CN105067559A - 液体近红外透射光谱成分在线检测装置 - Google Patents
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Abstract
液体近红外透射光谱成分在线检测装置，近红外光源发射出的近红外光线可依次透过第一聚光部件、第一窗片、待测液体、第二窗片和第二聚光部件，且从第二聚光部件透过的透射光送入检测器模块后，由检测器模块分析以生成成分信息，从而确保了产品检测功能的实现；在此基础上，承压流通池模块基于压力容器标准进行设置，从而具备承压能力；本发明使得产品突破了现有检测装置的检测过程仅能在实验室内进行且分析压力较高的待测液体成分时，需要设置独立的检测管线***的局限性，从而使得产品的使用更为普遍和便捷。
Description
技术领域
本发明涉及近红外光谱在在线分析技术领域，尤其是一种液体近红外透射光谱成分在线检测装置。
背景技术
液体近红外透射光谱成分在线检测装置是一种对液体物料进行透射从而进行成分在线分析的装置。
目前石油化工产品液体物料成分检测方法有气相色谱发、傅立叶红外光谱法等，气相色谱法存在气化样品取样组分均匀性难以控制，傅立叶红外光谱法实现了快速分析，但操作繁琐，也仅限实验室使用；现有的近红外在线检测装置分析压力较高的待测液体成分时需要设置独立的检测管线***，操作***复杂，且对于沸点较低的待测液体，其密度受温度压力的影响，从而使分析结果不准确。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种具有承压能力，且可直接接入待测液体所在压力管道***，并可对压力管道内的待测液体成分进行实时检测的在线检测装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种液体近红外透射光谱成分在线检测装置，该装置包括光源模块(1)、承压流通池模块(2)、检测器模块(3)；承压流通池模块(2)与光源模块(1)和检测器模块(3)相连接，承压流通池模块(2)内设置有贯穿其轴向的安装孔(6)，所述安装孔(6)的一端设置有第一聚光部件(11)，安装孔(6)的另一端设置有第二聚光部件(12)；第一聚光部件(11)与所述第二聚光部件(12)之间设置有第一窗片(21)和第二窗片(22)，且第一窗片(21)与第二窗片(22)之间设置有与安装孔(6)相垂直并贯穿承压流通池模块(2)的待测液体通道(5)，且待测液体通道(5)直接与含待测液体的压力管线相连接，且待测液体在待测液体通道(5)内流通；其中，近红外光依次穿过第一聚光部件(11)、第一窗片(21)、待测液体、第二窗片(22)和第二聚光部件(12)进入检测器模块(3)，并根据近红外光谱生成待测液体的成分信息。
光源模块(1)发出近红外光，承压流通池模块(2)一端与光源模块(1)相连，并承压流通池模块(2)连通含待测液体的压力管线，且待测液体流经待测液体通道(5)进入承压流通池模块(2)内，且近红外光透射所述待测液体；检测器模块(3)与承压流通池模块(2)另一端相连，用于接收从所述承压流通池模块(2)透过的近红外光，并根据近红外光谱生成待测液体成分信息。
安装孔(6)内设置有第一密封件(31)和第二密封件(32)，所述第一密封件(31)支撑在第一窗片(21)与安装孔(6)的孔壁之间，第二密封件(32)支撑在第二窗片(22)与安装孔(6)的孔壁之间。
光源模块(1)内设置有近红外光源(4)，检测器模块(3)内设置有光电成像器件(7)，用于接收从所述所述第二聚光部件(12)透过的所述近红外光线。
近红外光源(4)设置在第一聚光部件(11)的焦点处，光电成像器件(7)的窗口设置在第二聚光部件(12)的焦点处。
第一窗片(21)与第二窗片(22)之间设置有光路调节部件(8)，且光路调节部件(8)的两端分别与第一窗片(21)和第二窗片(22)相抵靠，光程调节部件(8)的侧壁上开设有与待测液体通道(5)相贯通的导流孔(9)。
光程调节部件(8)为定距管，且所述定距管长度为5mm-15mm。
近红外光源(4)为卤素灯。
本发明提供的液体近红外透射光谱成分在线检测装置，近红外光源发射出的近红外光线可依次透过第一聚光部件、第一窗片、待测液体、第二窗片和第二聚光部件，且从第二聚光部件透过的透射光送入检测器模块后，由检测器模块分析以生成成分信息，从而确保了产品检测功能的实现；在此基础上，本方案中承压流通池模块基于压力容器标准进行设置，从而具备承压能力，故而，在确保产品使用可靠性的前提下，可直接将产品设置于待测液体所在压力容器管路***中，以实现对压力容器管路***中待测液体的成分进行实时检测，该结构的设置使得产品突破了现有检测装置的检测过程仅能在实验室内进行，和分析压力较高的待测液体成分时需要设置独立的检测管线***的局限性，从而使得产品的使用更为普遍和便捷。
附图说明
图1是本发明所述液体近红外透射光谱成分在线检测装置的剖视结构示意图；
图2是图1中所示承压流通池模块的剖视结构示意图；
图3是图1中所示光程调节部件的剖视结构示意图；
图4是本发明所述液体近红外透射光谱成分在线检测装置与待测液体管路连接的局部结构示意图。
其中，图1至图4中的附图标记及附图标记所对应的部件名称为：
1-光源模块，2-承压流通池模块，3-检测器模块，4-近红外光源，5-待测液体通道，6-安装孔，7-光电成像器件，8-光程调节部件，9-导流孔，10-灯箱，11-第一聚光部件，12-第二聚光部件，31-第一密封件，32-第二密封件，40-冷却液通道，41-固定套筒，42-冷却槽，43-卤素灯，50-待测液体出口，51-待测液体进口，61-冷却液入口，62-冷却液出口，71-防暴接头，72-安装孔，73-通孔，74-第一密封件安装孔，75-第二密封件安装孔，01-第一垫片，02-第二垫片。
具体实施方式
现根据附图1至4对本发明进行详细说明，如图1所示，本发明提供的液体近红外透射光谱成分在线检测装置，包括光源模块(1)、承压流通池模块(2)和检测器模块(3)。
具体地，光源模块(1)内设置有近红外光源(4)，承压流通池模块(2)的一端与光源模块(1)相连，且承压流通池模块(2)的一端设置有第一聚光部件(11)，承压流通池模块(2)的另一端设置有第二聚光部件(12)，第一聚光部件(11)与第二聚光部件(12)之间设置有第一窗片(21)和第二窗片(22)，且第一窗片(21)与第二窗片(22)之间设置有贯穿所述承压流通池模块(2)的待测液体通道(5)，且待测液体在所述待测液体通道(5)内流通，近红外光源(4)发出的近红外光线依次穿过第一聚光部件(11)、第一窗片(21)、待测液体、第二窗片(22)和第二聚光部件(12)；检测器模块(3)与承压流通池模块(2)的第二端相连，用于接收从第二聚光部件(12)穿透的近红外光线，并根据近红外光线生成所述待测液体的成分信息。
在本发明的一个实施例中，承压流通池模块(2)内设置有贯穿其轴向的安装孔(6)，第一聚光部件(11)、第一窗片(21)、第二窗片(22)和第二聚光部件(12)依次设置在安装孔(6)内，其中，待测液体通道(5)与安装孔(6)相垂直，并贯通，且第一窗片(21)和第二窗片(22)与安装孔(6)的孔壁密封连接。
在该实施例中，承压流通池模块(2)基于压力容器标准设置，且根据待测液体所在压力容器管路的具体压力情况，对待测液体通道的尺寸基于压力容器标准校核，且优选地，该承压流通池模块(2)为不锈钢材料制成，由于不锈钢的使用强度相对较高，且耐腐蚀，从而有效地保证了产品长期使用的可靠性；优选地，承压流通池模块(2)的整体呈柱状体结构，其内部结构如图2所示；更进一步地，近红外光源(4)为微型卤钨灯，卤钨灯额定功率功率为3W；第一聚光部件(11)和第二聚光部件(12)内设置有不同规格的平凸透镜，具体而言，第一聚光部件(11)内所设置的平凸透镜将近红外光源发射出的近红外光汇聚为***行光，以确保足够多的近似平行的近红外光依次透过第一窗片(21)、待测液体和第二窗片(22)；第二聚光部件(12)内所设置的平凸透镜将穿过第二窗片(22)的近红外光汇聚，以确保检测模块能够尽可能多地接收到携带液体成分信息的透射近红外光，从而提高产品对于光通量的要求，进而相对提高检测模块对待测液体成分信息的检测精度。
在本发明的一个实施例中，安装孔(6)内设置有第一密封件(31)、第二密封件(32)；第一密封件(31)设置在第一窗片(21)与安装孔(6)的孔壁之间所设置的第一密封件安装孔(74)内，第二密封件(32)设置在第二窗片(22)与安装孔(6)的孔壁之间所设置的第二密封件安装孔(75)内。
在该实施例中，优选地，第一窗片(21)与第二窗片(22)为同一规格的石英玻璃窗片，且第一密封件(31)和第二密封件(32)为相同规格密封圈；在本方案的一个具体方式中，设置安装孔(6)与第一窗片(21)与第二窗片(22)相接触部分孔径为8mm，并进一步设置第一窗片(21)与第二窗片(22)均为外径8mm石英玻璃窗片；且在此基础上，安装孔(6)与待测液体通道相贯通部分基于压力容器设计规定进行校核，以确保产品的使用可靠性。
在本发明的一个实施例中，检测器模块(3)内设置有光电成像器件(7)，用于接收从第二聚光部件(12)穿透的近红外光线；近红外光源(4)设置于第一聚光部件(11)的焦点处，光电成像器件(7)的窗口设置于第二聚光部件(12)焦点处。
在该实施例中，更进一步地，设置近红外光源(4)的中心、第一聚光部件(11)的中心、第一窗片(21)的中心、第二聚光部件(12)的中心、第二窗片(22)的中心和检测器模块(3)的窗口中心设置于同一直线上，以保证光路的准确，从而减少光线传播过程的损失量；且在此基础上设置光电成像器件的窗口于第二聚光部件(12)的焦点处，以提高光电成像器件对光线的接收率，进而提高装置对待测液体成分的检测精度；此外，对于第一窗片(21)外径为8mm的方案，进一步设置第一聚光部件(11)外壁为M12螺纹结构，且设置第一聚光部件(11)与第一窗片(21)之间具有孔径为6mm、长为3mm光通道，以固定第一聚光部件(11)和第一窗片(21)之间的距离；第二聚光部件(12)外壁设置有M12螺纹结构，且第一窗片(21)、光程调节部件(8)和第二窗片(22)由承压流通池毗邻检测器模块端安装于安装孔(6)内。
在本发明的一个实施例中，第一窗片(21)与第二窗片(22)之间设置有光程调节部件(8)，且光程调节部件(8)的两端分别与第一窗片(21)和第二窗片(22)相接触，光程调节部件(8)的侧壁上开设有与待测液体通道(5)相贯通的导流孔(9)。
在本发明的一个实施例中，第一窗片(21)与所述光程调节部件(8)之间设置有第一垫片(01)，所述第二窗片(22)与所述定距套(8)之间设置有第二垫片(02)。
在本发明的一个实施例中，光程调节部件(8)长度为5mm-15mm。
在该实施中，优选地，光程调节部件(8)的长度为10mm，通过限定光程调节部件(8)的长度为10mm，进而间接限定了光线在待测液体中的光程，即光线在待测液体中的传播路程为10mm；更进一步地，第一垫片和第二垫片设置为厚度为2mm、外径为8mm；而导流孔的长度设置为6mm，宽度设置为6mm。
在本发明的一个实施例中，近红外光源(4)选择为卤素灯(43)；光源模块(3)包括箱体(10)、固定套筒(41)、卤素灯(43)，箱体(10)内设置有安装空间，且所述箱体(10)上开设有与所述灯箱(10)相贯通冷却液通道(40)；固定套筒(41)固定在箱体(10)内的安装空间中，固定套筒(41)上设置有冷却槽(42)，且冷却槽(42)沿固定套筒(41)的外侧壁面周向设置呈环形，并与冷却液通道(40)相连通；所述卤素灯(43)为所述近红外光源，且所述卤素灯(43)安装在固定套筒(41)内；所述固定套筒(41)卤素灯电源端与防暴接头(71)相连接。
在该实施例中，冷却液设置为冷却水；固定套筒(41)的长度设置为38mm，外径设置为20mm；并设置冷却槽(42)深度设置为2mm，长度设置为20mm，则在确保固定套筒满足其使用强度要求的前提下，有效地保证了冷却水的流通量，进而确保了对近红外光源的冷却效果。
在本案的一个具体实施例--液化石油气中二甲醚成分测定实验中，检测装置的具体检测流程如下：
1、如图4所示，是该实验的装置搭建流程简图；
2、将液化石油气管线与所述承压流通池模块(2)的待测液体进口(50)相连接，所述承压流通池模块(2)的待测液体出口(51)与液化石油气管线相连接，液化石油气管线中的液化石油气引入所述承压流通池(2)内的待测液体通道(5)内；
3、将所述光源模块(1)与电源接通，近红外光源(4)所发出的近红外光透射待测样品；
4、将冷却液管线与所述光源模块(1)的冷却液入口(61)和冷却液出口(62)相联通，对光源模块进行冷却。
5、近红外光源发射出的近红外光线依次透过第一聚光部件、第一窗片、待测液体液化石油气、第二窗片和第二聚光部件，透射光送入检测器模块分析液化石油气中二甲醚含量。
6、任选两个外部已知二甲醚浓度的液化石油气样品进行误差分析，分析结果如表1所示。具体而言，将不同浓度的两个样品编号为1和2，编号为1的液化石油气样品中二甲醚的浓度为24.10％，编号为2的液化石油气样品中二甲醚的浓度为45.26％，编号为1的液化石油气样品中二甲醚的测定浓度为23.65％，编号为2的液化石油气样品中二甲醚的测定浓度为45.15％；分析编号为1的液化石油气样品中二甲醚的测定浓度绝对偏差为-0.45，相对偏差为1.86；分析编号为2的液化石油气样品中二甲醚的测定浓度绝对偏差为-0.11，相对偏差为0.24；由此可知该装置测定液体成分的相对误差小于2.0％，故该装置的准确性良好。
表1测定误差分析
Claims (9)
1.液体近红外透射光谱成分在线检测装置，其特征在于：该装置包括光源模块(1)、承压流通池模块(2)、检测器模块(3)；承压流通池模块(2)与光源模块(1)和检测器模块(3)相连接，承压流通池模块(2)内设置有贯穿其轴向的安装孔(6)，所述安装孔(6)的一端设置有第一聚光部件(11)，安装孔(6)的另一端设置有第二聚光部件(12)；第一聚光部件(11)与所述第二聚光部件(12)之间设置有第一窗片(21)和第二窗片(22)，且第一窗片(21)与第二窗片(22)之间设置有与安装孔(6)相垂直并贯穿承压流通池模块(2)的待测液体通道(5)，且待测液体通道(5)直接与含待测液体的压力管线相连接，且待测液体在待测液体通道(5)内流通；其中，近红外光依次穿过第一聚光部件(11)、第一窗片(21)、待测液体、第二窗片(22)和第二聚光部件(12)进入检测器模块(3)，并根据近红外光谱生成待测液体的成分信息；
光源模块(1)发出近红外光，承压流通池模块(2)一端与光源模块(1)相连，并承压流通池模块(2)连通含待测液体的压力管线，且待测液体流经待测液体通道(5)进入承压流通池模块(2)内，且近红外光透射所述待测液体；检测器模块(3)与承压流通池模块(2)另一端相连，用于接收从所述承压流通池模块(2)透过的近红外光，并根据近红外光谱生成待测液体成分信息。
2.根据权利要求1所述的液体近红外透射光谱成分在线检测装置，其特征在于：安装孔(6)内设置有第一密封件(31)和第二密封件(32)，所述第一密封件(31)支撑在第一窗片(21)与安装孔(6)的孔壁之间，第二密封件(32)支撑在第二窗片(22)与安装孔(6)的孔壁之间；
光源模块(1)内设置有近红外光源(4)，检测器模块(3)内设置有光电成像器件(7)，用于接收从所述第二聚光部件(12)透过的所述近红外光线；
近红外光源(4)设置在第一聚光部件(11)的焦点处，光电成像器件(7)的窗口设置在第二聚光部件(12)的焦点处；
第一窗片(21)与第二窗片(22)之间设置有光路调节部件(8)，且光路调节部件(8)的两端分别与第一窗片(21)和第二窗片(22)相抵靠，光程调节部件(8)的侧壁上开设有与待测液体通道(5)相贯通的导流孔(9)。
3.根据权利要求1所述的液体近红外透射光谱成分在线检测装置，其特征在于：光程调节部件(8)为定距管，且所述定距管长度为5mm-15mm。
4.根据权利要求1所述的液体近红外透射光谱成分在线检测装置，其特征在于：该承压流通池模块(2)为不锈钢材料制成；承压流通池模块(2)的整体呈柱状体结构。
5.根据权利要求1所述的液体近红外透射光谱成分在线检测装置，其特征在于：第一聚光部件(11)和第二聚光部件(12)内设置有不同规格的平凸透镜，具体而言，第一聚光部件(11)内所设置的平凸透镜将近红外光源发射出的近红外光汇聚为***行光，以确保足够多的近似平行的近红外光依次透过第一窗片(21)、待测液体和第二窗片(22)；第二聚光部件(12)内所设置的平凸透镜将穿过第二窗片(22)的近红外光汇聚，以确保检测模块能够尽可能多地接收到携带液体成分信息的透射近红外光。
6.根据权利要求1所述的液体近红外透射光谱成分在线检测装置，其特征在于：安装孔(6)内设置有第一密封件(31)、第二密封件(32)；第一密封件(31)设置在第一窗片(21)与安装孔(6)的孔壁之间所设置的第一密封件安装孔(74)内，第二密封件(32)设置在第二窗片(22)与安装孔(6)的孔壁之间所设置的第二密封件安装孔(75)内；
第一窗片(21)与第二窗片(22)为同一规格的石英玻璃窗片，且第一密封件(31)和第二密封件(32)为相同规格密封圈；在本方案的一个具体方式中，设置安装孔(6)与第一窗片(21)与第二窗片(22)相接触部分孔径为8mm，并进一步设置第一窗片(21)与第二窗片(22)均为外径8mm石英玻璃窗片。
7.根据权利要求1所述的液体近红外透射光谱成分在线检测装置，其特征在于：检测器模块(3)内设置有光电成像器件(7)，用于接收从第二聚光部件(12)穿透的近红外光线；近红外光源(4)设置于第一聚光部件(11)的焦点处，光电成像器件(7)的窗口设置于第二聚光部件(12)焦点处。
8.根据权利要求1所述的液体近红外透射光谱成分在线检测装置，其特征在于：设置近红外光源(4)的中心、第一聚光部件(11)的中心、第一窗片(21)的中心、第二聚光部件(12)的中心、第二窗片(22)的中心和检测器模块(3)的窗口中心设置于同一直线上，以保证光路的准确，从而减少光线传播过程的损失量；且在此基础上设置光电成像器件的窗口于第二聚光部件(12)的焦点处，以提高光电成像器件对光线的接收率，进而提高装置对待测液体成分的检测精度；此外，对于第一窗片(21)外径为8mm的方案，进一步设置第一聚光部件(11)外壁为M12螺纹结构，且设置第一聚光部件(11)与第一窗片(21)之间具有孔径为6mm、长为3mm光通道，以固定第一聚光部件(11)和第一窗片(21)之间的距离；第二聚光部件(12)外壁设置有M12螺纹结构，且第一窗片(21)、光程调节部件(8)和第二窗片(22)由承压流通池毗邻检测器模块端安装于安装孔(6)内；
第一窗片(21)与第二窗片(22)之间设置有光程调节部件(8)，且光程调节部件(8)的两端分别与第一窗片(21)和第二窗片(22)相接触，光程调节部件(8)的侧壁上开设有与待测液体通道(5)相贯通的导流孔(9)；
第一窗片(21)与所述光程调节部件(8)之间设置有第一垫片(01)，所述第二窗片(22)与所述定距套(8)之间设置有第二垫片(02)；
光程调节部件(8)长度为5mm-15mm。
9.根据权利要求1所述的液体近红外透射光谱成分在线检测装置，其特征在于：近红外光源(4)选择为卤素灯(43)；光源模块(3)包括箱体(10)、固定套筒(41)、卤素灯(43)，箱体(10)内设置有安装空间，且所述箱体(10)上开设有与所述灯箱(10)相贯通冷却液通道(40)；固定套筒(41)固定在箱体(10)内的安装空间中，固定套筒(41)上设置有冷却槽(42)，且冷却槽(42)沿固定套筒(41)的外侧壁面周向设置呈环形，并与冷却液通道(40)相连通；所述卤素灯(43)为所述近红外光源，且所述卤素灯(43)安装在固定套筒(41)内；所述固定套筒(41)卤素灯电源端与防暴接头(71)相连接。
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