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    重庆时时彩组三组六怎么看规律: 光纤油水分界面的检测装置及检测方法.pdf

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    光纤 油水 界面 检测 装置 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410125876.9

    申请日:

    2014.03.31

    公开号:

    CN103884401A

    公开日:

    2014.06.25

    当前法律状态:

    终止

    有效性:

    无权

    法律详情: 未缴年费专利权终止 IPC(主分类):G01F 23/292申请日:20140331授权公告日:20170308终止日期:20180331|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01F 23/292申请日:20140331|||公开
    IPC分类号: G01F23/292 主分类号: G01F23/292
    申请人: 武汉理工大学
    发明人: 郭会勇; 罗志会; 文泓桥; 余海湖; 胡宸源
    地址: 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路122号
    优先权:
    专利代理机构: 湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102 代理人: 周艳红
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410125876.9

    授权公告号:

    |||||||||

    法律状态公告日:

    2019.03.19|||2017.03.08|||2014.07.16|||2014.06.25

    法律状态类型:

    专利权的终止|||授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    光纤油水分界面的检测装置,包括窄线宽激光光源、环形器、成端尾纤、长度标尺、光电探测器和信号处理与显示???;窄线宽激光光源通过环形器与成端尾纤连接,成端尾纤的自由端与长度标尺并排设置,环形器的第三端口经光电探测器同信号处理与显示??橄嗔?。利用前述检测装置的检测方法:1)测量前,利用成端光纤的自由端尾端面测量并记录装置在空气中的功率测量值;2)将并排设置的成端光纤和长度标尺一起,垂直于液面浸入待测油水混合液体中,功率值变化时,记录反射功率和长度标尺读数;3)将成端光纤和长度标尺进一步浸入,功率值再次变化时,记录反射功率和长度标尺读数;4)计算步骤2)、3)中长度标尺读数的差值为油层厚度。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种光纤油水分界面的检测装置,其特征在于:包括窄线宽激光光源(1)、环形器(3)、成端尾纤(4)、长度标尺(5)、光电探测器和信号处理与显示??椋?);所述窄线宽激光光源(1)通过环形器(3)与成端尾纤(4)连接,成端尾纤(4)的自由端与所述长度标尺(5)并排设置,所述环形器(3)的第三端口经光电探测器同信号处理与显示??椋?)相连;
    窄线宽激光光源(1)发出连续光功率信号,经环形器(3)进入成端尾纤(4),在成端尾纤(4)的自由端尾端面发生反射,反射光经环形器(3)进入光电探测器,最后输入信号处理与显示??椋?),用于功率检测。

    2.  根据权利要求1所述的光纤油水分界面的检测装置,其特征在于:还设有参考光路,所述参考光路包括光分路器(2),所述窄线宽激光光源(1)与光分路器(2)的输入端连接,光分路器(2)的一个输出端通过环形器(3)与成端尾纤(4)连接、另一个输出端经光电探测器同所述信号处理与显示??椋?)相连;
    窄线宽激光光源(1)发出连续光功率信号,一路经光分路器(2)进入环形器(3),另一路经光分路器(2)进入光电探测器,最后输入信号处理与显示??椋?),用于差分处理以提高检测精度。

    3.  根据权利要求2所述的光纤油水分界面的检测装置,其特征在于:所述光分路器(2)为双路功率分配器,分光比为50:50。

    4.  根据权利要求1所述的光纤油水分界面的检测装置,其特征在于:所述成端尾纤(4)的自由端尾端面为与其轴线垂直的平整端面,并与长度标尺(5)的一端面平齐。

    5.  根据权利要求1所述的光纤油水分界面的检测装置,其特征在于:所述成端尾纤(4)为G.652光纤。

    6.  一种利用权利要求1所述检测装置的检测方法,其特征在于,包括如下步骤:
    1)测量前,利用清洁的成端光纤(4)的自由端尾端面,测量并记录装置在空气中的功率测量值P0;
    2)将并排设置的成端光纤(4)和长度标尺(5)一起,垂直于液面浸入待测油水混合液体中,当测得的功率值变化时,表示成端光纤(4)与油面接触,记录此时的反射功率,并读出长度标尺(5)的读数,即为油层起始位置;
    3)将并排设置的成端光纤(4)和长度标尺(5)一起进一步浸入,当测得的功率值再次变化时,表示成端光纤(4)与水面接触,记录此时的反射功率,并读出长度标尺(5)的读 数,即为水层起始位置;
    4)计算步骤2)和步骤3)中长度标尺(5)读数的差值,即为油水混合液中油层的厚度。

    7.  根据权利要求6所述的检测方法,其特征在于,所述步骤4)还包括计算液体介质折射率nj的操作:已知成端光纤(4)的纤芯折射率n1,入射光功率为Pi,反射光功率为Pr,则
    PrPi=(n1-njn1+nj)2]]>
    据此可得到成端光纤(4)自由端尾端面所浸入介质的折射率nj。

    8.  根据权利要求6所述的检测方法,其特征在于,所述步骤4)还包括计算液体介质与空气相对折射率nj/n0的操作:
    njn0=(1-Pr)(1+P0)(1+Pr)(1-P0)]]>
    式中,n0为空气折射率,nj为成端光纤(4)自由端尾端面所浸入液体介质的折射率,P0为装置在空气中的功率测量值,Pr为反射光功率。

    说明书

    说明书光纤油水分界面的检测装置及检测方法
    技术领域
    本发明涉及混合液体分界面的检测,具体地指一种光纤油水分界面的检测装置及检测方法。
    背景技术
    油水分离广泛应用于石油化工、船舶及环保行业等,目前应用较多的方式是利用油水密度差分层进行油水分离,该过程中,油水分界面的准确测定是难点所在。现有油水分界面测定技术常用的有电容式、电极式、浮球式、超声波探测及油份检测等方法,这些方法实施时都存在某些缺陷,例如:在一些有防爆要求的现场,通电检测的电容、电极式方法不满足防爆要求;超声波探测及油份检测方法受环境温度变化的影响,检测结果偏差较大,且该类检测方法使用的仪器复杂,投入及使用成本较高;浮球式检测方法由于浮球纵向尺寸较大,较难精确定位油水分界面具体位置,尤其是当油水分界面位于容器底部低位时,甚至无法实施测量。
    发明内容
    本发明所要解决的技术问题就是提供一种光纤油水分界面的检测装置及检测方法,该装置结构简单、使用方便,投入和使用成本低;整个装置及方法的实施能够满足防爆要求,环境温度和分界面位置对检测结果的影响小。
    为解决上述技术问题,本发明提供的一种光纤油水分界面的检测装置,包括窄线宽激光光源、环形器、成端尾纤、长度标尺、光电探测器和信号处理与显示???;所述窄线宽激光光源通过环形器与成端尾纤连接,成端尾纤的自由端与所述长度标尺并排设置,所述环形器的第三端口经光电探测器同信号处理与显示??橄嗔?;
    窄线宽激光光源发出连续光功率信号,经环形器进入成端尾纤,在成端尾纤的自由端尾端面发生反射,反射光经环形器进入光电探测器,最后输入信号处理与显示???,用于功率检测。
    上述技术方案中,所述装置还设有参考光路,所述参考光路包括光分路器,所述窄线宽激光光源与光分路器的输入端连接,光分路器的一个输出端通过环形器与成端尾纤连接、另一个输出端经光电探测器同所述信号处理与显示??橄嗔?;
    窄线宽激光光源发出连续光功率信号,一路经光分路器进入环形器,另一路经光分路器进入光电探测器,最后输入信号处理与显示???,用于差分处理以提高检测精度。
    进一步地,所述光分路器为双路功率分配器,分光比为50:50。
    上述技术方案中,所述成端尾纤的自由端尾端面为与其轴线垂直的平整端面,并与长度标尺的一端面平齐。
    上述技术方案中,所述成端尾纤为G.652光纤。
    本发明提供的一种光纤油水分界面的检测方法,利用前述检测装置,包括如下步骤:
    1)测量前,利用清洁的成端光纤的自由端尾端面,测量并记录装置在空气中的功率测量值P0;
    2)将并排设置的成端光纤和长度标尺一起,垂直于液面浸入待测油水混合液体中,当测得的功率值变化时,表示成端光纤与油面接触,记录此时的反射功率,并读出长度标尺的读数,即为油层起始位置;
    3)将并排设置的成端光纤和长度标尺一起进一步浸入,当测得的功率值再次变化时,表示成端光纤与水面接触,记录此时的反射功率,并读出长度标尺的读数,即为水层起始位置;
    4)计算步骤2)和步骤3)中长度标尺读数的差值,即为油水混合液中油层的厚度。
    上述技术方案的所述步骤4)还包括计算液体介质折射率nj的操作:已知成端光纤(4)的纤芯折射率n1,入射光功率为Pi,反射光功率为Pr,则
    PrPi=(n1-njn1+nj)2]]>
    据此可得到成端光纤自由端尾端面所浸入介质的折射率nj。
    上述技术方案的所述步骤4)还包括计算液体介质与空气相对折射率nj/n0的操作:
    njn0=(1-Pr)(1+P0)(1+Pr)(1-P0)]]>
    式中,n0为空气折射率,nj为成端光纤自由端尾端面所浸入液体介质的折射率,P0为装置在空气中的功率测量值,Pr为反射光功率。
    与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
    1、基于光检测,本质安全,满足防爆要求;
    2、检测装置的结构简单、易于制造,且制造和使用的成本低;
    3、操作中,人员可直接进行观察和长度标尺的读数,直观、方便;
    4、利用光纤端面在不同介质中反射信号的强度不同实现检测,由于光纤端面对反射率的反应敏感,因此环境温度变化对于“功率值变化”的显示没有影响,且分界面位置的测量精度高;
    5、该检测方法还可用于获得液体介质折射率以及液体介质与空气相对折射率,非常适用于汽油罐容量、不明液体折射率等参数的检测,具有广阔的应用前景。
    附图说明
    图1为本发明检测装置一个实施例的结构示意图;
    图2为图1装置的使用状态示意图;
    图3为某次检测测得的成端尾纤的光纤端面在空气、汽油和水中的反射光谱图;
    图中:1—窄线宽激光光源,2—光分路器,3—环形器,4—成端尾纤,5—长度标尺,6—双光路光电探测器,7—信号处理与显示???,8—空气,9—汽油,10—水。
    具体实施方式
    以下结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细描述:
    如图1所示,本发明的一种光纤油水分界面的检测装置,包括窄线宽激光光源1、光分路器2、环形器3、成端尾纤4、长度标尺5、光电探测器和信号处理与显示???。本实施例中,光分路器2为双路功率分配器,光电探测器为双光路光电探测器6。窄线宽激光光源1与光分路器2的输入端连接,光分路器2的一个输出端通过环形器3与成端尾纤4连接。成端尾纤4优选G.652光纤,其自由端与长度标尺5并排设置。为便于读数,成端尾纤4的自由端尾端面为与其轴线垂直的平整端面,并与长度标尺5的一端面平齐?;沸纹?的第三端口与双路光电探测器6的一个信号输入端连接,双路光电探测器6的输出端与信号处理与显示???相连。光分路器2的另一个输出端与双路光电探测器6的另一个信号输入端连接,构成参考光路。
    该检测装置运行时,窄线宽激光光源1发出毫瓦级连续光功率信号,一路经光分路器2进入环形器3,再进入成端尾纤4并在成端尾纤4的自由端尾端面发生反射,反射光经环形器3进入双路光电探测器6,窄线宽激光光源1的另一路光信号经光分路器2直接进入双路光电探测器6,最后输入信号处理与显示???,信号处理与显示???对输入的两路电信号进行差分处理,以消除光源功率波动的影响,并计算反射光功率以及液体介质折射率等,最后显示结果。为便于计算,双路功率分配器的分光比为50:50。
    应用上述检测装置,实现某汽油罐的检测,如图3所示,汽油罐中从底层向上依次为水10、汽油9和空气8,具体操作为:
    1)测量前,利用清洁的成端光纤4的自由端尾端面,校准窄线宽激光光源1的功率为5mW,测量并记录装置在空气中的功率测量值P0=68μW,空气8中的反射光谱如图3所示;
    2)将并排设置的成端光纤4和长度标尺5一起,垂直于液面浸入待测油水混合液体中, 当信号处理与显示???显示的功率值变化时,表示成端光纤4与汽油9油面接触,记录此时的反射功率为0.8μW,并读出长度标尺5的读数为0.1m,即为油层起始位置,反射光谱如图3所示;
    3)将并排设置的成端光纤4和长度标尺5一起进一步浸入,当测得的功率值再次变化时,表示成端光纤4与水面接触,记录此时的反射功率为4.7μW,并读出长度标尺5的读数为0.31m,即为水层起始位置,反射光谱如图3所示;
    4)计算步骤2)和步骤3)中长度标尺5读数的差值,即得到该汽油罐中汽油层的厚度为0.21m;此外,按照下式可计算液体介质(本实施例中为汽油9或者水10)与空气相对折射率nj/n0的操作:
    njn0=(1-Pr)(1+P0)(1+Pr)(1-P0)]]>
    式中,n0为空气折射率,nj为成端光纤4自由端尾端面所浸入液体介质的折射率,P0为装置在空气中的功率测量值,Pr为反射光功率。
    该实施例以汽油9和水10的混合液为例,事实上,本检测装置同样适用于折射率差不小于0.05的其它不相容混合液体分界面的检测,检测操作类似;当混合液体种类为三种或以上时,本发明装置及方法依然适用。
    本检测装置还可用于测量单种液体的折射率:已知成端光纤4的纤芯折射率n1,入射光功率为Pi,反射光功率为Pr,则
    PrPi=(n1-njn1+nj)2]]>
    据此可得到成端光纤自由端尾端面所浸入介质的折射率nj。

    关于本文
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