基于气体折射率比较技术的原油挥发气检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于气体折射率比较技术的原油挥发气检测方法，其特征在于基于如下所述的检测系统，该系统包括：折射率检测单元、温度检测单元、湿度检测单元、外部探头以及计算单元；所述的外部探头包括：无源的光纤气室、无源干涉探头以及光纤光栅；检测过程如下：‑获取温度、湿度、压力及空气中CO

【技术实现步骤摘要】
基于气体折射率比较技术的原油挥发气检测方法
本专利技术涉及基于气体折射率比较技术的原油挥发气检测方法。涉及专利分类号：G物理G01测量；测试G01N借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料G01N21/00利用光学手段，即利用红外光、可见光或紫外光来测试或分析材料G01N21/17入射光根据所测试的材料性质而改变的系统G01N21/25颜色；光谱性质，即比较材料对两个或多个不同波长或波段的光的影响G01N21/31测试材料在特定元素或分子的特征波长下的相对效应，例如原子吸收光谱术。
技术介绍
现有技术中，由光源发出的散射光经聚光镜聚焦的光束到达平面镜，其中一部分光束通过平面镜反射，经气室的空气到达折光棱镜，折光棱镜将其折射回另一侧的空气室后回到平面镜并折射到后表面的反射膜上，通过反射膜反射到棱镜后经偏折进入望远镜系统。另一部分光束折射入平面镜后，在其后表面反射膜反射，穿过气室的甲烷经折光棱镜反射又回经甲烷室到平面镜，经平面镜的反射后与上述部分光束一同进入反射棱镜，经偏折进入望远镜系统。由于光程差的结果，在物镜的焦平面上产生干涉条纹，通过目镜既能观察到干涉条纹。当甲烷室与空气室都充满相同的气体时，干涉条纹位置不移动，但当甲烷抽进甲烷室，由于光束通过的介质发生改变，干涉条纹相对原位置移动一段距离。测量这个位移量，便可知甲烷在空气中的含量。传统的可见光源和开放式的光路结构使得光干涉式甲烷检定器的检测精度和应用范围严重受限。
技术实现思路
本专利技术针对以上技术问题，提出的一种基于气体折射率比较技术的原油挥发气检测方法，基于如下所述的检测系统，该系统包括：折射率检测单元、温度检测单元、湿度检测单元、外部探头以及计算单元；所述的外部探头包括:无源的光纤气室、无源干涉探头以及光纤光栅；检测过程如下：—获取温度、湿度、压力及空气中CO2的含量；—根据Edlen公式，计算空气折射率是温度、湿度、压力及空气中CO2含量的函数，针对这四个参数进行修正，最终得到当前原油挥发气体浓度数值，完成检测。作为优选的实施方式，激光通过环形器进入中心波长为1550nm的光纤光栅，光栅返回来的光进入环形器到达光电探测端PD，PD将反射光转化为电流，通过对PD电流值的分析计算得出光栅中心波长的变化量。进而测量出光栅所处位置的温度。作为优选的实施方式，所述的激光光源包括：通过光纤照射无源光纤气室的第一激光器以及通过耦合器分别照射干涉光路和光纤光栅温度传感器的第二激光器。更进一步的，光纤光栅温度传感器包括光纤环形器、光电接收器，数据处理模块；所述的第二激光器发射的激光通过所述的光纤环形器进入光纤光栅，光栅返回光进入环形器进入光电接收器转化为电流，通过对电流值的分析计算得出光栅中心波长的变化量，进而测量出光栅所处位置的温度。更进一步的，待检测的气体浓度计算方法如下：定义：修正后浓度P1、当前温度T、当前湿度Q、未修正浓度P、基准温度T0、基准湿度Q0；系统使用前进行初始化，初始化期间记录基准温度和基准湿度。浓度修正算法如下：P1＝(Q-Q0)*A+(T-T0)*B+PA为湿度修正因数，B为温度修正因数，AB参数在初始化过程中进行设置。更进一步，所述的探头还包括：光纤分路器，外部入射光源经由该光纤分路器1，分为至少2束，进入气体检测回路和参考回路；所述的检测回路，至少包括发射准直器、接收准直器、以及位于两准直器之间的开放型气体检测区域；所述的参考回路，至少包括发射准直器、接收准直器、以及位于所述发射准直器和接收准直器之间的开放型参考区域。更进一步的，所述的检测回路中还具有回路光纤分路器，将输入的光纤分为检测光纤和对照光纤；所述的检测光纤与一发射准直器连接，发射准直器照射所述的开放型气体检测区域，由一接收准直器接收后，由一接收光纤传到至检测回路的末端光纤分路器；所述的回路光纤分路器通过对照光纤与所述的末端光纤分路器连接。更进一步的，所述的参考回路中还具有回路光纤分路器，将输入的光纤分为参考光纤和对照光纤；所述的参考光纤与一发射准直器连接，发射准直器照射所述的开放型参考区域，由一接收准直器接收后经光纤传递至参考回路的末端光纤分路器。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术干涉光路示意图图2为本专利技术光强变化数据示意图图3为本专利技术系统光学结构示意图图4为本专利技术光栅测温原理示意图图5为本专利技术探头的结构原理图图6为本专利技术探头的结构示意图具体实施方式为了使本专利技术的专利技术目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本专利技术进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本专利技术，并非为了限定本专利技术。在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。如图1-3所示:一种基于气体折射率比较技术的原油挥发气检测方法，主要包括：折射率检测系统、温度检测系统、湿度检测系统。折射率检测系统：两列波在同一介质中传播发生重叠时，重叠范围内介质的质点同时受到两个波的作用。若波的振幅不大，此时重叠范围内介质质点的振动位移等于各别波动所造成位移的矢量和，这称为波的叠加原理。若两波的波峰(或波谷)同时抵达同一地点，称两波在该点同相，干涉波会产生最大的振幅，称为相长干涉；若两波之一的波峰与另一波的波谷同时抵达同一地点，称两波在该点反相，干涉波会产生最小的振幅，称为相消干涉。理论上，两列无限长的单色波的叠加总是能产生干涉，但实际物理模型中产生的波列不可能是无限长的，并从波产生的微观机理来看，波的振幅和相位都存在有随机涨落，从而现实中不存在严格意义的单色波。例如太阳所发出的光波来源于光球层的电子与氢原子的相互作用，每一次作用的时间都在10秒的量级，则对于两次发生时间间隔较远所产生的波列而言，它们无法彼此发生干涉。基于这个原因，可以认为太阳是由很多互不相干的点光源组成的扩展光源。从而，太阳光具有非常宽的频域，其振幅和相位都存在着快速的随机涨落，通常的物理仪器无法跟踪探测到变化如此之快的涨落，因而无法通过太阳光观测到光波的干涉。类似地，对于来自不同光源的两列光波，如果这两列波的振幅和相位涨落都是彼此不相关的，称这两列波不具有相干性。相反，如果两列光波来自同一点光源，则这两列波的涨落一般是彼此相关的，此时这两列波是完全相干的。光波产生干涉现象需要满足3个条件：两列波的频率相同、振动方向相同以及有固定的相位差。只有满足了这3个条件的两束光称这两束光为相干光。假设有两个相干光波S1和S2在P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于气体折射率比较技术的原油挥发气检测方法，其特征在于基于如下所述的检测系统，该系统包括：/n折射率检测单元、温度检测单元、湿度检测单元、外部探头以及计算单元；/n所述的外部探头包括：/n无源的光纤气室、无源干涉探头以及光纤光栅；/n检测过程如下：/n-获取温度、湿度、压力及空气中CO

【技术特征摘要】
20190912 CN 20191086855841.一种基于气体折射率比较技术的原油挥发气检测方法，其特征在于基于如下所述的检测系统，该系统包括：
折射率检测单元、温度检测单元、湿度检测单元、外部探头以及计算单元；
所述的外部探头包括：
无源的光纤气室、无源干涉探头以及光纤光栅；
检测过程如下：
-获取温度、湿度、压力及空气中CO2的含量；
-根据Edlen公式，计算空气折射率是温度、湿度、压力及空气中CO2含量的函数，针对这四个参数进行修正，最终得到当前原油挥发气体浓度数值，完成检测。


2.根据权利要求1所述的基于气体折射率比较技术的原油挥发气检测方法，其特征在于：
激光通过环形器进入中心波长为1550nm的光纤光栅，光栅返回来的光进入环形器到达光电探测端PD，PD将反射光转化为电流，通过对PD电流值的分析计算得出光栅中心波长的变化量，进而测量出光栅所处位置的温度。


3.根据权利要求1所述的基于气体折射率比较技术的原油挥发气检测方法，其特征还在于：
所述的激光光源包括：通过光纤照射无源光纤气室的第一激光器以及通过耦合器分别照射干涉光路和光纤光栅温度传感器的第二激光器。


4.根据权利要求3所述的基于气体折射率比较技术的原油挥发气检测方法，其特征还在于光纤光栅温度传感器包括光纤环形器、光电接收器，数据处理模块；
所述的第二激光器发射的激光通过所述的光纤环形器进入光纤光栅，光栅返回光进入环形器进入光电接收器转化为电流，通过对电流值的分析计算得出光栅中心波长的变化量，进而测量出光栅所处位置的温度。


5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨炳雄，丁克勤，李雷，陈光，张继旺，
申请(专利权)人：大连市艾科微波光电子工程研究有限公司，南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21