一种基于太赫兹旋光效应的混油检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于太赫兹旋光效应的混油检测方法，包括以下步骤：发射天线发出的太赫兹波穿过待检测样品的比色皿、经过太赫兹偏振器，在接收天线上接收；使用慢速步进精确扫描的方法测量太赫兹时域光谱；将太赫兹偏振器底座的楔形支架旋转至0°的初始位置，将接收天线与发射天线的偏振方向同向放置，选用太赫兹p偏振波透射样品；利用太赫兹偏振器，获得每种样品在太赫兹偏振器一系列角度下的时域波形；提取脉冲幅值，并进行正弦曲线拟合处理；提取每种样品正弦拟合曲线的相位，并由相位获得每种样品的旋光度。本发明专利技术对汽油和柴油的成品油样品、及其混合溶液的旋光性进行检测，并利用其对太赫兹波旋光性的差异实现油品种类的识别检测。

A method of detecting mixed oil based on terahertz rotation effect

The invention discloses a mixed oil detection method based on terahertz optical effect, which comprises the following steps: a transmitting antenna of the terahertz wave through the detected sample cuvette, after receiving the terahertz polarizer, receiving antenna; terahertz time-domain spectroscopy measurement method using slow step accurate scanning; the initial position of the terahertz polarizer a wedge bracket to rotate to 0 degrees, the polarization direction of the receiving antenna and transmitting antenna to the same place, the terahertz p polarization transmission samples; using terahertz polarizer, obtain time-domain waveform of each sample in a series of terahertz polarizer perspective; extraction of pulse amplitude, and sine curve fitting; each phase extraction a sample sine curve, and obtained by the phase of each sample rotation. The invention of gasoline and diesel oil samples, and the mixed solution of optical detection, and use it for terahertz wave optical rotation to achieve recognition of differences in oil type detection.

【技术实现步骤摘要】
一种基于太赫兹旋光效应的混油检测方法
本专利技术涉及混油检测领域，尤其涉及一种基于太赫兹旋光效应的混油检测方法。
技术介绍
油品成分检测分析具有重要的经济和安全意义。对于石油企业的日常生产和炼化过程，油品成分的准确检测对于保证产品质量、监督生产过程能够起到关键的作用。在管道油品的运输过程中，更要对管道中运输的油品予以检测。为了提升运输的利用率与运输效率，国内外成品油管道运输通常使不同种类的成品油在同一管道中交替运输，即采用成品油顺序运输的方式，在运输过程中不同种类油品会因接触扩散形成混油段。如果无法对混油界面进行准确定位从而对混油段进行安全处理，不仅会造成成品油的资源浪费，导致经济损失，还可能引起管道污染甚至造成安全事故。太赫兹波因其光子能量低、穿透能力强、检测技术信噪比高等特点，应用于油品成分检测分析时，具有检测安全、抗杂质污染、检测精度高等优势。目前已有很多将太赫兹时域光谱技术应用于油品检测的实例。例如，FatemahM等人利用太赫兹时域光谱技术及傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)，对87#、89#、93#汽油及与其相关的苯、甲苯、乙苯、二甲苯等化合物的太赫兹频域的吸收系数、折射率、介电常数等进行了探讨；Enis等人对柴油和汽油的太赫兹频段的吸收系数谱、折射率谱进行了研究，并通过瞬态测量获得介电常数，从而对油料进行区分；Naftaly等人研究了汽车发动机润滑油加入添加剂及使用时间对太赫兹光谱的响应情况，研究发现加有添加剂的润滑油有更强烈的太赫兹波段响应。专利技术人在实现本专利技术的过程中，发现现有技术中至少存下以下缺点和不足：以往使用太赫兹进行油品检测时大多对吸收系数、折射率等指标进行测定。检测手段较为单一；油品在太赫兹波段的吸收系数、折射率图谱缺少吸收峰和折射率峰，检测效果有限；基于油品太赫兹旋光度的定量分析方法缺失。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于太赫兹旋光效应的混油检测方法，本专利技术拓展了油品的检测途径，有效提升油品太赫兹旋光偏振信息的提取效果，详见下文描述：一种基于太赫兹旋光效应的混油检测方法，所述混油检测方法包括以下步骤：发射天线发出的太赫兹波穿过待检测样品的比色皿、经过太赫兹偏振器，在接收天线上被接收；使用慢速步进精确扫描的方法测量太赫兹时域光谱；将太赫兹偏振器底座的楔形支架旋转至0°的初始位置，将接收天线与发射天线的偏振方向同向放置，选用太赫兹p偏振波透射样品；保存测试数据作为检测的参考信号；利用太赫兹偏振器，获得每种样品在太赫兹偏振器一系列角度下的时域波形；提取脉冲幅值，并进行正弦曲线拟合处理；提取每种样品正弦拟合曲线的相位，并由相位获得每种样品的旋光度。其中，所述混油检测方法还包括如下的检测光路：飞秒激光器发射飞秒脉冲，光路中的分束棱镜将脉冲分为激发脉冲与探测脉冲；激发脉冲打到发射天线上用来产生THz辐射；探测脉冲打到接收天线用来探测THz脉冲波形；发射天线和接收天线之间采用两片透镜对太赫兹波进行准直，整个检测均采用平行光路进行测量，两透镜之间为平行光路；平行光路中在比色皿后放置太赫兹偏振器。其中，所述使用慢速步进精确扫描的方法测量太赫兹时域光谱的步骤具体为：设置锁相放大器进行扫描，使其积分时间参数设置在30ms以上，每种样品和太赫兹偏振器角度的扫描都重复三次以上。其中，所述利用太赫兹偏振器，获得每种样品在太赫兹偏振器一系列角度下的时域波形的步骤具体为：每旋转5°进行一次脉冲扫描获得时域波形，记录旋转角度及检测数据；对每种样品重复三次测量，用以进行重复性误差分析保存测量数据。其中，所述提取脉冲幅值，并进行正弦曲线拟合处理的步骤具体为：在太赫兹时域波形脉冲峰值出现位置范围提取脉冲幅值数据，记录此时太赫兹偏振器的旋转角度；做出透射样品的脉冲幅值随太赫兹偏振器旋转角度变化的曲线；对参考信号以及各种样品信号进行测量和处理，对结果进行归一化并进行正弦拟合，获得不同样品的透射脉冲幅值随太赫兹偏振器旋转角度变化的正弦曲线。其中，所述提取每种样品正弦拟合曲线的相位，并由相位获得每种样品的旋光度的步骤具体为：旋光度与相位变化值呈线性关系，由相位变化值趋势即可准确反映样品油的旋光度变化趋势。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：1、相对于其他太赫兹油品检测方法，本方法依赖于太赫兹波段的检测对象的旋光效应进行旋光度检测，而与常见的吸收系数、折射率等参数和检测原理无关；2、根据不同种类油品中手性化合物浓度不同对太赫兹波的旋光性不同的原理，利用太赫兹波段偏振器旋转调制，对油品进行测量，并提取油品旋光度特性；3、测量光路为发射天线发出的太赫兹波先穿过待检测样品的比色皿，再经过太赫兹偏振器，最终在接收天线上被接收，以保证太赫兹波先受到油品样品的旋光效应影响，偏振性受到调制，再通过偏振器对太赫兹波的偏振性进行测量，原理更加合理；4、使用30ms以上的锁相积分时间的步进慢速扫描作为每一次测量的检测方式，有效提升油品太赫兹旋光偏振信息的提取效果。附图说明图1为一种基于太赫兹旋光效应的混油检测方法的流程图；图2为检测光路的结构示意图；图3为太赫兹p偏振光透射汽油和柴油后的实验数据与拟合曲线；图4为样品信号和参考信号的时域脉冲幅值曲线随偏振器旋转角度的变化示意图；图5为图3中part1的放大图；图6为混油样品引起的相位偏移量与样品中汽油含量的关系图；图7为测量的相位偏移量与样品旋光度的几何关系。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。本专利技术实施例利用太赫兹偏振器件对油品的旋光度进行检测，实现定量分析。旋光度是用于测量样品物质浓度、含量等的重要指标，被广泛应用于药检、食品、化工、石油等工业生产方面，因此使用太赫兹技术对油品旋光性的测量具有较强的实用意义。当线偏振光透射通过盛有旋光性化合物或溶液的旋光管后，偏振方向会被向左或向右旋转一定角度，此时偏振光无法完全通过与原偏振方向平行的检偏镜，当检偏镜也旋转相同的角度才能使线偏光完全通过。此时读取检偏器旋转的角度即为所检测旋光物质的旋光度。偏振光被旋光性物质旋转的角度，即旋光度记为θ，则有θ＝[α]cd其中，[α]为旋光率，也称比旋光度。该公式中c为被测溶液中旋光物质的浓度，d为光通过的被测液体或溶液的长度。油品中，由于所含的有机物分子种类不同，油品中的添加剂也不同，因此两种油品中所含手性分子的浓度不同，对线偏振太赫兹波的光学活性不同，即旋光性有差别。当两种油品以一定比例混合时，混合样品中手性分子浓度随两种油品的比例呈响应变化，从而导致混合油品的旋光度与混合油品比例相关呈相应规律变化。本专利技术实施例将根据此原理，利用检测光路对汽油和柴油的成品油样品及其混合溶液的旋光性进行检测，并利用其对太赫兹波旋光性的差异实现油品种类的识别检测。实施例1一种基于太赫兹旋光效应的混油检测方法，参见图1，该混油检测方法包括以下步骤：101：发射天线发出的太赫兹波穿过待检测样品的比色皿、经过太赫兹偏振器，在接收天线上被接收；102：使用慢速步进精确扫描的方法测量太赫兹时域光谱；103：将太赫兹偏振器底座的楔形支架旋转至0°的初始位置，将接收天线与发射天线的偏振方向同向放置，选用太赫兹p偏振波透射样品；保存测试数据作为检测的参考信号；104：利用太赫兹偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于太赫兹旋光效应的混油检测方法，其特征在于，所述混油检测方法包括以下步骤：发射天线发出的太赫兹波穿过待检测样品的比色皿、经过太赫兹偏振器，在接收天线上被接收；使用慢速步进精确扫描的方法测量太赫兹时域光谱；将太赫兹偏振器底座的楔形支架旋转至0°的初始位置，将接收天线与发射天线的偏振方向同向放置，选用太赫兹p偏振波透射样品；保存测试数据作为检测的参考信号；利用太赫兹偏振器，获得每种样品在太赫兹偏振器一系列角度下的时域波形；提取脉冲幅值，并进行正弦曲线拟合处理；提取每种样品正弦拟合曲线的相位，并由相位获得每种样品的旋光度。

【技术特征摘要】
1.一种基于太赫兹旋光效应的混油检测方法，其特征在于，所述混油检测方法包括以下步骤：发射天线发出的太赫兹波穿过待检测样品的比色皿、经过太赫兹偏振器，在接收天线上被接收；使用慢速步进精确扫描的方法测量太赫兹时域光谱；将太赫兹偏振器底座的楔形支架旋转至0°的初始位置，将接收天线与发射天线的偏振方向同向放置，选用太赫兹p偏振波透射样品；保存测试数据作为检测的参考信号；利用太赫兹偏振器，获得每种样品在太赫兹偏振器一系列角度下的时域波形；提取脉冲幅值，并进行正弦曲线拟合处理；提取每种样品正弦拟合曲线的相位，并由相位获得每种样品的旋光度。2.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹旋光效应的混油检测方法，其特征在于，所述混油检测方法还包括如下的检测光路：飞秒激光器发射飞秒脉冲，光路中的分束棱镜将脉冲分为激发脉冲与探测脉冲；激发脉冲打到发射天线上用来产生THz辐射；探测脉冲打到接收天线用来探测THz脉冲波形；发射天线和接收天线之间采用两片透镜对太赫兹波进行准直，整个检测均采用平行光路进行测量，两透镜之间为平行光路；平行光路中在比色皿后放置太赫兹偏振器。3.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹旋光效应的混油检测方法，其特征在于，所述使用慢速步进精确扫描的方法测量太...

【专利技术属性】
技术研发人员：周南，李健，李萍，闫骥，曾周末，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12