本实用新型专利技术公开了一种液体浓度光电在线检测传感器。它具有传感头座、连接盘、散热后盖，传感头座与连接盘之间设有石棉绝热环，连接盘通过连接环与散热后盖固定。在连接盘上设有照明光筒和探测光筒，照明光筒和探测光筒置于传感头座内。照明光筒内设有光源ＬＥＤ，转象镜组Ｌ１和Ｌ２，反射镜Ｍ，光路经反射转折并经设在传感头端部的测量棱镜反射后，经探测光筒内的转象光纤，成象镜组Ｌ３和Ｌ４至ＣＣＤ接收器。本实用新型专利技术无时间滞后，实时性强，稳定，重复性好，可靠性高。（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术涉及检测传感器，尤其涉及液体浓度光电在线检测传感器。用于液体浓度检测的机械扫描式折光仪，由光源发出的光线经过透镜聚焦于测量棱镜与被测液体的交界面上，刻有阿基米德螺线狭缝的扫描器置于两个透镜之间的平行光束中间，每隔壹分钟微机发出三相脉冲波驱动步进电机并由此带动扫描器旋转数圈，因此平行光速穿过扫描器的狭缝周期性地扫描到棱镜面上，然后经棱镜反射到硅光电池上，光电池的输出经放大并整形后输出为脉冲信号。扫描光线的扫描方向为从最大入射角向最小入射角往复扫描，当扫描光线的入射角大于全反射临界角时对应于光电池输出高电平，当扫描光线入射角小于全反射临界角时对应于光电池输出低电平，该明暗交界线位置取决于全反射临界的大小，因此光电池输出脉冲宽度与液体折射率具有对应关系，由此可进而求出被测液体的折射率以致其浓度。其缺陷为①每分钟只能测量一次，无法连续监视和测量；②通过扫描产生脉冲，由脉宽计算浓度，一方面脉冲周期累积误差影响测量精度，另一方而至少存在一个扫描周期的时间滞后，实时性差，尤其作为在线应用更为欠缺；③扫描器机械传动，稳定性差，可靠度低；④在制浆造纸黑液浓度测量中只能测稀黑液，浓黑液易在其测量棱镜表面结垢而无法应用；⑤光电池输出信号需经放大和整形后才能形成脉冲信号，在此模拟信号处理过程中易产生信号波动和脉宽失真，导致测量不准，且抗干扰能力差，传输精度低。本技术的目的是提供一种液体浓度光电在线检测传感器。为了达到上述目的本技术采取下列措施，它具有传感头座、连接盘、散热后盖，传感头座与连接盘之间设有石棉绝热环，连接盘通过连接环与散热后盖固定。在连接盘上设有照明光筒和探测光筒，照明光筒和探测光筒置于传感头座内。照明光筒内设有光源LED，转象镜组L1和L2，反射镜M，光路经反射镜转折并经设在传感头座端部的测量棱镜反射后，经过探光筒内的转象光纤，成象镜组L3和L4至CCD接收器。本技术的优点为①由于采用电荷耦合器件CCD阵列作为光电探测器来接收从测量棱镜反射的光光图象，把常规的反射能量强度信号检测改为光强分布图象的探测与分析，由此以高低电平脉冲数的分布来确定液体浓度值，避免了通常探测和放大能量强度信号时的漂移及数据采集误差导致测量精度降低的缺陷，具有极强的抗干扰能力，实现了真抑射率的测量(而不是反射光的测量)；②为消除测量棱镜的色散作用，采用高度发光二级管(LED)作为单色照明光源；③CCD可以工作在连续采样状态，故可实现液体浓度的连续性监测，几乎无时间滞和，实时性很强，完全适于在线应用；④不需机械扫描，CCD输出的二值化数字脉冲分布只取决于反射光斑亮暗分布，而光学系统的成象关系是恒定不变的，只与被测液体的折射率有关，故非常稳定，重复性好，可靠性高；⑤传感器头座尖部外形设计成斜面结构，测量棱镜平齐安装于斜面上，应用于如制浆纸黑液浓度的在线测量时，黑液在流动的同时对该测量棱镜表面具有较强的“冲刷”作用，减小镜面结垢几率，使测量棱镜能长久地保持清洁状态，从而仪表能长期地具有较高的测量精度；⑥在传感器安装上，设计半圆形截面的法兰盘(一半为传感器的一部分，另一半为安装管座焊于测量管道上)，外加同心圆紧固环，达到快速装卸的目的，使于清洗和维护；⑦在传感器电子线路腔中安置了干燥盒，加上外壳的散热设计(不要冷却水)，充分减小液体温度和环境湿度对测量的影响，确保光学系统和CCD探测器都能准确而可靠地工作。以下结合附图作详细说明。附图是液体浓度光电在线检测传感器结构示意图。整个传感器由光学系统、机械结构和光电探测器CCD阵列等组成。光学系统实现了光学全反射条件并产生反射光学图象，由电荷耦合器件CCD阵列接收反射光斑获得浓度检测信息，机械结构则起了支撑、定位和保护作用。机械结构包括传感头座(3)、连接盘(9)和散热后盖(12)等几个主要部件。其中安装环(5)将传感器与安装管座(4)快速连接在一起，组成快速装卸结构，安装管座(4)密封固定在测量管上；具有绝热特性的石棉隔热环(8)使传感头座尖部(插入被测液体中)的热量不致传导至由连接盘(9)和散热后盖(12)组成的电子线路腔中，保证其中的探测器可靠工作；连接环(10)则起到了固定连接盘(9)和散热后盖(12)的作用；由大螺钉(13)固定于散热后盖(12)上的干燥盒(11)主要是为了使电子线路腔保持干燥，确保探测器正常工作。照明光筒(2)用于安装照明光路中各元件，包括光源LED(7)、转象镜组L1(6)和L2(21)以及反射镜M(1)。M(1)是为了传感器结构布局需要用于转折光路而设置的，L1(6)和L2(21)均为双胶合透镜，其将单色光源LED(7)转换成二次光源于测量棱镜(22)与M(1)之间，并以一定的入射角范围照明测量棱镜(22)，且该入射角范围直接决定了仪器的浓度测量动态范围。从测量棱镜(22)反射的具有亮暗分布的光斑直接耦合进入转象光纤(20)并传导到输出端，由于CCD接收器(14)光敏元前有平行平板保护玻璃，故光纤(20)输出图象无法直接耦合列CCD(14)象元，必须再由成象镜组L3(16)和L4(15)将输出图象精确地成象在CCD(14)接收元面上，实现光电转换。成象镜组L3(16)和L4(15)也均为双胶合透镜，且与光纤(20)一起安装于探测光筒(18)中。作为光电探测器的电荷耦合器件CCD阵列(14)在接收反射光学图象后输出一系列二值化数字脉冲信号，开由电子插件(17)通过电缆传输到二次仪表，根据高低电平脉冲数的分布来计算被测液体的折射率，再由折射率与浓度的关系得到所需浓度值。考虑到在有些情况下，液体的光学折射率与浓度的关系受温度变化的影响而存在温度系数，故系统中在传感头座内设计了灵敏的温度在线探测器(19)，与通过其输出信号的电子插件(17)相接。输出信号传输到二次仪表，由此对测量结果实施温度补偿。本传感器的测量原理为液体的光学折射率是其基本物理性质之一，而光学折射率与物质密度有关，如百分比浓度、锤度、波美度、比重等与折射率之间都具有相应的函数关系。如对于一个特定的造纸厂和制浆蒸煮工艺，其黑液的浓度与其光学折射率之间成线性关系。因此，通过液体光学折射率的测试即可达到检测液体浓度的目的。根据光学反射与折射原理，当光线的光密介质(折射率为np)射入光疏介质(折射率为n)时，如果其入射角大于全反射临界角θc，则发生光学全反射现象，且θc=arcsinnnp]]>在流体浓度光电在线检测传感器设计中，采用高折射率的白宝石材料的棱镜作为光密介质(np＝1.7569)，光疏介质即为被测液体(n)。由于np恒定不变，n随流体浓度而变化，故θc也随之变化；又由于入射界面的光速中既有入射角大于θc的光线，其在测量棱镜与液体交界面上全反射后形成亮斑区，又有入射角小于θc的光线，其部分反射后形成暗斑区，两者的分界线对应于入射角等于θc的光线。因此，当被测流体浓度变化引起θc变化时将导致反射光斑亮暗分布的变化，且其分界线位置与液体折射率一一对应。只要测出该分界线的位置即可知被测液体的折射率，于是便可进而计算出该被测液体的浓度。权利要求1.一种液体浓度光电在线检测传感器，其特征在于它具有传感头座(3)、连接盘(9)、散热后盖(12)，传感本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种液体浓度光电在线检测传感器，其特征在于它具有传感头座（３）、连接盘（９）、散热后盖（１２），传感头座与连接盘之间设有石棉绝热环（８），连接盘通过连接环（１０）与散热后盖固定，在连接盘上设有照明光筒（２）和探测光筒（１８），照明光筒和探测光筒置于传感头座内，照明光筒内设有光源ＬＥＤ（７），转象镜组Ｌ↓［１］（６）和Ｌ↓［２］（２１），反射镜Ｍ（１），光路经反射镜转折并经设在传感头座端部的测量棱镜（２０）反射后，经探测光筒内的转象光纤（２０），成象镜组Ｌ↓［３］（１６）和Ｌ↓［４］（１５），至ＣＣＤ接收器（１４）。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐海松，孙优贤，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：33[中国|浙江]
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