光纖探頭和液體界面檢測裝置的製作方法

2023-04-23 04:09:21

專利名稱：光纖探頭和液體界面檢測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光纖探頭，以及包括該光纖探頭的液體界面檢測裝置。
背景技術：
目前，國內外成品油管道輸送己經或正在替代成品油鐵路和公路運輸，成為成品油運輸的主力。多種油品順序輸送是用一條管道採用分批交替或順序輸送不同種類的油品，即可交替輸送汽油、煤油、柴油等不同的成品油，也可交替輸送各種原油、成品油和各種化工產品，從而大大提高管道利用率。成品油管道作為先進的運輸方式，不僅具有進一步減少環境汙染，緩解運輸壓力，提高運輸安全係數的作用，而且具有鐵路、公路、水路等其他方式無法比擬的運輸優勢。成品油管道通常採用順序輸送的方法，也就是一種油品跟在另一種油品的後面分批輸送。油品在流動過程中會擴散，兩種油品交替處會形成混油段。為保證油品質量，必須精確測量油品之間界面的位置，進行混油切割操作，尤其不能讓低質量的油品混入高質量的油品中，從而降低質量。界面檢測的方法有很多，大致分為標示法(如螢光、色素染料和放射性標記等)和特性測量法(如密度、介電常數、折射率和超聲波等)兩類，其中採用特性測量法居多，尤以密度測量法最多。密度法是界面檢測最常用的方法，根據界面前後油品的密度差別判斷油品界面，但當兩種相鄰的被輸送油品的密度差非常小或幾乎相等時(例如90號汽油、93號汽油)，採用密度法不能準確地甚至不可能判斷它們的界面。光學界面檢測儀通過測量經流體吸收後光信號的變化來識別油品的界面。目前，在成品油管道順序輸送中較多採用此方法進行界面檢測。CN2225022Y公開了一種兩相液體界面光纖測試儀，其結構特徵在於光纖探頭內設有兩束光纖，其一根為光源光纖，另一根為測試光纖，兩束光纖一端焊在一起，且此端的探頭部呈90°稜鏡。測試儀工作原理是利用光纖對不同液體的後向散射強度的不同，經光/電接口後所得的電量不同，將此電量轉化為頻率量，然後通過計算機中軟體計算即可得到所需測試值。由於混油界面內液體組成變化呈梯度分布，變化很小，採用這種單變量的檢測方法往往難以精確地測定油品的界面。CN1372635A公開了一種紅外探測器。採用圓錐形的衰減全反射(ATR)元件測定液體樣品的紅外光譜，這個元件通過光纖束與光源、檢測器相連接，在光纖束端部安裝有透鏡。而光纖束與透鏡保持一定的距離以保證耦合效果，所以在透鏡和光纖之間必須存在一定的空氣層。高壓液體的在線檢測對整體結構的密封有嚴格的要求，該探測器光纖透鏡和ATR元件間、透鏡和光纖之間都存在空腔，很難承受較高的工作壓力。一種新型光學管道界面檢測儀的研究(孫巖、陳世利，電子測量技術，第31卷第7期)中報導了利用光的折射與反射原理來測量管道內部介質折射率的變化，進行成品油管道輸送過程中各油品間混油界面的檢測。其傳感器是一個直徑5_的半球面鏡頭，兩束光纖非常精密地熔接在鏡頭的平面上。但是，該檢測儀也只能收集單變量信息，難以精確地測定油品的界面。由於油品特性的千差萬別，這些單變量的檢測方法往往難以精確地測定所有油品的界面，一旦發生誤差，將會造成重大事故和經濟損失。因此，非常有必要開發能夠有效地檢測混油界面的檢測系統。

實用新型內容本實用新型的目的是為了克服現有的液面界面檢測裝置存在的上述缺陷，提供一種新的光纖探頭以及包括該光纖探頭的液體界面檢測裝置及其應用。本實用新型提供了一種光纖探頭，該光纖探頭包括探頭主體和反光組件，所述探頭主體包括套管、兩束光纖和填充樹脂，兩束所述光纖通過所述填充樹脂固定在所述套管內，二者之間彼此不接觸，其中，所述反光組件包括殼體和凹面反射鏡，所述殼體具有開口端和封閉端，所述殼體通過所述開口端與所述套管密封連接，並且與所述探頭主體之間具有空腔；所述凹面反射鏡設置在所述殼體的封閉端的內表面上；所述殼體的側壁設置有開孔。優選地，兩束所述光纖在軸向上貫穿所述套管。優選地，所述開孔靠近所述殼體的封閉端。優選地，所述探頭主體的遠離所述反光組件的端部設置有光纖接頭，所述光纖接頭與兩束所述光纖連接。優選地，所述殼體與所述套管螺紋連接。更優選地，所述探頭主體還包括壓縮空氣管，所述壓縮空氣管設置在所述套管內，並在軸向上貫穿所述套管。進一步優選地，兩束所述光纖和所述壓縮空氣管平行。進一步優選地，所述壓縮空氣管的開口直徑與所述套管的開口直徑之比為1:4—8 ο優選地，所述空腔的高寬比為1:0· 1-1。本實用新型還提供了一種液體界面檢測裝置，所述液體界面檢測裝置包括光源、光纖探頭、光信號接收器和計算裝置，其中，所述光纖探頭為本實用新型提供的所述光纖探頭。採用本實用新型所述光纖探頭，通過凹面反射鏡進行光纖耦合，並配合複合光源和分光檢測裝置，可以採集到液體樣品在不同波長點的吸收特徵，得到被測液體樣品的吸收光譜，從而實現對液體樣品進行檢測分析。所述光纖探頭可用於多變量光譜技術檢測，如中紅外、近紅外和紫外光譜。在本實用新型的所述光纖探頭中，凹面反射鏡與包括光纖的探頭主體是完全分離的，並且所述反光組件的殼體上設有開孔，可以在檢測液體樣品的過程中，使待測液體位於凹面反射鏡與探頭主體之間，因而，即使待測液體的壓力較大，仍然不容易破壞凹面反射鏡。因此，本實用新型的所述光纖探頭能夠承受較高的工作壓力，通常可以承受IOMPa以上的工作壓力。本實用新型的其他特徵和優點將在隨後的具體實施方式
部分予以詳細說明。
附圖是用來提供對本實用新型的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式
一起用於解釋本實用新型，但並不構成對本實用新型的限制。在附圖中圖1是本實用新型的所述光纖探頭的結構示意圖；圖2是圖1所示的光纖探頭沿A-A方向的截面示意圖。附圖標記說明I 探頭主體 2 反光組件3 定位螺母4 光纖接頭 11 套管12，12-1，12-2光纖 13 填充樹脂 14 壓縮空氣管 21 凹面反射鏡22 開孔23 殼體
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用於說明和解釋本實用新型，並不用於限制本實用新型。在本實用新型中，在未作相反說明的情況下，「內、外」是指相對於各部件本身的輪廓的內、外。本實用新型提供了一種光纖探頭，如圖1所示，該光纖探頭包括探頭主體I和反光組件2，所述探頭主體I包括套管11、兩束光纖12和填充樹脂13，兩束所述光纖12通過所述填充樹脂13固定在所述套管11內，兩束所述光纖12之間彼此不接觸，其中，所述反光組件2包括殼體23和凹面反射鏡21，所述殼體23具有開口端和封閉端，所述殼體23通過所述開口端與所述套管11密封連接，並且與所述探頭主體I之間具有空腔；所述凹面反射鏡21設置在所述殼體23的封閉端的內表面上；所述殼體23的側壁設置有開孔22。所述開孔22優選靠近所述殼體23的封閉端，以使被測液體樣品能夠通過所述開孔22進入由所述探頭主體I和所述殼體23構成的空腔內。兩束所述光纖12優選在軸向上貫穿所述套管11。「殼體23的側壁」是指所述殼體23除所述開口端和所述封閉端以外的部分。「殼體23通過開口端與套管11密封連接」是指所述殼體23與所述套管11之間的連接處是密封的，而不是指所述殼體23與所述套管11連接後形成密封的空間。「兩束所述光纖12在軸向上貫穿所述套管11」是指兩束所述光纖的長度不小於所述套管11的長度。在優選情況下，兩束所述光纖的長度與所述套管11的長度相等。所述光纖的兩端優選經過拋光處理，使其便於接收和傳輸光信號。在本實用新型的所述光纖探頭中，所述探頭主體I的遠離所述反光組件2的端部設置有光纖接頭4，所述光纖接頭4與兩束所述光纖12連接。所述光纖接頭4可以為各種常規傳輸光信號的接頭，例如可以為SMA905母頭。在本實用新型的所述光纖探頭中，所述反光組件2與所述探頭主體I的連接方式沒有特別的限定，可以按照各種常規的連接方式進行連接。優選情況下，為了便於拆卸和安裝，所述反光組件2的殼體23與所述探頭主體I的套管11螺紋連接，也即在所述套管11的端部的外表面和在所述殼體23的端部的內表面形成相互匹配的螺紋，使得二者之間可以實現螺紋連接。進一步優選地，在所述殼體23與所述套管11之間設置定位螺母3，通過該定位螺母3將所述殼體23固定起來，以防止所述光纖探頭在使用過程中由於發生局部旋轉而導致所述殼體23發生鬆動，從而影響所述光纖探頭的檢測結果。在一種較優選的實施方式中，如圖1和2所示，所述探頭主體I還包括壓縮空氣管14，所述壓縮空氣管14設置在所述套管11內，並在軸向上貫穿所述套管11。「壓縮空氣管14在軸向上貫穿所述套管11」是指所述壓縮空氣管14的長度不小於所述套管11的長度。在優選情況下，所述壓縮空氣管14的長度稍大於所述套管11的長度。更優選地，在所述壓縮空氣管14上，靠近所述反光組件2的端部可以與所述套管11的相應端部齊平，也可以伸出所述套管11的相應端部並延伸入由所述殼體23和所述探頭主體I構成的空腔；所述壓縮空氣管14的遠離所述反光組件2的端部優選伸出所述套管11的相應端部，以便於連接壓縮空氣源。當所述探頭主體I的遠離所述反光組件2的端部設置有光纖接頭4時，所述壓縮空氣管14的遠離所述反光組件2的端部優選與所述光纖接頭4齊平。在本實用新型的所述光纖探頭中，當所述探頭主體I設置有壓縮空氣管14時，通過壓縮空氣管14吹入壓縮空氣，可以對凹面反射鏡21的表面進行吹掃，清除表面附著的雜質，也可以用於更新所述空腔內的液體。進一步優選地，所述壓縮空氣管14的開口直徑與所述套管11的開口直徑之比為1:4-8。在本實用新型的所述光纖探頭中，所述開孔22可以為一個或多個，優選為2-8個。當所述開孔22為多個時，優選各個開孔均勻地分布在所述殼體23的四周。在本實用新型的所述光纖探頭中，設置兩束光纖的目的是通過一束光纖導入光源，並通過另一束光纖接收和傳輸由凹面反射鏡21反射回來的光譜信息，因此，只要使兩束所述光纖12彼此不接觸即可確保兩根光纖之間不會發生幹擾，從而實現上述目的。因此，兩束所述光纖12的排列方式沒有特別的限定，只要二者彼此不接觸即可。在優選情況下，兩束所述光纖12彼此平行設置。在本實用新型中，「平行」並不是指絕對的幾何意義的平行，而只要彼此之間通過肉眼觀察基本處於平行即可。當所述探頭主體I設置有壓縮空氣管14時，優選地，兩束所述光纖12和所述壓縮空氣管14三者平行設置。在本實用新型的所述光纖探頭中，由所述殼體23和所述探頭主體I構成的空腔的高寬比可以為1:0. 1-1，優選為1:0. 5-1。所述空腔的高是指所述套管11的靠近所述反光組件2的端部到所述凹面反射鏡21的最小距離，所述空腔的寬是指所述殼體23的內直徑。在本實用新型的所述光纖探頭中，所述填充樹脂可以為各種常規的樹脂，例如可以為環氧樹脂、酚醛樹脂、聚丙烯酸樹脂和聚氨酯樹脂中的至少一種。在採用所述光纖探頭檢測液體界面的具體過程中，可以根據待測液體樣品選擇合適的填充樹脂，只要確保所述待測樣品不腐蝕所述填充樹脂即可。在本實用新型的所述光纖探頭中，所述光纖可以為各種常規的光纖，例如可以為多模石英光纖。所述光纖的尺寸可以包括數值孔徑為O. 18-0. 23，直徑為2-200微米。在一種優選實施方式中，所述光纖為數值孔徑為22微米、直徑為200微米的單根多模石英光纖。在一種較優選的實施方式中，如圖1和2所示，所述光纖探頭包括探頭主體I和反光組件2。探頭主體I包括套管11、兩束光纖12、填充樹脂13和壓縮空氣管14，兩束光纖12和壓縮空氣管14通過填充樹脂13 (如環氧樹脂)固定在套管11內，並且三者基本保持平行。兩束光纖12各自的兩端均經過拋光處理，且兩束光纖12各自的長度均與套管11相等，且各自的兩端均與套管11的兩端齊平。壓縮空氣管14的靠近反光組件2的一端與套管11齊平，另一端伸出套管11 ;並且兩束光纖在該相應端裝配有光纖接頭4 (如SMA905母頭);壓縮空氣管14在這一端與光纖接頭4齊平。反光組件2包括殼體23和凹面反射鏡21，殼體23具有開口端和封閉端，殼體23通過開口端與套管11螺紋連接，並且通過定位螺母3固定。殼體23與探頭主體I之間具有空腔。所述凹面反射鏡21設置在所述殼體23的封閉端的內表面上。所述殼體23的側壁設置有開孔22，開孔22靠近殼體23的封閉端。本實用新型還提供了一種液體界面檢測裝置，所述液體界面檢測裝置包括光源、光纖探頭、光信號接收器和計算裝置，其中，所述光纖探頭為本實用新型提供的所述光纖探頭。所述光源可以為能夠發出不同波長的光的複合光源。對於本實用新型的所述液體界面檢測裝置，其主要改進之處在於使用了經過改進的光纖探頭，對於所述光信號接收器、所述計算裝置以及各個組件之間的連接方式，本實用新型中沒有特別的限定，均可在本領域技術人員公知的實施方式中進行適當地選擇和確定。例如，所述光信號接收器例如可以為紫外、紅外或近紅外分光檢測裝置，計算裝置例如可以使用運行用於檢測成品油管道混油界面的程序的電腦。採用本實用新型提供的所述光纖探頭和所述液體界面檢測裝置檢測混油界面的方法可以包括將光纖探頭浸入被測油品中，使油品通過開孔22進入殼體23與探頭主體I之間的空腔；將光源發出的光通過光纖接頭4傳輸到光纖12-1，來自光纖12-1的光穿過油品後到達凹面反射鏡21，並經過凹面反射鏡21的表面反射後匯聚到光纖12-2，通過光纖12-2將光譜信息傳輸至光信號接收器，得到被測油品的吸收光譜。採用本實用新型的光纖探頭和檢測裝置連續地測定管道傳輸油品，通過被測油品的吸收光譜中的吸光度變化值判斷是否為混油界面。以上結合附圖詳細描述了本實用新型的優選實施方式，但是，本實用新型並不限於上述實施方式中的具體細節，在本實用新型的技術構思範圍內，可以對本實用新型的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本實用新型的保護範圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式
中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重複，本實用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本實用新型的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本實用新型的思想，其同樣應當視為本實用新型所公開的內容。
權利要求1.一種光纖探頭，該光纖探頭包括探頭主體(I)和反光組件(2)，所述探頭主體(I)包括套管(11)、兩束光纖(12)和填充樹脂(13)，兩束所述光纖(12)通過所述填充樹脂(13)固定在所述套管(11)內，兩束所述光纖(12)之間彼此不接觸，其特徵在於，所述反光組件(2) 包括殼體(23)和凹面反射鏡(21)，所述殼體(23)具有開口端和封閉端，所述殼體(23)通過所述開口端與所述套管(11)密封連接，並且與所述探頭主體(I)之間具有空腔；所述凹面反射鏡(21)設置在所述殼體(23)的封閉端的內表面上；所述殼體(23)的側壁設置有開孔 (22)。
2.根據權利要求1所述的光纖探頭，其特徵在於，兩束所述光纖(12)在軸向上貫穿所述套管(11)。
3.根據權利要求1所述的光纖探頭，其特徵在於，所述開孔(22)靠近所述殼體(23)的封閉端。
4.根據權利要求1所述的光纖探頭，其特徵在於，所述探頭主體(I)的遠離所述反光組件(2)的端部設置有光纖接頭(4)，所述光纖接頭(4)與兩束所述光纖(12)連接。
5.根據權利要求1所述的光纖探頭，其特徵在於，所述殼體(23)與所述套管(11)螺紋連接。
6.根據權利要求1-5中任意一項所述的光纖探頭，其特徵在於，所述探頭主體(I)還包括壓縮空氣管(14)，所述壓縮空氣管(14)設置在所述套管(11)內，並在軸向上貫穿所述套管(11)。
7.根據權利要求6所述的光纖探頭，其特徵在於，兩束所述光纖(12)和所述壓縮空氣管(14)平行。
8.根據權利要求6所述的光纖探頭，其特徵在於，所述壓縮空氣管(14)的開口直徑與所述套管(11)的開口直徑之比為1:4_8。
9.根據權利要求1-5中任意一項所述的光纖探頭，其特徵在於，所述空腔的高寬比為 I 0. 1-1。
10.一種液體界面檢測裝置，所述液體界面檢測裝置包括光源、光纖探頭、光信號接收器和計算裝置，其特徵在於，所述光纖探頭為權利要求1-9中任意一項所述的光纖探頭。
專利摘要本實用新型涉及一種光纖探頭，該光纖探頭包括探頭主體和反光組件，探頭主體包括套管、兩束光纖和填充樹脂，兩束光纖通過填充樹脂固定在套管內，兩束光纖之間彼此不接觸，其中，反光組件包括殼體和凹面反射鏡，殼體具有開口端和封閉端，殼體通過開口端與套管密封連接，並且與探頭主體之間具有空腔；凹面反射鏡設置在殼體的封閉端的內表面上；殼體的側壁設置有開孔。本實用新型還涉及包括所述光纖探頭的液體界面檢測裝置，以及該液體界面檢測裝置在檢測混油界面中的應用。採用本實用新型的所述光纖探頭可以準確測定混合油品的界面，並且所述光纖探頭能夠承受較高的工作壓力。
文檔編號G01F23/292GK202836679SQ20122050154
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者孫巖峰 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院