CN102590098A - 一种液体浓度检测装置 - Google Patents

Abstract

一种液体浓度检测装置，包括机架、光源单元、棱镜和接收单元，所述光源单元、所述棱镜和所述接收单元固定设置在所述机架上；所述棱镜包括入射面、出射面和测量面，所述入射面和所述测量面的夹角为30～45°，所述出射面与所述测量面的夹角为30～45度°，所述入射面与所述出射面的夹角为105～110°；所述光源单元包括激光源和光纤，所述光纤的入射端连接所述激光源，所述光纤的出射端对准所述棱镜的入射面，所述光纤由600根以上的塑料纤维组成，每根塑料纤维的直径为40～45um，所述光纤具有8°以上的发散角；所述接收单元包括光电元件，所述光电元件靠近所述棱镜的出射面设置。

Description

一种液体浓度检测装置

技术领域

本发明涉及一种液体浓度检测装置，尤其涉及一种煤矿液压支架用乳化液的浓度检测装置。

背景技术

目前国际上用于液体浓度在线检测的装置多基于折光法原理，参见附图1，一束散射光，通常通过透镜组产生，从光密介质-棱镜进入光疏介质-溶液，在两介质界面上散射光的折射角度会发生改变，而折射角度的改变与光疏介质的浓度有一定的线性关系，通过CCD采集折射的光线，并计算形成折射光线的强度曲线图，强度曲线图中可以得到其光强明显变化的位置，也就是附图1中的分界线，通过强度曲线图与多个标准曲线图的对比，得到所测量液体的浓度。但国外现有的基于折光法原理的液体浓度检测装置价格普遍较高，检测原理相对复杂，透镜组产生的散射光不稳定，容易受到环境因素的干扰，且CCD的采集效率低，计算繁琐，反应比较慢，无法满足快速连续测量的需要。

国内煤矿现场已经有在使用的国产的乳化液自动检测装置，但这些自动检测装置大多基于超声波或者电磁波的衰减法或声速法原理，其有效测量区间较窄，尤其对于乳化液这种特殊介质来说，检测效果很不理想。

发明内容

为解决上述问题，实现液体，尤其是液压支架用乳化液浓度的快速准确测量，使井下操作人员能够更准确地了解液乳化液的浓度情况，并根据检测结果做出相应调整，提高井下液压设备的使用寿命、降低设备使用成本；同时使煤矿管理人员可以远程调阅乳化液浓度数据，以进一步提高煤矿管理的信息化水平，本发明提出一种液体浓度检测装置，包括：

机架、光源单元、棱镜和接收单元，所述光源单元、所述棱镜和所述接收单元固定设置在所述机架上；所述棱镜包括入射面、出射面和测量面，所述入射面和所述测量面的夹角为30～45°，所述出射面与所述测量面的夹角为30～45度°，所述入射面与所述出射面的夹角为105～110°；所述光源单元包括激光源和光纤，所述光纤的入射端连接所述激光源，所述光纤的出射端对准所述棱镜的入射面，所述光纤由600根以上的塑料纤维组成，每根塑料纤维的直径为40～45um，所述光纤具有8°以上的发散角；所述接收单元包括光电元件，所述光电元件靠近所述棱镜的出射面设置。

所述液体浓度检测装置还包括处理器单元，所述处理器单元连接所述光电元件，并实时检测所述光电元件的输出电流值。

所述棱镜为梯形。

所述处理器单元包括显示屏，用于显示检测到的所述光电元件的输出电流值或通过换算得到的液体浓度值。

所述光电元件为光电池。

本发明的特点在于：直接使用光纤作为发散光的光源，避免了传统透镜组光源结构复杂、散射光不稳定、误差大的问题，使用光电元件直接接收折射光，反应迅速，避免了CCD采集速度慢的缺陷，且有效测量范围选择适当，有利于提高乳化液浓度测量的精度。

本发明填补了国内折光法测量液体浓度产品的空白；结构简单，使用方便，适用于井下等各种较恶劣的环境；反应速度快，可以实现液体浓度的动态监测；光源稳定性好，测量结果准确。

附图说明

附图1为已知的折光法测量液体浓度的原理图；

附图2为本发明所述液体浓度检测装置结构示意图；

附图3为本发明所述液体浓度检测装置原理图。

具体实施方式

参见附图2，一种液体浓度检测装置，包括机架、光源单元、棱镜和接收单元，机架为一金属框架，其上固定安装光源单元、棱镜和接收单元。棱镜优选为一梯形棱镜，方便加工，且与待测液体的接触面较大，有助于提高测量精度。棱镜的两个侧面分别为棱镜的入射面和出射面，其长底面为棱镜的测量面，入射面和测量面的夹角α为30～45°，出射面与测量面的夹角β为30～45度°，且优选角度β大于角度α，以保证折射光线可以更多的从出射面射出，入射面与出射面的夹角保证在105～110°。附图2中的结构图为清楚各部件的关系，其各个面之间的角度可能没有在上述范围之内，可以理解的是，这仅是为表述光线发散关系而给出的一种示意性图示，并不意味着各面之间不受上述角度关系的约束。

光源单元包括激光源和光纤，激光源采用常见的小功率激光源即可，光纤的入射端连接在上述激光源上，出射端对准棱镜的入射面，优选通过机械结构或其它方式使其紧贴在入射面上。为得到均匀的发散光，本领域通常的做法是通过多个透镜的组合实现，但上述方法设施设备的体积庞大，且对扰动非常敏感，因此并不适用于对液体浓度的检测。本发明中，采用光纤来实现光的发散，取得了良好的效果。光纤是由600根以上的透明塑料纤维组成，每根塑料纤维的直径为40～45um的特制光纤，激光射入光纤后发生散射，能够产生理想发散角度的光源。在本发明中，浓度检测装置需要大于8°的激光发散角以取得最理想的响应速度和测量灵敏度，因此，优选取光纤的长度在2～5cm之间。

接收单元包括光电元件，所述光电元件靠近所述棱镜的出射面设置，以能接收到出射面的折射光线为标准，优选接收单元通过机械结构和其它方式紧贴在出射面上，光电元件可直接选用光电池，其面积可以覆盖整个出射面，也可以只覆盖出射面的一部分。

光电元件连接一处理器单元，当入射面有散射光进入时，通过处理器单元实时检测光电元件的输出电流值，并根据电流值得到折射光强度。处理器单元还包括显示屏，用于显示检测到的所述光电元件的输出电流值，或者直接通过换算显示液体的浓度。

参见附图2-3，上述液体浓度检测装置的检测方法为：

将机架放入待检测液体中，使棱镜的测量面水平接触待测液体液面；

打开激光源，激光通过光纤发散形成散射光，散射光进入棱镜，在测量面与待测液体液面的交界处发生散射和折射，发生散射和折射的比率与液体浓度有关，即在相同的条件下，浓度越高，折射率越大，折射光线的强度越小；

通过光电元件检测出射面的折射光线强度，并将其转换为电流值，传输给处理器单元；

处理器单元根据电流值与标准数据库比对，得到液体浓度，并通过显示屏显示出来，其中的标准数据库为各浓度液体的对应电流值，其可以通过事先对已知浓度液体的测量来得到。

具体的测试过程和测试实例如下：

分别对蔗糖、乙醇和极索浓缩液(一种矿用乳化液)三种样液进行测试，每种样液的浓度从1％到5.5％，测试环境温度20℃。先将适量的待测样液盛装入直径为120mm、高200mm的筒式玻璃器皿中，将本发明的液体浓度检测装置中的棱镜水平浸入液体中，然后给装置上电后即可在显示屏上读到电流值。测试结果(电流示值)如下：

结果显示，三种样液在上述测量条件下的测量结果基本能保持线性变化，使用本发明的液体浓度检测装置完全可以非常方便的分辨并检测出液体的浓度。

以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种液体浓度检测装置，其特征在于：包括机架、光源单元、棱镜和接收单元，所述光源单元、所述棱镜和所述接收单元固定设置在所述机架上；

所述棱镜包括入射面、出射面和测量面，所述入射面和所述测量面的夹角为30～45°，所述出射面与所述测量面的夹角为30～45°，所述入射面与所述出射面的夹角为105～110°；

所述光源单元包括激光源和光纤，所述光纤的入射端连接所述激光源，所述光纤的出射端对准所述棱镜的入射面，所述光纤由600根以上的塑料纤维组成，每根塑料纤维的直径为40～45um，所述光纤具有8°以上的发散角；

所述接收单元包括光电元件，所述光电元件靠近所述棱镜的出射面设置。

2.如权利要求1所述的液体浓度检测装置，其特征在于：还包括处理器单元，所述处理器单元连接所述光电元件，并实时检测所述光电元件的输出电流值。

3.如权利要求2所述的液体浓度检测装置，其特征在于：所述处理器单元包括显示屏，用于显示检测到的所述光电元件的输出电流值，或者直接通过换算显示液体的浓度。

4.如权利要求1所述的液体浓度检测装置，其特征在于：所述棱镜为梯形。

5.如权利要求1所述的液体浓度检测装置，其特征在于：所述光电元件为光电池。

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