CN109100333A - 反射式探头与流体在线检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反射式探头与流体在线检测仪。本发明的反射式探头，包括垂直相交且相连的第一筒体与第二筒体，所述第一筒体与所述第二筒体的相交处，所述第一筒体的内部通孔与所述第二筒体的内部通孔连通；所述第二筒体内设有与所述第二筒体的延伸方向呈45度夹角设置的反射镜，所述第一筒体的内部通孔对应设于所述反射镜的反光面上方，所述第二筒体上与所述反射镜的反光面相对应的一端设有端板，所述端板的至少一表面上设有反射膜；所述第二筒体内还设有位于所述反射镜与端板之间的第一隔板；所述第二筒体上位于所述端板与所述第一隔板之间的区域设有开口。本发明的流体在线检测仪包含上述反射式探头，能够对待测流体进行实时在线检测。
Description
技术领域
本发明涉及流体检测技术领域，尤其涉及一种反射式探头与流体在线检测仪。
背景技术
流体，是与固体相对应的一种物体形态，是液体和气体的总称。水作为最常见的液体，与人类的生活、生命息息相关，因此水质的好坏直接影响着人类的生活质量。随着人民生活质量的提升，人民越来越重视环境保护，尤其是水质的好坏，因此，水处理行业渐渐的得到了越来越多的重视。在水处理过程中，需要添加水处理药剂才可以降低水中污染物的浓度，但是何时添加，添加量多少，都需要对水样进行检测才能确定。目前，通用的方法是对污水进行取样，然后通过专门的仪器(水质多参数检测仪)进行分析检测，确定水样中污染物浓度后，根据结果确定添加水处理药剂的量，对于静止不动的污水水源来说，这种方法是适用的，但对于流动的污水源来说，这种方法存在局限性，因为污水一直在流动，污染物的浓度也在实时变动，而取样离线分析是需要一定时间的，这会造成检测结果产生滞后效应，测定的结果可能与实际水样的结果不一致，而实时在线分析检测可以弥补这个缺点。另外，对于一些时效性要求比较高，并且不需要前处理操作的参数或物质的检测(比如水溶液中的金属离子，Fe2+、Fe3+等)，在线检测是非常有必要的。
目前市场上使用的水质多参数分析仪基本都是采用透射的方式，如图1所示，通过透射的方式进行光谱测定的方法可以简单描述为，一束光从某一方向照射到样品上，与之相互作用后，部分光被样品吸收，部分光透过样品，从相对的方向到达检测器，吸收光谱通过电脑软件展示出来，这种光谱的测试方式称为透射式测量，更适合于离线分析，也就是取样后在仪器上进行检测。但对于在线检测或者样品难以取样的情况，比如实时检测某管道液体的某种性质、污水处理水实时监测等就不太适应。
图2为现有的在线检测水质分析仪的结构示意图，如图2所示，现有的在线检测水质分析仪主要是对水体的主管道进行改装设计，使主管道具备一个与其相通的支路，而且这个支路是可以透光的，那么就可以在这个支路的两侧搭建起光路，通过透射的方式达到检测水管中水质参数的目的，由于检测位点是在支路而非主管道，因此这种检测方式也只是相对意义上的在线检测，并非真正意义上的在线检测，并且这种在线检测水质分析仪还具有结构复杂、操作繁琐等缺点。
另外，在线分析检测需要将检测探头长时间放进污水源中，而污水源中通常含有颗粒大小不一的不溶性杂质，可能会对探头的检测结果造成一定影响，导致检测结果不准确。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反射式探头，与光源、检测器配合使用时，能够对待测流体进行实时在线检测，且检测结果准确可靠。
本发明的目的还在于提供一种流体在线检测仪，能够对待测流体进行实时在线检测，且检测结果准确可靠。
为实现以上发明目的，本发明首先提供一种反射式探头，包括垂直相交且相连的第一筒体与第二筒体，所述第一筒体与所述第二筒体的相交处，所述第一筒体的内部通孔与所述第二筒体的内部通孔连通；
所述第二筒体内设有与所述第二筒体的延伸方向呈45度夹角设置的反射镜，所述反射镜与所述第二筒体的内壁密封连接，所述反射镜具有相对设置的反光面与非反光面，所述第一筒体的内部通孔对应设于所述反射镜的反光面上方，所述第二筒体上与所述反射镜的反光面相对应的一端设有端板，所述端板的至少一表面上设有反射膜；
所述第二筒体内还设有位于所述反射镜与所述端板之间并且与所述第二筒体的内壁密封连接的第一隔板，所述端板与所述第一隔板中至少所述第一隔板为透光板体；所述第二筒体上位于所述端板与所述第一隔板之间的区域设有开口。
可选的，所述开口设于所述第二筒体的下底面，所述下底面指的是所述第二筒体上背离所述第一筒体的一侧表面。
可选的，所述第二筒体上与所述反射镜的非反光面相对应的一端设有开口，所述第二筒体内还设有位于所述反射镜与所述开口之间的第二隔板。
可选的，所述反射膜位于所述端板上朝向所述第一隔板的一面和/或所述端板上背离所述第一隔板的一面。
可选的，所述反射膜为金属镀膜。
可选的，所述金属镀膜为铝膜、银膜、金膜或铜膜。
可选的，所述第一筒体、第二筒体、端板、第一隔板、第二隔板均为石英材质。
可选的，所述第一筒体的两侧设有挂置部。
本发明还提供一种流体在线检测仪，包括：光源、如上文所述的反射式探头、检测器以及光纤，所述光纤呈Y型，具有第一端、第二端、第三端，所述光源、反射式探头、检测器分别连接至所述光纤的第一端、第二端、第三端。
可选的，本发明的流体在线检测仪还包括准直镜，所述准直镜的两端分别与所述光纤的第二端以及所述反射式探头的第一筒体相连。
本发明的有益效果：
1)本发明的反射式探头具有特殊的结构设计，该反射式探头与光源、检测器配合使用时，能够对待测流体进行实时在线检测，本发明提供了一种反射式测量方法，来取代现有的透射式测量方法，该反射式测量方法不需要在流体的主通道外设置单独的支路，直接在主通道上进行在线检测，实现了真正意义上的实时在线检测；
2)由于检测时所述反射式探头中的端板与第一隔板均竖直放置，因此所述端板与所述第一隔板上均不容易沉积不溶性杂质，避免了不溶性杂质引起的测量误差，提高测量准确度；
3)含有所述反射式探头的流体在线检测仪对待测流体进行检测时，还能够避免光纤浸入待测流体中，提升整个仪器的使用寿命；
4)本发明的流体在线检测仪还具有结构简单、操作便捷等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明范围的限定。
图1为现有的透射式测量的原理示意图；
图2为现有的在线检测水质分析仪的结构示意图；
图3为本发明反射式探头的一个实施例的剖视示意图；
图4为本发明反射式探头的第一筒体与第二筒体的一个实施例的横截面示意图；
图5为本发明反射式探头的第一筒体与第二筒体的另一实施例的横截面示意图；
图6为本发明反射式探头的另一实施例的剖视示意图；
图7为本发明流体在线检测仪的一个实施例的结构示意图。
主要元件符号说明：
10、光源；20、反射式探头；21、第一筒体；22、第二筒体；23、反射镜；24、端板；25、反射膜；26、开口；27、挂置部；28、第一隔板；29、第二隔板；30、检测器；40、光纤；41、第一端；42、第二端；43、第三端；50、准直镜；60、待测流体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“A或/和B”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合，可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“横向”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
该实施例1提供一种反射式探头20，如图3所示，所述反射式探头20包括垂直相交且相连的第一筒体21与第二筒体22，所述第一筒体21与所述第二筒体22的相交处，所述第一筒体21的内部通孔与所述第二筒体22的内部通孔连通；
所述第二筒体22内设有与所述第二筒体22的延伸方向呈45度夹角设置的反射镜23，所述反射镜23与所述第二筒体22的内壁密封连接，所述反射镜23具有相对设置的反光面与非反光面，所述第一筒体21的内部通孔对应设于所述反射镜23的反光面上方，所述第二筒体22上与所述反射镜23的反光面相对应的一端设有端板24，所述端板24的至少一表面上设有反射膜25；
所述第二筒体22内还设有位于所述反射镜23与所述端板24之间并且与所述第二筒体22的内壁密封连接的第一隔板28，所述端板24与所述第一隔板28中至少所述第一隔板28为透光板体；所述第二筒体22上位于所述端板24与所述第一隔板28之间的区域设有开口26，以使待测流体60进入。
可选的，采用该反射式探头20对待测流体60进行检测时，使所述第一筒体21位于所述第二筒体22的上方，并且所述第一筒体21的延伸方向与竖直方向平行，所述第二筒体22的延伸方向与水平方向平行，所述第二筒体22首先与待测流体60接触，所述第一筒体21可能与待测流体60接触，也可能不与待测流体60接触。
可选的，如图7所示，该反射式探头20与光源10、检测器30通过光纤40连接使用，使用时将所述反射式探头20浸入待测流体60中，至少使所述开口26浸入待测流体60中，保证所述第二筒体22上位于所述端板24与所述第一隔板28之间的区域能够充满流体，从光源10发出的光线通过光纤40进入所述第一筒体21中，被位于所述第一筒体21底部的反射镜23反射后，光线的传播方向由竖直方向变为水平方向，反射出的水平方向传播的光线沿所述第二筒体22的延伸方向到达所述第一隔板28，穿过所述第一隔板28与所述端板24之间的待测流体60，到达所述端板24，之后被所述端板24表面的反射膜25反射回来，反射光线穿过所述第一隔板28与所述端板24之间的待测流体60以及所述第一隔板28后，到达所述反射镜23，再被所述反射镜23反射形成竖直方向传播的光线，这部分光线从所述反射式探头20的第一筒体21进入光纤40，并通过光纤40进入检测器30，所述检测器30对入射光线进行分析后，获得流体参数。
优选的，所述开口26设于所述第二筒体22的下底面，所述下底面指的是所述第二筒体22上背离所述第一筒体21的一侧表面。
优选的，所述第二筒体22上与所述反射镜23的非反光面相对应的一端设有开口26，所述第二筒体22内还设有位于所述反射镜23与所述开口26之间的第二隔板29。当所述第二筒体22浸入待测流体60时，不仅所述第一隔板28与所述端板24之间的区域能够进入待测流体60，所述第二隔板29与所述开口26之间也能够进入待测流体60，从而能够实现所述第二筒体22左右两侧的平衡。
具体的，所述开口26的数量不限，可以为一个或多个；所述开口26的形状不限，例如为圆形或者长方形；所述开口26的大小没有严格限制，能够使外界的待测流体60快速进入即可。
优选的，所述开口26的面积为9mm2以上。
具体的，所述第一筒体21与第二筒体22的外形可以呈圆柱状(如图5所示)或者长方体状(如图6所示)。优选的，所述第一筒体21与第二筒体22的内部通孔均呈圆柱状。
具体的，所述反射膜25为金属镀膜，例如铝膜、银膜、金膜、铜膜等，当然也不局限于这几种，具体可以根据实际情况进行选择。
可选的，所述反射膜25位于所述端板24上朝向所述第一隔板28的一面和/或所述端板24上背离所述第一隔板28的一面。
可选的，所述第一筒体21、第二筒体22、端板24、第一隔板28、第二隔板29均为石英材质。
可选的，所述第一筒体21、第二筒体22、端板24、第一隔板28、第二隔板29一体成型，即由石英高温熔融烧结而成；或者，所述第一筒体21、第二筒体22、端板24、第一隔板28、第二隔板29各自独立成型最后组装在一起，例如通过胶水粘接在一起。
具体的，由于本发明的反射式探头20的光程(即光束穿过待测流体60的距离)为所述端板24与第一隔板28之间的距离的二倍，因此，通过调整所述端板24与第一隔板28之间的距离就可以实现调整该反射式探头20的光程的效果。
实施例2
如图6所示，该实施例2提供一种反射式探头20，与实施例1相比，区别之处在于：所述第一筒体21的两侧设有挂置部27，从而在检测时，可以利用所述挂置部27将所述反射式探头20悬挂于其他物件上，实现所述反射式探头20的位置固定，方便检测过程顺利进行。
实施例3
该实施例3提供一种流体在线检测仪，如图7所示，所述流体在线检测仪包括：光源10、如实施例1或实施例2所述的反射式探头20、检测器30以及光纤40，所述光纤40呈Y型，具有第一端41、第二端42、第三端43，所述光源10、反射式探头20、检测器30分别连接至所述光纤40的第一端41、第二端42、第三端43。
该实施例3的流体在线检测仪的工作原理为：首先将所述反射式探头20放入待测流体60中，保证所述反射式探头20上的开口26浸入待测流体60中，使所述第二筒体22上位于所述端板24与所述第一隔板28之间的区域能够充满流体；
光源10发出的光线从光纤40的第一端41进入光纤40，并从光纤40的第二端42进入所述反射式探头20中，光线进入所述反射式探头20的第一筒体21后，被位于所述第一筒体21底部的反射镜23反射，光线的传播方向由竖直方向变为水平方向，反射出的水平方向传播的光线沿所述第二筒体22的延伸方向到达所述第一隔板28，穿过所述第一隔板28与所述端板24之间的待测流体60，到达所述端板24，之后被所述端板24表面的反射膜25反射回来，反射光线穿过所述第一隔板28与所述端板24之间的待测流体60以及所述第一隔板28后，到达所述反射镜23，再被所述反射镜23反射形成竖直方向传播的光线，这部分光线从所述反射式探头20的第一筒体21进入所述光纤40后，一部分光线沿原路返回位于所述光纤40的第一端41的光源10，然而这部分光是无效光，没有意义，另一部分光通过所述光纤40的第三端43进入检测器30，所述检测器30对入射光线进行分析后，获得流体参数。
可选的，所述流体在线检测仪还包括准直镜50，所述准直镜50的两端分别与所述光纤40的第二端42以及所述反射式探头20的第一筒体21相连，所述准直镜50能够使非平行光转化为平行光，提升入射光线的准直性，尤其对于光源10发出的光为发散光的情况，必须设置准直镜50，才能使发散光变为平行光。
可选的，所述准直镜50与所述反射式探头20的第一筒体21之间的连接方式为螺纹连接。
现有市场上的准直镜50通常具有外螺纹，因此需要在所述反射式探头20的第一筒体21的内壁设置内螺纹，所述外螺纹与内螺纹相匹配，例如，某款准直镜50的外螺纹是3/8-UNF，那么所述反射式探头20的第一筒体21的内壁的内螺纹也应该是3/8-UNF。
具体的，该实施例3的流体在线检测仪用于检测的待测流体60可以为液体，也可以为气体，可以为常温流体，也可以为高温流体(石英可以耐1000℃以上高温)，也即是说，本发明的流体在线检测仪的应用范围极广。
具体的，该实施例3的流体在线检测仪的操作方法为：将所述光源10、反射式探头20、检测器30以及光纤40组装完毕后，探头未放入待测流体60时，打开光源10，检测器30可以得到空白光强。之后，将所述反射式探头20放入待测流体60中，使所述端板24与所述第一隔板28之间的部分充满待测流体60。此时，再次打开光源10，检测器30接收到的光强为光线穿过待测流体60后的透射光强，计算机通过特定的计算方法减去空白光强，就可以得到相应的流体参数。
可以理解的是，该实施例3的流体在线检测仪不仅能够用于对处于流动状态的流体进行检测，也可以对处于静止状态的流体进行检测。
具体的，所述检测器30为本领域的常用设备，属于本领域的公知常识，因此本文不对其进行详细描述。
综上所述，本发明的优点在于：
1)本发明的反射式探头20具有特殊的结构设计，该反射式探头20与光源10、检测器30配合使用时，能够对待测流体60进行实时在线检测，本发明提供了一种反射式测量方法，来取代现有的透射式测量方法，该反射式测量方法不需要在流体的主通道外设置单独的支路，直接在主通道上进行在线检测，实现了真正意义上的实时在线检测；
2)由于检测时所述反射式探头20中的端板24与第一隔板28均竖直放置，因此所述端板24与所述第一隔板28上均不容易沉积不溶性杂质，避免了不溶性杂质引起的测量误差，提高测量准确度；
3)含有所述反射式探头20的流体在线检测仪对待测流体60进行检测时，还能够避免光纤40浸入待测流体60中，提升整个仪器的使用寿命；
4)本发明的流体在线检测仪还具有结构简单、操作便捷等优点。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
以上所述仅为本发明的较佳实施事例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种反射式探头，其特征在于，包括垂直相交且相连的第一筒体与第二筒体，所述第一筒体与所述第二筒体的相交处，所述第一筒体的内部通孔与所述第二筒体的内部通孔连通；
所述第二筒体内设有与所述第二筒体的延伸方向呈45度夹角设置的反射镜，所述反射镜与所述第二筒体的内壁密封连接，所述反射镜具有相对设置的反光面与非反光面，所述第一筒体的内部通孔对应设于所述反射镜的反光面上方，所述第二筒体上与所述反射镜的反光面相对应的一端设有端板，所述端板的至少一表面上设有反射膜；
所述第二筒体内还设有位于所述反射镜与所述端板之间并且与所述第二筒体的内壁密封连接的第一隔板，所述端板与所述第一隔板中至少所述第一隔板为透光板体；所述第二筒体上位于所述端板与所述第一隔板之间的区域设有开口。
2.如权利要求1所述的反射式探头，其特征在于，所述开口设于所述第二筒体的下底面，所述下底面指的是所述第二筒体上背离所述第一筒体的一侧表面。
3.如权利要求1所述的反射式探头，其特征在于，所述第二筒体上与所述反射镜的非反光面相对应的一端设有开口，所述第二筒体内还设有位于所述反射镜与所述开口之间的第二隔板。
4.如权利要求1所述的反射式探头，其特征在于，所述反射膜位于所述端板上朝向所述第一隔板的一面和/或所述端板上背离所述第一隔板的一面。
5.如权利要求1所述的反射式探头，其特征在于，所述反射膜为金属镀膜。
6.如权利要求5所述的反射式探头，其特征在于，所述金属镀膜为铝膜、银膜、金膜或铜膜。
7.如权利要求3所述的反射式探头，其特征在于，所述第一筒体、第二筒体、端板、第一隔板、第二隔板均为石英材质。
8.如权利要求1所述的反射式探头，其特征在于，所述第一筒体的两侧设有挂置部。
9.一种流体在线检测仪，其特征在于，包括：光源、如权利要求1-8任一项所述的反射式探头、检测器以及光纤，所述光纤呈Y型，具有第一端、第二端、第三端，所述光源、反射式探头、检测器分别连接至所述光纤的第一端、第二端、第三端。
10.如权利要求9所述的流体在线检测仪，其特征在于，还包括准直镜，所述准直镜的两端分别与所述光纤的第二端以及所述反射式探头的第一筒体相连。
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