[发明专利]输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及输气管道内颗粒与液滴分析技术，特别是关于一种输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置及方法。

背景技术

如医疗、环境、工业净化、食品、能源、电子及微生物等许多领域，都对气体中的粒子大小和浓度有严格的要求。例如，在高压天然气管道运输过程中，由于粉尘和液滴的存在，不但会引起管道的腐蚀，而且对增压设备的运行产生不良的影响，所以需要在天然气运输过程中设有净化装置，用来收集捕捉气体中的粉尘和液滴，以控制管道中两者的含量。同时就需要粒子测量技术来检测净化后气体中粉尘和液滴含量，用于提供净化装置的选型依据及净化装置的性能评价。

目前，国际著名公司(如：MetOne、Climet、PMS、LIGHTHOUSE、Malvern、Coulter、Palas、Horiba、清新公司和岛津公司等)的干式或湿式粒子计数器，大都是采用基于Mie理论的光散射法。该方法具有适应性广、粒径测量范围广、测量准确、精度高、重复性好和测量速度快等特点，同时还具备所需获知的被测颗粒及分散介质的物理参数量少，仪器的自动化和智能化程度高，可以实现在线测量的优点。

但这些粒子计数器也有不足之处，例如：

1)无法区分粒子类型实现分布统计计数。当测量粒子中同时含有颗粒和液滴时，却无法将两者得以区分，而将看为同种粒子进行测量，此时的测量结果就严重偏离实际情况。

2)无法反映粒子的形状特性。对于不规则形状的粒子测量，现有多数粒径谱仪都是给出具有相同散射光的标定粒子的粒径大小，而无法反应粒子的形状特性。

3)存在边缘测量误差。多数粒径谱仪或粒子计数器没有解决边缘测量误差的问题，没有筛选出穿过测量体的有效粒子，而是将通过测量体边缘的粒子也进行计数，这就导致了测量计数的误差。

4)不能实现测量结果的修正处理。根据测量原理可知，所测的粒子粒径大小是根据标定粒子的数据计算得出，而实际测量时被测粒子本身的折射率经常会出现与标定粒子折射率不同的情况，测量结果与实际情况有所偏离，因此需要对测量结果需要进一步修正。

5)使用环境条件有限。多数粒径谱仪由于其结构特点或采样系统的耐温耐压性，只能在常温常压下操作，无法在高温高压的工业环境中使用。

发明内容

本发明提供一种输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置及方法，以实现颗粒和液滴的分别计数和粒径分布统计，并进行数据的实时修正。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置，所述的在线检测装置包括：采样装置、光学装置、光电转换单元及数据处理装置；

所述采样装置包括：采样嘴、气溶胶导管、流量控制单元及过滤单元，所述气溶胶导管一端通过所述采样嘴连接输气管道，另一端通过管道依次连接所述流量控制单元、过滤单元；

所述气溶胶导管设置在所述光学装置中，所述的光学装置包括：光源、扩束准直与起偏装置、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第三聚焦透镜、分光装置、第一探测器、第一探测器组及第二探测器组；第一探测器组及第二探测器组可以分别由多个探测器组成。

所述光源发出的入射光进入所述扩束准直与起偏装置，然后经过所述第一聚焦透镜汇聚在交点处形成所述光学装置的敏感区，含有颗粒与液滴的气体经过所述气溶胶导管进入所述光学装置，当颗粒或液滴穿过所述敏感区时，所述入射光照射到所述颗粒或液滴上发生散射，-90°方向的散射光信号经过所述第二聚焦透镜进入所述第一探测器，0-180°方向中的某个角度或多个角度的散射光经过所述分光装置分为P光信号及S光信号，所述P光信号进入所述第一探测器组，所述S光信号进入所述第二探测器组；

所述光电转换单元连接所述第一探测器、第一探测器组及第二探测器组，用于将-90°方向的散射光信号、P光信号及S光信号分别转换为-90°方向电信号、P电信号及S电信号；

所述数据处理装置连接所述光电转换单元，用于根据P电信号及S电信号计算偏振度，根据所述偏振度区分出颗粒与液滴，给出粒子形状特性，并根据所述-90°方向电信号测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度。

一实施例中，所述采样装置还包括：真空泵，常压或负压状态下，所述过滤单元连接真空泵。

一实施例中，所述的光学装置还包括：

第一反射镜，用于将经过所述第二聚焦透镜的散射光信号反射到所述第一探测器。

一实施例中，所述的光学装置还包括：第一扩束与准直装置，设置在所述第一探测器之前，通过光纤连接所述第一探测器或者与所述第一探测器集成于一体。