悬浮液颗粒浓度测量仪及其测量方法技术

本发明专利技术涉及一种悬浮液颗粒浓度测量仪，包括电源、激光器、光电池、信号放大器、数据采集控制系统、计算机及探针；所述激光器与光电池设置于所述探针上且所述激光器与光电池的间距可调，所述光电池用于接收所述激光器发出的光线；所述光电池与所述信号放大器连接，所述信号放大器与所述数据采集控制系统连接，所述数据采集控制系统与所述计算机及电源连接；本发明专利技术还涉及一种悬浮液颗粒浓度测量仪的测量方法。本发明专利技术适用于黑色固体颗粒，吸取反射式光纤法的优点，提高测量精度；使用简便不需要进行样品后处理，并且成本合理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种悬浮液颗粒浓度测量仪及其测量方法。
技术介绍
在多相流反应器流体力学参数测试领域，悬浮颗粒的浓度测量是一个必不可少的重要方面。参数测试方法种类繁多，按检测方法的物理原理可分为侵入式和非侵入式测量方法。对于非侵入式，粒子成像测速仪（PIV）与激光多普勒测速仪（LDV）对测量体系均要求透光分散相体积分数小于5%，可用于从低速直至超高速非稳定流场速度的测量；超声层析成像技术（UCT）其应用局限于分散相含率低于20%并且无法进行实时测量。上述几种较为常用的测试手段局限于相含率无法实时测量，而且相应仪器非常昂贵。对于侵入式，最为常用莫过于直接取样和反射型光纤探针。要获得具有代表性的样品，直接取样法对取样速度和体积有一定要求，并且所取样品的浓度检测方法主要为干重法（将悬浮液多次离心洗涤并干燥处理后称量分离颗粒的质量来计算悬浮液浓度的方法），操作过程复杂。随着研究的深入，光电检测法开始出现。光电检测法是根据不同浓度的悬浮液对光的散射和吸收作用不同来确定浓度的方法，因其快速、准确且自动化程度高，很快成为悬浮液浓度检测的主流方法。光电检测法分为散射法、透射法和散透比法等。这三种方法分别是检测通过悬浮液后散射光强度、透射光强度和散射光与透射光强度的比值来确定颗粒浓度。反射型光纤探针法属光电检测法范畴，但由于黑色固体颗粒对光反射差，因此现有反射型光纤探针不适用于黑色固体颗粒的浓度检测。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种悬浮液颗粒浓度测量仪及其测量方法，适用于黑色固体颗粒，吸取反射式光纤法的优点，提高测量精度；使用简便不需要进行样品后处理，并且成本合理。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种悬浮液颗粒浓度测量仪，其特征在于：包括电源、激光器、光电池、信号放大器、数据采集控制系统、计算机及探针；所述激光器与光电池设置于所述探针上且所述激光器与光电池的间距可调，所述光电池用于接收所述激光器发出的光线；所述光电池与所述信号放大器连接，所述信号放大器与所述数据采集控制系统连接，所述数据采集控制系统与所述计算机及电源连接。一种悬浮液颗粒浓度测量仪的测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤S1：根据待测样品的浓度对激光器与光电池的间距进行调节，调节原则为待测浓度越高则选用间距越小；步骤S2：将所述探针放置于待测样品中，同时接通电源为测量仪供电，使激光器发射光线；步骤S3：光电池接收所述光线穿过所述待测样品后的光信号，并将该光信号转换为电信号；步骤S4：所述电信号经所述信号放大器进行调零和放大处理，然后经所述数据采集控制系统传输至计算机进行处理得到光线穿过待测样品后的电压值；步骤S5：根据所述电压值以及电压-悬浮液颗粒浓度曲线获得待测样品的悬浮液颗粒浓度。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术用于反应器内悬浮液颗粒浓度测量，适用于黑色固体颗粒,吸取了反射式光纤法的优点，使仪器的分辨率有很大的提高；同时，探针发射端与接收端距离与可测浓度范围存在对应关系，使仪器适用更广。附图说明图1是本专利技术系统结构原理图。图2是本专利技术探针结构示意图。图3是本专利技术一实施例的电压-悬浮液颗粒浓度曲线示意图。图中：1-探针，2-激光器；3-光电池。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。请参照图1，本专利技术提供一种悬浮液颗粒浓度测量仪，包括电源、激光器、光电池、信号放大器、数据采集控制系统、计算机及探针；请参照图2，所述激光器2与光电池3设置于所述探针1上且所述激光器2与光电池3的间距可调，于本专利技术一实施例中，该间距为5mm，所述光电池3用于接收所述激光器2发出的光线；为了满足光线准直性，所述探针为刚性结构，确保才测量过程中光电池3能接收到激光器2发出的光线，所述光电池与所述信号放大器连接，所述信号放大器对光电池传输过来的信号进行调零、放大，所述信号放大器与所述数据采集控制系统连接，所述数据采集控制系统与所述计算机及电源连接，所述电源为整个测量仪进行供电，所述数据采集控制系统用于采集信号放大器传输的数据，通过计算机的处理获取从激光器2发出的光线透过待测样品后得到的电压值。所述激光器2为非色散光源，发出的光线的波长为650nm，它可从廉价的半导体激光器中获得，光线穿透待测样品至另一端的光电池3。光线到达光电池3有两种方式：一是直接投射到光电池3上；二是光线经过待测样品中悬浮颗粒的多次散射后，最后散射到光电池3上。到达光电池3进行光电转换，转换后的电信号进入到信号放大器及数据采集控制系统。在信号放大器及数据采集控制系统，信号经过调零、放大及采集，即可得到光线透过待测样品的电压值，通过待测样品的电压可以推算出待测样品的颗粒浓度。对于透射光浓度检测法，从光源发出的入射平行光（若发散光束需要经过准直处理）进入悬浮液当中，悬浮液中的颗粒会对光产生散射及吸收作用，使透过悬浮液的光（即透射光）强度减小，根据Lambert-Beer理论，透射光的衰减程度受悬浮颗粒含量的影响，两者之间存在一定的函数对应关系，以此得出悬浮液中颗粒的含量。所述光电池的光谱范围300nm-1000nm，峰值波长为700nm。所述信号放大器为可编程信号放大器，其放大倍数可调。本专利技术还提供一种悬浮液颗粒浓度测量仪的测量方法，包括以下步骤：步骤S1：根据待测样品的浓度对激光器与光电池的间距进行调节，调节原则为待测浓度越高则选用间距越小，激光器与光电池间距范围为1-50mm；步骤S2：将所述探针放置于待测样品中，同时接通电源为测量仪供电，使激光器发射光线；步骤S3：光电池接收所述光线穿过所述待测样品后的光信号，并将所述光信号转换为电信号；步骤S4：所述电信号经所述信号放大器进行调零和放大处理，然后经所述数据采集控制系统传输至计算机进行处理得到光线穿过待测样品后的电压值；步骤S5：根据所述电压值以及电压-悬浮液颗粒浓度曲线获得待测样品的悬浮液颗粒浓度。如图3所示为本专利技术一实施例的电压-悬浮液颗粒浓度曲线示意图。所述步骤S5中的电压-浓度曲线由标定试验得出，具体步骤如下：配置不同浓度的固体颗粒悬浮液，分别用测量仪测得激光器发射的光线穿过各浓度固体颗粒悬浮液后的电压值；建立电压-悬浮液颗粒浓度坐标系，将各固体颗粒悬浮液的浓度与测得的电压值一一对应后在电压-悬浮液颗粒浓度坐标系中标出并作曲线拟合，得到电压-悬浮液颗粒浓度曲线。特别的，在标定试验前，需要通过高速搅拌从而使各浓度的固体颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种悬浮液颗粒浓度测量仪，其特征在于：包括电源、激光器、光电池、信号放大器、数据采集控制系统、计算机及探针；所述激光器与光电池设置于所述探针上且所述激光器与光电池的间距可调，所述光电池用于接收所述激光器发出的光线；所述光电池与所述信号放大器连接，所述信号放大器与所述数据采集控制系统连接，所述数据采集控制系统与所述计算机及电源连接。

【技术特征摘要】
1.一种悬浮液颗粒浓度测量仪，其特征在于：包括电源、激光器、光电池、信号放大器、
数据采集控制系统、计算机及探针；所述激光器与光电池设置于所述探针上且所述激光器
与光电池的间距可调，所述光电池用于接收所述激光器发出的光线；所述光电池与所述信
号放大器连接，所述信号放大器与所述数据采集控制系统连接，所述数据采集控制系统与
所述计算机及电源连接。
2.根据权利要求1所述的悬浮液颗粒浓度测量仪，其特征在于：所述激光器为非色散光
源，发出的光线的波长为650nm。
3.根据权利要求1所述的悬浮液颗粒浓度测量仪，其特征在于：所述光电池的光谱范围
300nm-1000nm，峰值波长为700nm。
4.根据权利要求1所述的悬浮液颗粒浓度测量仪，其特征在于：所述探针为刚性结构。
5.根据权利要求1所述的悬浮液颗粒浓度测量仪，其特征在于：所述信号放大器为可编
程信号放大器，其放大倍数可调。
6.根据权利要求1-5任一项所述的悬浮液颗粒浓度测量仪的测量方法，其特征在于包
括以下步骤：
步骤S1：根据待测样品的浓度对激光器与光电池的间距进行调节，调节原则为待测浓

【专利技术属性】
技术研发人员：郑辉东，刘俊，陈金亮，王碧玉，魏伟胜，李超，沈子涛，萧晓宏，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35