光纖油水分界面的檢測裝置及檢測方法
【專利摘要】光纖油水分界面的檢測裝置，包括窄線寬激光光源、環(huán)形器、成端尾纖、長度標尺、光電探測器和信號處理與顯示模塊；窄線寬激光光源通過環(huán)形器與成端尾纖連接，成端尾纖的自由端與長度標尺并排設置，環(huán)形器的第三端口經(jīng)光電探測器同信號處理與顯示模塊相連。利用前述檢測裝置的檢測方法：1）測量前，利用成端光纖的自由端尾端面測量并記錄裝置在空氣中的功率測量值；2）將并排設置的成端光纖和長度標尺一起，垂直于液面浸入待測油水混合液體中，功率值變化時，記錄反射功率和長度標尺讀數(shù)；3）將成端光纖和長度標尺進一步浸入，功率值再次變化時，記錄反射功率和長度標尺讀數(shù)；4）計算步驟2）、3）中長度標尺讀數(shù)的差值為油層厚度。
【專利說明】光纖油水分界面的檢測裝置及檢測方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及混合液體分界面的檢測，具體地指一種光纖油水分界面的檢測裝置及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]油水分離廣泛應用于石油化工、船舶及環(huán)保行業(yè)等，目前應用較多的方式是利用油水密度差分層進行油水分離，該過程中，油水分界面的準確測定是難點所在?，F(xiàn)有油水分界面測定技術(shù)常用的有電容式、電極式、浮球式、超聲波探測及油份檢測等方法，這些方法實施時都存在某些缺陷，例如:在一些有防爆要求的現(xiàn)場，通電檢測的電容、電極式方法不滿足防爆要求；超聲波探測及油份檢測方法受環(huán)境溫度變化的影響，檢測結(jié)果偏差較大，且該類檢測方法使用的儀器復雜，投入及使用成本較高；浮球式檢測方法由于浮球縱向尺寸較大，較難精確定位油水分界面具體位置，尤其是當油水分界面位于容器底部低位時，甚至無法實施測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種光纖油水分界面的檢測裝置及檢測方法，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，投入和使用成本低；整個裝置及方法的實施能夠滿足防爆要求，環(huán)境溫度和分界面位置對檢測結(jié)果的影響小。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種光纖油水分界面的檢測裝置，包括窄線寬激光光源、環(huán)形器、成端尾纖、長度標尺、光電探測器和信號處理與顯示模塊；所述窄線寬激光光源通過環(huán)形器與成端尾纖連接，成端尾纖的自由端與所述長度標尺并排設置，所述環(huán)形器的第三端口經(jīng)光電探測器同信號處理與顯示模塊相連；
[0005]窄線寬激光光源發(fā)出連續(xù)光功率信號，經(jīng)環(huán)形器進入成端尾纖，在成端尾纖的自由端尾端面發(fā)生反射，反射光經(jīng)環(huán)形器進入光電探測器，最后輸入信號處理與顯示模塊，用于功率檢測。
[0006]上述技術(shù)方案中，所述裝置還設有參考光路，所述參考光路包括光分路器，所述窄線寬激光光源與光分路器的輸入端連接，光分路器的一個輸出端通過環(huán)形器與成端尾纖連接、另一個輸出端經(jīng)光電探測器同所述信號處理與顯示模塊相連；
[0007]窄線寬激光光源發(fā)出連續(xù)光功率信號，一路經(jīng)光分路器進入環(huán)形器，另一路經(jīng)光分路器進入光電探測器，最后輸入信號處理與顯示模塊，用于差分處理以提高檢測精度。
[0008]進一步地，所述光分路器為雙路功率分配器，分光比為50:50。
[0009]上述技術(shù)方案中，所述成端尾纖的自由端尾端面為與其軸線垂直的平整端面，并與長度標尺的一端面平齊。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述成端尾纖為G.652光纖。
[0011]本發(fā)明提供的一種光纖油水分界面的檢測方法，利用前述檢測裝置，包括如下步驟:[0012]I)測量前，利用清潔的成端光纖的自由端尾端面，測量并記錄裝置在空氣中的功率測量值Ptl ;
[0013]2)將并排設置的成端光纖和長度標尺一起，垂直于液面浸入待測油水混合液體中，當測得的功率值變化時，表示成端光纖與油面接觸，記錄此時的反射功率，并讀出長度標尺的讀數(shù)，即為油層起始位置；
[0014]3)將并排設置的成端光纖和長度標尺一起進一步浸入，當測得的功率值再次變化時，表示成端光纖與水面接觸，記錄此時的反射功率，并讀出長度標尺的讀數(shù)，即為水層起始位置；
[0015]4)計算步驟2)和步驟3)中長度標尺讀數(shù)的差值，即為油水混合液中油層的厚度。
[0016]上述技術(shù)方案的所述步驟4)還包括計算液體介質(zhì)折射率Iij的操作:已知成端光纖(4)的纖芯折射率Ii1，入射光功率為Pi,反射光功率為匕，則
【權(quán)利要求】
1.一種光纖油水分界面的檢測裝置，其特征在于:包括窄線寬激光光源(1)、環(huán)形器(3)、成端尾纖(4)、長度標尺(5)、光電探測器和信號處理與顯示模塊(7);所述窄線寬激光光源(I)通過環(huán)形器(3 )與成端尾纖(4 )連接，成端尾纖(4 )的自由端與所述長度標尺(5 )并排設置，所述環(huán)形器(3)的第三端口經(jīng)光電探測器同信號處理與顯示模塊(7)相連； 窄線寬激光光源(I)發(fā)出連續(xù)光功率信號，經(jīng)環(huán)形器(3 )進入成端尾纖(4 )，在成端尾纖(4)的自由端尾端面發(fā)生反射，反射光經(jīng)環(huán)形器(3)進入光電探測器，最后輸入信號處理與顯示模塊(7)，用于功率檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖油水分界面的檢測裝置，其特征在于:還設有參考光路，所述參考光路包括光分路器(2)，所述窄線寬激光光源(I)與光分路器(2)的輸入端連接，光分路器(2)的一個輸出端通過環(huán)形器(3)與成端尾纖(4)連接、另一個輸出端經(jīng)光電探測器同所述信號處理與顯示模塊(7)相連； 窄線寬激光光源(1)發(fā)出連續(xù)光功率信號，一路經(jīng)光分路器(2)進入環(huán)形器(3)，另一路經(jīng)光分路器(2)進入光電探測器，最后輸入信號處理與顯示模塊(7)，用于差分處理以提高檢測精度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖油水分界面的檢測裝置，其特征在于:所述光分路器(2)為雙路功率分配器，分光比為50:50。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖油水分界面的檢測裝置，其特征在于:所述成端尾纖(4)的自由端尾端面為與其軸線垂直的平整端面，并與長度標尺(5)的一端面平齊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖油水分界面的檢測裝置，其特征在于:所述成端尾纖(4)為G.652光纖。
6.一種利用權(quán)利要求1所述檢測裝置的檢測方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)測量前，利用清潔的成端光纖(4)的自由端尾端面，測量并記錄裝置在空氣中的功率測量值P0 ； 2)將并排設置的成端光纖(4)和長度標尺(5)一起，垂直于液面浸入待測油水混合液體中，當測得的功率值變化時，表示成端光纖(4)與油面接觸，記錄此時的反射功率，并讀出長度標尺(5)的讀數(shù)，即為油層起始位置； 3)將并排設置的成端光纖(4)和長度標尺(5)一起進一步浸入，當測得的功率值再次變化時，表示成端光纖(4)與水面接觸，記錄此時的反射功率，并讀出長度標尺(5)的讀數(shù)，即為水層起始位置； 4)計算步驟2)和步驟3)中長度標尺(5)讀數(shù)的差值，即為油水混合液中油層的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢測方法，其特征在于，所述步驟4)還包括計算液體介質(zhì)折射率η」的操作:已知成端光纖(4)的纖芯折射率n1，入射光功率為Pi,反射光功率為pr，則 pr/pi=(n1-nj/n1+nj)2 據(jù)此可得到成端光纖(4)自由端尾端面所浸入介質(zhì)的折射率nj。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢測方法，其特征在于，所述步驟4)還包括計算液體介質(zhì)與空氣相對折射率nj/n0的操作:
【文檔編號】G01F23/292GK103884401SQ201410125876
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】郭會勇, 羅志會, 文泓橋, 余海湖, 胡宸源 申請人:武漢理工大學