一种颗粒检测传感器及恶劣工况下的颗粒检测方法技术

技术编号:36938014 阅读:11 留言:0更新日期:2023-03-22 18:59
本发明专利技术实施例公开了一种颗粒检测传感器及恶劣工况下的颗粒检测方法,涉及气溶胶检测与监测技术领域,能够提升对微纳颗粒的最小粒径的检测能力。本发明专利技术在光学检测系统中提供一个较窄的光学检测区域,使得气体中的颗粒能够以单个颗粒或者较小的粒子微团通过检测区域,能够提高系统的检测精度;且通过光路整形使得入射光以平行的方式射入检测区域,有效的避免了由于高温高压所产生的折射率的影响;另外,由于在检测区域通过添加曲面反射镜来扩大散射光的接收角度,增强所接收到的散射光强,提高输出信号的准确性,从而提升对微纳颗粒的最小粒径的检测能力。小粒径的检测能力。小粒径的检测能力。

【技术实现步骤摘要】
一种颗粒检测传感器及恶劣工况下的颗粒检测方法


[0001]本专利技术涉及气溶胶检测与监测
,尤其涉及一种颗粒检测传感器及恶劣工况下的颗粒检测方法。

技术介绍

[0002]目前在一些以煤为主要能源的化工工业生产过程中,工艺管线内气体常处于高温高压工况,温度和压力范围分别为100~1500℃和1~10MPa。例如煤气化联合循环(IGCC)和增压流化床燃烧联合循环(PFBC)这两种先进燃烧循环的过程中会产生温度400~950℃和压力2~3MPa的高温高压气体。这些工况中,由于存在高温裂解过程,所以高温高压气体中都会含有大量颗粒物杂质。一方面,它们跟随气体流动会冲刷管壁对其造成磨损,降低运输管道的使用年限,并且随着工艺管线中颗粒杂质的增多,颗粒会在管道内壁逐步沉积使管道的横截面积缩小,增大输送气体的阻力导致其运输效率下降。另一方面,颗粒的存在也会附着在燃气轮机的透平叶片表面,使得透平叶片磨损腐蚀,降低了电厂的经济效益。
[0003]为了控制高压高温气体中颗粒的含量,需在工艺管线中设置除尘净化系统。针对这些除尘设备的净化能力考量,则需要颗粒检测技术通过测量颗粒的粒径分布以及浓度等参数来计算它们的分离效率与分级效率。目前颗粒的检测方法种类很多,主要有天平震荡法、重量法、电容电感法、图像法以及光散射法。其中,基于光散射法的颗粒检测方案已被广泛应用,但目依然存在一些技术缺陷:
[0004]目前现役的光学粒子计数器采用普通光学透镜组和非耐温耐压的结构设计,所以其应用工况与领域会受到极大限制,广泛应用于常温常压工况的粉体制造和除尘设备设计领域。针对非常温常压工况下的颗粒检测需求,研究者们主要集中在高温常压和常温高压工况。需要改良其中的光学传感器使之具有良好的耐温耐压性能,以适应温度100~1500℃且压强1~10MPa的应用工况;并且,除过突破检测装置的耐温和耐压能力外,仍需解决工况参数的变化引起的光学粒子计数器检测性能波动问题;
[0005]现役光学粒子计数器的光学系统中的光束为高斯光束,表现出光能分布不均匀的特征,这就会导致颗粒的散射光信号所对应的电压信号无法满足有效信息筛选规定的标准特征,在测量中会产生颗粒的计数和粒径等参数测量误差,直接影响了光学传感器的检测精度。同时也就导致了,现役的光学粒子计数器也难以提升对微纳颗粒的最小粒径的检测能力。

技术实现思路

[0006]本专利技术的实施例提供一种颗粒检测传感器及恶劣工况下的颗粒检测方法,能够提升对微纳颗粒的最小粒径的检测能力。
[0007]为达到上述目的,本专利技术的实施例采用如下技术方案:
[0008]颗粒检测传感器包括:基体、入射光路系统和散射光路系统;
[0009]所述入射光路系统,用于接收光源(1)发出的光线,并射入所述散射光路系统;光
线经过所述散射光路系统最终射入接收器(13);所述基体内部开有通光通孔,所述通光通孔与入射的光路对齐,颗粒导管(8)固定于所述基体上;在所述基体上还设置有为信号输入口A和信号输出口B,信号输入口A处安装有第一光纤耦合器(16),第一光纤耦合器(16)连接光源(1),信号输出口B处安装有第二光纤耦合器(17),第二光纤耦合器(17)连接接收器(13)。信号输入口A、信号输出口B利用第一光纤耦合器(16)和第二光纤耦合器(17),将光源(1)和接收器(13)分别进行耦合。
[0010]通过所述颗粒检测传感器执行一种恶劣工况下的颗粒检测方法,包括:
[0011]将所述气体传输管道中的含有颗粒的气体输入颗粒导管(8);启动光源(1),之后通过接收器(13)接收颗粒导管(8)上开设有玻璃视窗透出的散射光,得到散射光信号,之后再将散射光信号转换为电压脉冲信号;根据所述电压脉冲信号的幅值和计数,测量颗粒粒径和颗粒个数。
[0012]本专利技术实施例提供的颗粒检测传感器及恶劣工况下的颗粒检测方法,在光学检测系统中提供一个较窄的光学检测区域,使得气体中的颗粒能够以单个颗粒或者较小的粒子微团通过检测区域,能够提高系统的检测精度;且通过光路整形使得入射光以平行的方式射入检测区域,有效的避免了由于高温高压所产生的折射率的影响;另外,由于在检测区域通过添加球面反射镜来扩大散射光的接收角度,增强所接收到的散射光强,提高输出信号的准确性,从而提升对微纳颗粒的最小粒径的检测能力。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案,下面将对实施例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获得其它的附图。
[0014]图1为本专利技术实施例提供的设计原理的示意图;
[0015]图2为本专利技术实施例提供的光学系统中体现的散射光路的结构图
[0016]图3为本专利技术实施例提供的颗粒导管横向截面图;
[0017]图4为本专利技术实施例提供的颗粒导管整体结构图,其中,(a)为支架固定式颗粒导管;(b)为法兰固定式颗粒导管;
[0018]图5为本专利技术实施例提供的颗粒光学检测传感器整体结构图;
[0019]图6为本专利技术实施例提供的传感器封装示意图,其中,(a)为颗粒物检测封装示意图,(b)为支架固定式颗粒导管安装示意图,(c)为颗粒物检监测封装示意图;
[0020]图7为颗粒导管的安装细节的示意图,其中,a为法兰固定式颗粒导管安装示意图,b为支架固定式颗粒导管安装示意图;
[0021]图8为本专利技术实施例提供的方法流程示意图;
[0022]光源(1)、光束整型器(2)、第一光阑(3)、汇聚透镜组(4)、第二光阑(5)、扩束透镜组(6)、多反射光路系统(7)、平面反射镜(7

1)、球面反射镜(7

2)、离轴抛物面镜(7

3)、颗粒导管(8)、光陷阱(9)、凸凹透镜组(10)、第三光阑(11)、散射光汇聚透镜组(12)、接收器(13)、金属管固定支架(14)、焊接法兰(15)、第一光纤耦合器(16)第二光纤耦合器(17)。
具体实施方式
[0023]为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。下文中将详细描述本专利技术的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本专利技术,而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解,除非特意声明,这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是,本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件,但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解,当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时,它可以直接连接或耦接到其他元件,或者也本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种颗粒检测传感器,其特征在于,包括:基体、入射光路系统和散射光路系统;所述入射光路系统,用于接收光源(1)发出的光线,并射入所述散射光路系统;光线经过所述散射光路系统最终射入接收器(13);所述基体内部开有通光通孔,所述通光通孔与入射的光路对齐,颗粒导管(8)固定于所述基体上;在所述基体上还设置有为信号输入口A和信号输出口B,信号输入口A处安装有第一光纤耦合器(16),第一光纤耦合器(16)连接光源(1),信号输出口B处安装有第二光纤耦合器(17),第二光纤耦合器(17)连接接收器(13)。信号输入口A、信号输出口B利用第一光纤耦合器(16)和第二光纤耦合器(17),将光源(1)和接收器(13)分别进行耦合。2.根据权利要求1所述的颗粒检测传感器,其特征在于,在颗粒导管(8)上开设有4个玻璃视窗,上下两个对称安装的玻璃视窗用于散射光的通过,左右两个对称安装的玻璃视窗用于入射光的通过,且所述上下两个对称安装的玻璃视窗的尺寸,大于左右两个对称安装的玻璃视窗。3.根据权利要求1所述的颗粒检测传感器,其特征在于,光源(1)发出的光线经光束整型器(2)后沿水平方向平行射入光学测量体,所述光学测量体包括:入射光与带有颗粒物的被测气体所重合的部分;被测试样输入颗粒导管(8),并通过颗粒导管(8)引入所述光学测量体内。4.根据权利要求1所述的颗粒检测传感器,其特征在于,第一光阑(3)位于汇聚透镜组(4)的物距x处,其中,汇聚透镜组(4)的焦距为f1,第一光阑(3)的孔径半径为D1且发散角为θ1,,折射后光的发散角为θ1',扩束透镜组(6)焦距为f2,扩束透镜组(6)之前的光线宽度为D2,且D2=2D2′
,D2'表示经扩束之后的光线宽度。5.根据权利要求1或4所述的颗粒检测传感器,其特征在于,光源(1)发出的光线的波长范围为780~1100nm。6.根据权利要求1所述的颗粒检测传感器,其特征在于,所述散射光路系统中的多反射光路系统(7)的组成部分,包括:两组平面反射镜(7

1)、球面反射镜(7

2)、两片离轴抛物面镜(7

3)和光陷阱(9),球面反射镜(7

2)和两片离轴抛物面镜(7

【专利技术属性】
技术研发人员:卢利锋李延波吴鑫刘龙龙陈丽君魏列江
申请(专利权)人:兰州理工大学
类型:发明
国别省市:

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