[发明专利]一种非透射固体表面上溶液液膜参数测量装置及方法

说明书

本发明提供一种基于多波长激光吸收光谱技术的非透射表面溶液液膜参数测量装置及方法，用于同步测量非透射表面溶液液膜的多项参数，其特征在于：包括激光发射单元、激光耦合单元、激光分离单元、光谱采集系统和计算机，激光发射单元发出的激光经过耦合，投射至待测溶液液膜上，在非透射固体表面和待测溶液液膜表面分别发生反射产生反射光，这两束反射光经激光分离单元分离，由光谱采集系统采集非透射固体表面反射光的光信号，并转换成电信号传输到计算机进行数据处理，通过反演即可确定液膜的各项参数。

技术领域

本发明涉及测量装置及测量方法，具体涉及一种非透射固体表面上溶液液膜多个参数同步测量的装置及方法，该装置及方法具有普适性。

背景技术

各种工业过程中，液滴撞击到固体表面形成液膜的现象广泛存在，如选择性催化还原(SCR)系统中汽车尾气排放管上尿素水溶液液膜的形成等。对液膜厚度等多个参数进行高精度的定量分析不仅能更好地揭示液膜形成、流动和蒸发这一极其复杂过程的物理本质，也对优化所涉及的各种工业过程具有非常重要的意义。

对于透射固体(如透明石英玻璃板)表面上的液膜，如图1a所示，激光直接穿过液膜和透射固体，通过在透射固体下方放置光谱采集系统获取透射光强信息可反演得到液膜各个参数；但是在实际工业过程中，液膜通常在非透射固体表面(如金属)上形成，如图1b所示，激光在穿过液膜后不能再穿过下方的非透射固体形成透射光，而是部分在溶液液膜表面发生反射形成液膜反射光，另一部分穿过溶液液膜在非透射固体表面发生反射形成非透射固体反射光，由于液膜反射光的干扰，无法直接探测穿过了溶液液膜的非透射固体反射光，因此透射固体表面上的液膜参数测定装置及方法不能直接应用于非透射固体。

发明内容

本发明的基本原理为，通过调整光路系统中激光分离单元的参数指标，实现液膜反射光与非透射固体反射光的有效分离；建立基于比尔-朗伯定律的多波数溶液液膜多参数反演模型，该模型能够基于不同参数的溶液液膜的激光吸收光谱，同时反演溶液液膜的待测参数(如厚度、温度与浓度)，根据所建立的多参数反演模型，分析非透射固体反射光的光强数据与溶液液膜各个待测参数的关系，计算得出各个待测参数的具体数值，从而实现非透射固体表面上液膜多个参数的高精度同步测量。

基于上述发明原理，本发明的技术方案是：

本发明提供一种非透射固体表面上溶液液膜参数测量装置，用于测量非透射固体表面上溶液液膜的参数，其特征在于，包括：

激光发射单元，由至少两个不同波数的激光光源组成，用于输出不同波数的激光光束；

激光耦合单元，设置在激光发射单元的激光光路上，用于将不同波数的激光光束耦合为一束并将其投射至溶液液膜上，该光束的一部分在溶液液膜表面发生反射形成液膜反射光，另一部分穿过溶液液膜，在非透射固体表面发生反射形成非透射固体反射光；

激光分离单元，设置在反射光的光路上，用于对液膜反射光和非透射固体反射光进行分离；

光谱采集系统，用于采集非透射固体反射光的光信号并将其转换成电信号；

计算机，用于接收电信号并对该电信号进行处理得到溶液液膜的各项参数。

进一步，本发明所提供的非透射固体表面上溶液液膜参数测量装置，还可以具有这样的特征：激光光源为半导体激光器；

进一步地，激光光源的个数为3个；

进一步地，激光分离单元为透镜，或透镜与柱镜的组合；

进一步地，光谱采集系统为光电探测器。

本发明还提供一种测量非透射固体表面上溶液液膜参数的方法，其特征在于，包括以下步骤：