一种利用光声效应检测开放环境流体组分的方法技术

一种利用光声效应检测开放环境流体的技术方法。它是在受检样品现场区域设置独立或者开放光声池，并通过有线或者无线信道将采集到的信号传输到分析处理单元，对开放环境流体实现远程实时监测。使用本方法设计、安装的开放环境流体光声检测系统可以应用在油井井下液体组分监测，湖泊、河流水质环境监测，井下瓦斯气体监测，容器内液体、气体监测等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用光声效应检测开放环境流体的技术，属于光电和检测
，尤 其突出利用光声效应实现井下开放环境流体组分的实时检测的方法。
技术介绍
当物质受到光照射时，物质因吸收光能而受激发，然后通过非辐射消除激发的过程使吸收 的光能(全部或部分)转变为热。如果照射的光束经过周期性的强度调制或者采用脉冲光束 照射，则在物质内产生周期性的温度变化，使这部分物质及其邻近媒质热胀冷縮而产生应力 (或压力)的周期性变化，因而产生声信号，用声传感器(声换能器)可以接收这种光声信 号，并转换成电信号，通过对接收信号的分析，可以准确的分析出样品的组分和特性。现有的光声检测仪器一般采用光源、声光池、信号传输和分析单元封闭在一个壳体内的 技术结构，与环境的兼容性较差，无法实现开放环境的远程监测分析。
技术实现思路
本实用专利技术的目的提供一种可以在远程开放环境中实现对样品的光照产生光声效应， 通过远程信号采集、传输或者利用声波的传输特性近程信号采集，进而再对声波、电波信号 进行分析，准确、实时检测出开放环境流体组分、特性。本实用专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是在需要检测的样品区域设置电源和经 过调制的光源，实现对现场样品的照射，或者通过光纤将经过调制的光源引导到需要检测样 品的现场，实现对样品的光照射；在需要检测的样品区域设置光声池，在现场实现声波的采 集或者将现场环境虚拟成开放光声池；声传感器可以使用压电陶瓷、麦克风、驻极体、薄膜 传感器，也可以采用光纤、光纤光栅传感器；传输可以用光纤、波导管、同轴电缆传输信号; 采用无线传输方案时，可以利用环境介质(如井下、河流的液体介质)或者管道、管壁(如 油井的油管、套管，水井的水管)；处理分析单元通过对接收到的波形、频谱信号进行分析、 比对得出现场被测样品的组分，如石油、液化气的准确含量。本专利技术的优点和积极效果是采用本专利技术的技术方法制作、安装的检测系统可以实现远 程和特殊环境条件下液体、气体样品的实时监测，可以应用在油气、水井的井下，河流、湖 泊，化学反应釜、罐等环境条件下的样品检测、监测。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。 图1是光纤传光光声检测系统结构图。图2是无线井下光声检测系统结构图。图3是独立光声池结构图。图4是油气井井下开放光声池结构图。图中，①是光源单元，可以包括光源、强度调制、频率调制等装置，光源可以是激光或 者普通光，连续光或者脉冲光；②是光传输单元， 一般采用光纤；③是光声池，可以是独立 光声池或者是利用现场环境的开放光声池；④是信号传输单元，当选用光纤或者光纤光栅做 声传感器时优选光纤传输结构，当选择声电转换传感器时优选同轴电缆传输结构，当选用声 拾取扩大传感器时优选波导管或者利用管道、样品介质做传输信道；⑤是分析处理单元，可 以包括示波、解调、分析处理、计算机等装置，对接收到的信号进行分析处理、存储等；⑥ 是声传感器(声换能器)，当釆用声波导传输时，可以选用扩音器等声拾取、放大器件；⑦ 是受测样品；⑧是光窗；⑨是与外界导通的进出样品口；⑩是油管；O是套管。 具体实施例方式在图1中，①是光源单元，可以包括光源、强度调制、频率调制等装置，光源可以是激 光或者普通光，连续光或者脉冲光；其作用是为激发样品产生所需要的频谱、波形的光声效 应提供能量光源。②是光传输光纤，其作用是把光传输到样品检测区域，实现在现场对样品 的照射。③是光声池，可以是独立光声池或者是利用现场环境的开放光声池；其作用是使受 测样品产生光声效应，利用声传感器(换能器、扩音器)拾取声波。④是信号传输单元，其 作用是将传感器拾取的信号传输给分析处理单元，当采用光纤、光纤光栅作传感器时，优选 利用光传输光纤或者做传输线路，当采用声拾取、扩音器作传感器时，优选光缆金属护套作 波导传输线路。⑤是分析处理单元，负责对反映样品特性、组分的声波、电波进行分析处理 和存储。在图2中，光源单元①增加了供电模块，被安置在样品检测现场通过光声池对样品进行 照射，光声池③拾取信号，信号传输单元④采用有线或者无线信道负责信号传输，分析处理 单元⑤对反映样品特性、组分的声波、电波进行分析处理和存储。实施例1光源单元①将一束经过强度调制的激光馈送入光传输光纤②，光传输光纤②把照射光传 输到现场，并通过如图3所示的光声池光窗⑧对样品进行照射，光线光栅传感器负责接收声波，并通过光纤把信号传输到分析处理单元⑤，解调模块解调后由计算机进行分析处理和存 储，实现远程实时样品特性、组分监测分析。 实施例2在图4-l中，光源单元①增加了供电模块，被安置在样品检测现场直接对样品进行照射， 安置在现场的声传感器与现场环境构成开放光声池，以有线信道或者利用管壁做波导管将信 号传输给分析处理单元⑤。在图4-2中，光源单元①增加了供电模块，被安置在样品检测现 场直接对样品进行照射，现场产生的声波通过介质⑦、管壁⑩、O传输到安装在井口附近的 声传感器⑥，声传感器⑥负责声波拾取、声电信号转换，并通过传输信道把信号传输给分析 处理单元⑤进行分析处理。在图4-3中，光源单元①、声传感器(D安装在油管⑩内壁，利用 油管做波导；也可以将光源单元①安装在油管⑩内壁，声传感器⑥安装在油管⑩外壁，或者 将声传感器⑥安装在油管⑩内壁，光源单元①安装在油管⑩外壁。如果根据上述方法在多个受检区域设置光声池，可以实现多监测点样品的实时远程监测。权利要求1.一种利用光声效应检测开放环境流体的技术方法，主要包括光源单元、光传输单元、光声池、信号传输单元、分析处理单元，构成远程开放环境流体光声检测系统，其特征是在受测样品开放现场进行光照射，通过传输信道采集受测样品特性、组分信号。2. 根据权利要求1所述的利用光声效应检测开放环境流体的技术方法，其特征是采用将光源 单元独立安装在受测样品现场，实现远程现场照射。3. 根据权利要求1所述的利用光声效应检测开放环境流体的技术方法，其特征是采用光纤传 输方式将光源单元发射的光传输到受测样品现场，实现远程现场照射。4. 根据权利要求l、 2、 3所述的利用光声效应检测开放环境流体的技术方法，其特征是光声 池安装在受测样品现场，通过传输信道实现远程信号采集。5. 根据权利要求l、 2、 3所述的利用光声效应检测开放环境流体的技术方法，其特征是将独 立的声传感器安装在受测样品现场，与光源、现场环境组成开放光声池，实现远程信号采集。全文摘要一种利用光声效应检测开放环境流体的技术方法。它是在受检样品现场区域设置独立或者开放光声池，并通过有线或者无线信道将采集到的信号传输到分析处理单元，对开放环境流体实现远程实时监测。使用本方法设计、安装的开放环境流体光声检测系统可以应用在油井井下液体组分监测，湖泊、河流水质环境监测，井下瓦斯气体监测，容器内液体、气体监测等。文档编号G01N29/00GK101676710SQ20081016100公开日2010年3月24日 申请日期2008年9月16日 优先权日2008年9月16日专利技术者强 张, 毅 赵 申请人:毅 赵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用光声效应检测开放环境流体的技术方法，主要包括光源单元、光传输单元、光声池、信号传输单元、分析处理单元，构成远程开放环境流体光声检测系统，其特征是：在受测样品开放现场进行光照射，通过传输信道采集受测样品特性、组分信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵毅，张强，
申请(专利权)人：赵毅，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]