuǎn)換單元及數(shù)據(jù)處理裝置；
[0012] 所述采樣裝置包括：采樣嘴、氣溶膠導(dǎo)管、流量控制單元及過(guò)濾單元，所述氣溶膠 導(dǎo)管一端通過(guò)所述采樣嘴連接輸氣管道，另一端通過(guò)管道依次連接所述流量控制單元、過(guò) 濾單元；
[0013] 所述氣溶膠導(dǎo)管設(shè)置在所述光學(xué)裝置中，所述的光學(xué)裝置包括：光源、擴(kuò)束準(zhǔn)直與 起偏裝置、第一聚焦透鏡、第二聚焦透鏡、第三聚焦透鏡、分光裝置、第一探測(cè)器、第一探測(cè) 器組及第二探測(cè)器組；第一探測(cè)器組及第二探測(cè)器組可以分別由多個(gè)探測(cè)器組成。
[0014] 所述光源發(fā)出的入射光進(jìn)入所述擴(kuò)束準(zhǔn)直與起偏裝置，然后經(jīng)過(guò)所述第一聚焦 透鏡匯聚在交點(diǎn)處形成所述光學(xué)裝置的敏感區(qū)，含有顆粒與液滴的氣體經(jīng)過(guò)所述氣溶膠 導(dǎo)管進(jìn)入所述光學(xué)裝置，當(dāng)顆粒或液滴穿過(guò)所述敏感區(qū)時(shí)，所述入射光照射到所述顆?；?液滴上發(fā)生散射，-90°方向的散射光信號(hào)經(jīng)過(guò)所述第二聚焦透鏡進(jìn)入所述第一探測(cè)器， 0-180°方向中的某個(gè)角度或多個(gè)角度的散射光經(jīng)過(guò)所述分光裝置分為P光信號(hào)及S光信 號(hào)，所述P光信號(hào)進(jìn)入所述第一探測(cè)器組，所述S光信號(hào)進(jìn)入所述第二探測(cè)器組；
[0015] 所述光電轉(zhuǎn)換單元連接所述第一探測(cè)器、第一探測(cè)器組及第二探測(cè)器組，用于 將-90°方向的散射光信號(hào)、P光信號(hào)及S光信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為-90°方向電信號(hào)、P電信號(hào)及 S電信號(hào)；
[0016] 所述數(shù)據(jù)處理裝置連接所述光電轉(zhuǎn)換單元，用于根據(jù)P電信號(hào)及S電信號(hào)計(jì)算偏 振度，根據(jù)所述偏振度區(qū)分出顆粒與液滴，給出粒子形狀特性，并根據(jù)所述-90°方向電信 號(hào)測(cè)量所述顆粒和/或液滴的粒徑分布及濃度。
[0017] 一實(shí)施例中，所述采樣裝置還包括：真空泵，常壓或負(fù)壓狀態(tài)下，所述過(guò)濾單元連 接真空泵。
[0018] -實(shí)施例中，所述的光學(xué)裝置還包括：
[0019] 第一反射鏡，用于將經(jīng)過(guò)所述第二聚焦透鏡的散射光信號(hào)反射到所述第一探測(cè) 器。
[0020] 一實(shí)施例中，所述的光學(xué)裝置還包括：第一擴(kuò)束與準(zhǔn)直裝置，設(shè)置在所述第一探測(cè) 器之前，通過(guò)光纖連接所述第一探測(cè)器或者與所述第一探測(cè)器集成于一體。
[0021] 一實(shí)施例中，所述的光學(xué)裝置還包括：
[0022] 第二反射鏡，用于將經(jīng)過(guò)所述分光裝置的P光信號(hào)或S光信號(hào)反射到所述第一探 測(cè)器組或第二探測(cè)器組。
[0023] 一實(shí)施例中，所述的光學(xué)裝置還包括：
[0024] 第二擴(kuò)束與準(zhǔn)直裝置，設(shè)置在所述第一探測(cè)器組之前，通過(guò)光纖連接所述第一探 測(cè)器組或者與所述第一探測(cè)器組集成于一體；
[0025] 第三擴(kuò)束與準(zhǔn)直裝置，設(shè)置在所述第二探測(cè)器組之前，通過(guò)光纖連接所述第二探 測(cè)器組或者與所述第二探測(cè)器組集成于一體。
[0026] 一實(shí)施例中，所述擴(kuò)束準(zhǔn)直與起偏裝置與光源之間的光路上還設(shè)置光闌，所述光 闌為工字形或十字形。
[0027] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種輸氣管道內(nèi)顆粒與液滴的在線檢測(cè)方 法，應(yīng)用于上述的在線檢測(cè)裝置，所述的在線檢測(cè)方法包括：
[0028] 所述采樣裝置采集所述輸氣管道中的氣體并將采集的氣體導(dǎo)入所述光學(xué)裝置；
[0029] 所述氣體中包含顆粒及液滴的粒子在所述光學(xué)裝置的敏感區(qū)引起光的散射，產(chǎn)生 散射光信號(hào)；
[0030] 所述光學(xué)裝置收集-90°方向的散射光信號(hào)及0-180°方向中的某個(gè)角度或多個(gè) 角度的散射光信號(hào)，并將0-180°方向中的某個(gè)角度或多個(gè)角度的散射光信號(hào)分成P光信 號(hào)及S光信號(hào)；
[0031] 所述_90°方向的散射光信號(hào)、P光信號(hào)及S光信號(hào)經(jīng)過(guò)所述光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換 為-90°方向電信號(hào)、P電信號(hào)及S電信號(hào)；
[0032] 所述數(shù)據(jù)處理裝置根據(jù)P電信號(hào)及S電信號(hào)區(qū)分出所述粒子中的顆粒及液滴，給 出粒子形狀特性，并根據(jù)所述-90°方向電信號(hào)測(cè)量所述顆粒和/或液滴的粒徑分布及濃 度。
[0033] 一實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)處理裝置根據(jù)P電信號(hào)及S電信號(hào)區(qū)分出所述粒子中的顆 粒及液滴，包括：
[0034] 所述數(shù)據(jù)處理裝置根據(jù)P電信號(hào)及S電信號(hào)計(jì)算偏振度；
[0035] 根據(jù)所述偏振度區(qū)分出顆粒與液滴，給出粒子形狀特性，并判斷所述顆粒為球形 或非球形。
[0036] 一實(shí)施例中，根據(jù)所述-90°方向電信號(hào)測(cè)量所述顆粒和/或液滴的粒徑分布及 濃度，包括：測(cè)量所述顆粒和/或液滴的粒徑分布及濃度同時(shí)計(jì)算修正后的顆粒和/或液滴 的粒徑分布及濃度。
[0037] 一實(shí)施例中，根據(jù)所述-90°方向電信號(hào)測(cè)量所述顆粒和/或液滴的粒徑分布及 濃度，包括：
[0038] 測(cè)量所述顆粒和/或液滴的粒徑分布及濃度；
[0039] 通過(guò)修正折射率計(jì)算修正后的顆粒和/或液滴的粒徑分布及濃度。
[0040] 一實(shí)施例中，通過(guò)修正折射率計(jì)算修正后的顆粒和/或液滴的粒徑分布及濃度， 包括：
[0041] 標(biāo)定粒子的散射光強(qiáng)與粒徑關(guān)系，結(jié)合顆粒和/或液滴的粒徑分布及濃度計(jì)算顆 粒和/或液滴的散射光強(qiáng)分布；
[0042] 根據(jù)粒子的折射率、光源波長(zhǎng)、粒子散射角度及預(yù)設(shè)粒徑范圍計(jì)算待測(cè)粒子的散 射光強(qiáng)與粒徑關(guān)系；
[0043] 根據(jù)所述散射光強(qiáng)分布及散射光強(qiáng)與粒徑關(guān)系計(jì)算修正后的顆粒和/或液滴的 粒徑分布及濃度。
[0044] 本申請(qǐng)的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：
[0045] 可以實(shí)現(xiàn)顆粒/液滴的在線區(qū)分，并給出兩者的粒徑分布等測(cè)量結(jié)果；
[0046] 給出了被測(cè)顆粒和/