本发明专利技术提供一种同步测量液膜浓度、厚度和温度的装置，其特征在于，包括：三个激光光源，发出波长不同的激光光束；波分复用器，与三个激光光源相连，将三束激光光束耦合成一束；第一准直器，与波分复用器相连，对激光光束进行聚焦；液膜载体，设置在第一准直器正下方；第二准直器，设置在液膜载体正下方，用于收集穿过液膜载体的激光光束，并进行聚焦；分波器，与第二准直器相连，将激光光束分成波长不同的三束激光光束；三个光谱采集构件，分别与分波器相连，接收并测量该分波器分出的每束激光光束的强度；以及计算机，分别与三个光谱采集构件相连，对三个光谱采集构件测得的激光光束的强度进行处理，计算出待测液膜的浓度、厚度和温度值。
【技术实现步骤摘要】
一种采用同步测量液膜浓度、厚度和温度的装置来测量液膜的浓度、厚度和温度的方法
本专利技术涉及测量装置及测量方法，具体涉及一种基于比尔-朗伯定律，在线同步测量待测液膜浓度、厚度和温度的测量装置以及测量方法。
技术介绍
在各种工业过程中，液滴撞击到固体表面形成液膜的现象广泛存在，如选择性催化还原(SCR)系统中汽车尾气排放管上形成尿素溶液液膜等。对液膜进行定量分析不仅能够更好地了解液膜的形成和蒸发这个极其复杂的物理过程的本质，而且对优化液膜所涉及的各种工业过程具有非常重要的意义。溶液液膜厚度、温度以及液膜内部的成分浓度是密切相关的，在对液膜的研究中这些参数往往相互耦合，给模型建立和求解带来困难。传统的测量方法只能实现对液膜的浓度、厚度和温度中单个参数的测量，无法同时测量这三个重要指标。
技术实现思路
本专利技术是针对上述问题进行的，目的在于提供一种能够同时测定出溶液液膜的浓度、厚度和温度的装置以及测量方法。本专利技术为实现上述目的，采用了以下的技术方案：本专利技术提供一种同步测量液膜浓度、厚度和温度的装置，其特征在于，包括：三个激光光源，用于发出波长不同的激光光束；波分复用器，与三个激光光源相连，将三个激光光源发出的三束激光光束耦合成一束；第一准直器，与波分复用器相连，对波分复用器耦合的激光光束进行聚焦；液膜载体，设置在第一准直器正下方，用于承载待测液膜，使第一准直器聚焦后发出的激光光束穿过待测液膜；第二准直器，设置在液膜载体正下方，用于收集穿过液膜载体的激光光束，并对该激光光束进行聚焦；分波器，与第二准直器相连，将第二准直器聚焦后发出的激光光束分成波长不同的三束激光光束；三个光谱采集构件，分别与分波器相连，接收并测量该分波器分出的每束激光光束的强度；以及计算机，分别与三个光谱采集构件相连，对三个光谱采集构件测得的激光光束的强度进行处理，计算出待测液膜的浓度、厚度和温度值。进一步，本专利技术所涉及的同步测量液膜浓度、厚度和温度的装置，还可以具有这样的特征：其中，激光光源是半导体激光器，光谱采集构件是光电探测器。本专利技术还提供一种采用上述同步测量液膜浓度、厚度和温度的装置来测量液膜的浓度、厚度和温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，采用吸收光谱测量装置测量若干不同浓度、不同温度的溶液液膜的吸收光谱，得到不同浓度、不同温度的溶液液膜对不同波数的光的吸收系数；步骤二，比较不同浓度、不同温度的溶液液膜对不同波数的光的吸收系数，选择三个波数ν1、ν2和ν3，使不同浓度、不同温度的溶液液膜对波数为ν1和ν2的光的吸收系数对浓度的变化率为零，使不同浓度、不同温度的溶液液膜对波数为ν3的光的吸收系数对温度的变化率为零；步骤三，分别在两个波数ν1和ν2下，对不同浓度、不同温度的溶液液膜所对应的吸收系数与溶液液膜的温度作拟合，得到如下方程式：Ki＝f(T)，式中i＝1,2，Ki是浓度为c、温度为T的溶液液膜对波数为νi的光的吸收系数，在波数ν3下，对不同浓度、不同温度的溶液液膜所对应的吸收系数与溶液液膜的浓度作拟合，得到如下方程式：K3＝f(c)，式中K3是浓度为c、温度为T的溶液液膜所对应的吸收系数；步骤四，设置不带有液膜的液膜载体，调节三个激光光源，使三个激光光源分别输出波数为ν1、ν2和ν3的激光光束，采用三个光谱采集构件分别测量穿过不带有液膜的液膜载体后波数为ν1、ν2和ν3的激光光束的强度，作为背景光强I0i(i＝1,2,3)；步骤五，在液膜载体上负载待测液膜，采用三个光谱采集构件分别测量穿过负载待测液膜的液膜载体后波数为ν1、ν2和ν3的激光光束的强度，作为透射光强Iti(i＝1,2,3)；步骤六，采用计算机收集背景光强I0i(i＝1,2,3)和透射光强Iti(i＝1,2,3)，并进行数据处理，根据比尔-朗伯定律，将透射率表示为：式中τi是透射率，d是待测液膜的厚度，计算待测液膜对波数为ν1、ν2和ν3的激光光束的透射率的对数lnτi，(i＝1,2,3)，则：lnτ1＝-K1d＝-f(T)d(1)，lnτ2＝-K2d＝-f(T)d(2)，lnτ3＝-K3d＝-f(c)d(3)，由公式(1)和公式(2)组成方程组可求解出待测液膜的温度T和厚度d，再将求解出的厚度d带入公式(3)中，即可求得待测液膜的浓度c。专利技术的作用与效果根据本专利技术所涉及的同步测量液膜浓度、厚度和温度的装置以及测量方法，因为三个激光光源可以分别发出波长不同的三束激光光束，三个光谱采集构件分别测定分波器发出的三束透射激光光束的强度，并传输给计算机，计算机经过计算即可得到待测液膜的浓度值、厚度值以及温度值，因此可以同时测定出液膜的浓度、厚度和温度这三个重要的参数。另外，因为两个准直器的设置可以对激光光束进行聚焦，增大穿过液膜的激光光束的强度，因此可以实现高精度的测量。附图说明图1是实施例的同步测量液膜浓度、厚度和温度的装置。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术所涉及的同步测量液膜浓度、厚度和温度的装置以及测量方法作详细阐述。<实施例一>图1是实施例的同步测量液膜浓度、厚度和温度的装置。如图1所示，同步测量液膜浓度、厚度和温度的装置10包括激光光源11、激光光源12、激光光源13、波分复用器14、第一准直器15、液膜载体16、第二准直器17、分波器18、光谱采集构件19、光谱采集构件20、光谱采集构件21以及计算机22。在本实施例中，激光光源11、12和13都是半导体激光器。波分复用器14分别与半导体激光器11、半导体激光器12以及半导体激光器13相连。第一准直器15与波分复用器14相连。液膜载体16设置在第一准直器15正下方，在本实施例中，液膜载体16是石英玻璃。第二准直器17设置在液膜载体16的正下方。分波器18与第二准直器17相连。光谱采集构件19、20和21都是光电探测器。光电探测器19、20和21分别与分波器18相连。计算机22分别与光电探测器19、20和21相连。半导体激光器11、半导体激光器12和半导体激光器13分别用于发出波长不同的三束激光光束，三束激光光束被波分复用器14耦合成一束，然后经过第一准直器15聚焦后穿过液膜载体16。穿过液膜载体16的激光光束被第二准直器17聚焦，然后分波器18将聚焦后的激光光束分成波长不同的三束激光光束，光电探测器19、光电探测器20和光电探测器21分别收集分波器18发出的三束激光光束，测量激光光束的强度，并传输给计算机22。计算机22用于进行数据处理，计算出液膜的浓度、厚度和温度值。<实施例二>同步测量液膜浓度、厚度和温度的方法如下：步骤一，取纯水和质量浓度分别为5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％的尿素溶液液膜，采用吸收光谱测量装置分别测量纯水和上述尿素溶液液膜在波数6000～8000cm-1，在20℃、30℃、40℃、50℃下的吸收系数。步骤二，将纯水和所有尿素液膜在不同温度下的吸收系数对波数值作图，得到吸收系数-波数曲线，比较不同波数下所有尿素液膜的吸收系数值，选择波数ν1和ν2，使不同浓度和不同温度下所有尿素液膜的吸收系数对浓度的变化率为零；选择波数ν3，使不同浓度和不同温度下所有尿素液膜的吸收系数对温度的变化率为零。步骤三，分别在两个波数本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种同步测量液膜浓度、厚度和温度的装置，其特征在于，包括：三个激光光源，用于发出波长不同的激光光束；波分复用器，与三个所述激光光源相连，将三个所述激光光源发出的三束所述激光光束耦合成一束；第一准直器，与所述波分复用器相连，对所述波分复用器耦合的激光光束进行聚焦；液膜载体，设置在所述第一准直器正下方，用于承载待测液膜，使所述第一准直器聚焦后发出的激光光束穿过所述待测液膜；第二准直器，设置在所述液膜载体正下方，用于收集穿过所述液膜载体的激光光束，并对该激光光束进行聚焦；分波器，与所述第二准直器相连，将所述第二准直器聚焦后发出的激光光束分成波长不同的三束激光光束；三个光谱采集构件，分别与所述分波器相连，接收并测量该分波器分出的每束所述激光光束的强度；以及计算机，分别与三个所述光谱采集构件相连，对三个所述光谱采集构件测得的所述激光光束的强度进行处理，计算出所述待测液膜的浓度、厚度和温度值。
【技术特征摘要】
1.一种采用同步测量液膜浓度、厚度和温度的装置来测量液膜的浓度、厚度和温度的方法，该装置包括：三个激光光源，用于发出波长不同的激光光束；波分复用器，与三个所述激光光源相连，将三个所述激光光源发出的三束所述激光光束耦合成一束；第一准直器，与所述波分复用器相连，对所述波分复用器耦合的激光光束进行聚焦；液膜载体，设置在所述第一准直器正下方，用于承载待测液膜，使所述第一准直器聚焦后发出的激光光束穿过所述待测液膜；第二准直器，设置在所述液膜载体正下方，用于收集穿过所述液膜载体的激光光束，并对该激光光束进行聚焦；分波器，与所述第二准直器相连，将所述第二准直器聚焦后发出的激光光束分成波长不同的三束激光光束；三个光谱采集构件，分别与所述分波器相连，接收并测量该分波器分出的每束所述激光光束的强度；以及计算机，分别与三个所述光谱采集构件相连，对三个所述光谱采集构件测得的所述激光光束的强度进行处理，计算出所述待测液膜的浓度、厚度和温度值，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，采用吸收光谱测量装置测量若干不同浓度、不同温度的溶液液膜的吸收光谱，得到所述不同浓度、不同温度的溶液液膜对不同波数的光的吸收系数；步骤二，比较所述不同浓度、不同温度的溶液液膜对不同波数的光的吸收系数，选择三个波数ν1、ν2和ν3，使所述不同浓度、不同温度的溶液液膜对波数为ν1和ν2的光的吸收系数对浓度的变化率为零，使所述不同浓度、不同温度的溶液液膜对波数为ν3的光的吸收系数对温度的变化率为零；步骤三，分别在两个所述波数ν1和ν2下，对所述不同浓度、不同温度的溶液液膜所对应的吸收系数与所述溶液液膜的温度作拟合，得到如下方程式：Ki＝f(T)，式中i＝1,2，K...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨荟楠，石建伟，郭晓龙，蔡小舒，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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