專利名稱：光學(xué)測度系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種光學(xué)的測光系統(tǒng)，用于在工業(yè)流體流分析中測量來自光學(xué)探頭的脈沖光信號。
在許多工業(yè)過程包含流體流而且需要對流體流的各方面進(jìn)行監(jiān)視。這些過程包括被設(shè)計成用于修改流體流的一個或多個來源的化學(xué)組成的那些過程。例如，化學(xué)合成過程將多種化學(xué)反應(yīng)劑的源流轉(zhuǎn)變成化學(xué)產(chǎn)品。設(shè)計成用于清除源水流中的油或其他污染的過程是另一個實例。其他類型的處理過程利用流體流來產(chǎn)生所期望的物理環(huán)境。這類過程的一例是水冷卻系統(tǒng)，設(shè)計目的是降低內(nèi)燃機(jī)的溫度。盡管有多種不同類型的流體過程，但它們都以這樣或那樣的方式受控于它們的流體流的化學(xué)組成。因此，實時地監(jiān)視流體流的化學(xué)組成是重要的，由此可利用所得到的信息在過程結(jié)束之前使過程參數(shù)達(dá)到最佳。
還有許多過程涉及到向液體體中加入處理劑。保持處理劑的適當(dāng)添加水平對于使許多這類過程得到最佳性能是至關(guān)重要的。例如，如果使用了不正確的處理劑添加水平，就會在冷卻或沸騰水系統(tǒng)中的熱交換表面上迅速發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕和/或沉積層。估計凝聚水平的一個通用方法集中于測量處理劑的流動成分的水平，這些處理劑諸如聚合積垢阻繞劑(polymetricscaleinhibitor)、磷酸鹽、或有機(jī)磷酸(organophosphonate)。由于背景干擾以及當(dāng)前所能得到的設(shè)備笨重而又費力，所以這并不總是一種適宜的方法。一種用于確定處理劑最佳添加速率的已知方法在美國專利4，783，314號中描述過，該專利所披露的內(nèi)容被結(jié)合到本文中作為參考。
有許多種方法來確定在工業(yè)流體中化學(xué)物質(zhì)的濃度。許多方法其本質(zhì)是光學(xué)的;也就是說，這些方法是基于一種化學(xué)物質(zhì)吸收、發(fā)射或反射光的固有能力，而這種對光的吸收、發(fā)射或反射又與它的濃度成正比。對于那些不具備固有的光學(xué)性質(zhì)的化學(xué)添加劑，如果在將它加入流體流之前向這種化學(xué)物質(zhì)中加入一種光學(xué)指示劑，那么依然能間接地測定它們?；谙蚧瘜W(xué)產(chǎn)品中加入熒光染料的一種已知的這類間接測定方法也在上述美國專利4，783，314號中描述了。
在市場上能買到多種光譜儀用于對工業(yè)流體流的在線分析。這些儀器的實例是由美國加州ElDoradeHills的GuidedWave公司制造的260型和300型光譜儀。然而，這些已知儀器沒有任何一種的設(shè)計目的是用于苛刻的工業(yè)環(huán)境。它們的光檢測系統(tǒng)需要有連續(xù)的光速才能工作。這些光束可由多種光源產(chǎn)生，但這些光源產(chǎn)生大量的熱量。這會在儀器箱內(nèi)部造成快速升溫，而這些儀器要求的工作溫度不大于35℃。許多工業(yè)過程場地，特別是在石油工業(yè)的工作場地，其環(huán)境環(huán)境超過55℃。所以，在這種環(huán)境中安裝這些已知的儀器就需要附加設(shè)施來進(jìn)行“氣候控制(climatecontrol)”。此外，用于波長選擇和光信號多路傳送的無數(shù)次移動部件限制了這些儀器的長期使用。某些工業(yè)環(huán)境的磨損與腐蝕狀況(例如在石油生產(chǎn)現(xiàn)場遇到的吹沙和酸性氣體)往往導(dǎo)致這些機(jī)械裝置迅速失靈。
本發(fā)明的主旨是提供一種通用的濾波測光系統(tǒng)，它能被組合成用于紫外光、可見光和近紅外光光譜范圍內(nèi)的吸收、熒光、及反射測量，以此來改進(jìn)已存在的市場上的光學(xué)在線分析儀器。只要簡單地選擇適當(dāng)?shù)墓庠?、檢測器和光探頭，便可以實現(xiàn)從一種測量到另一種測量的轉(zhuǎn)換。該儀器利用能由多種脈沖光源產(chǎn)生的瞬時閃光。由于脈沖光源能產(chǎn)生極高的光強(qiáng)度而不會相應(yīng)地產(chǎn)生大量熱量，所以本發(fā)明能在工業(yè)環(huán)境中經(jīng)常遇到的高環(huán)境溫度下工作，同時仍允許超低的檢測限，對某些熒光物質(zhì)，可低到萬億(trillion)分之幾。這種脈沖式工作方式還允許由單一光檢測器依次監(jiān)測來自幾個光纖維光探頭(fiberopticprobe)的光信號。實現(xiàn)的方法是對每個光探頭依次閃亮激發(fā)光源，從而在每一給定時刻只有一個信號到達(dá)檢測器。這種瞬時實現(xiàn)光信號多路傳送是快速的、重現(xiàn)能力特別強(qiáng)而且不需要移動部件。這是對很慢的、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、重現(xiàn)性差的空間光纖光信號多路復(fù)用器的一種重大改進(jìn)。雙路積分器(dual-channelintegra-tor)同時測量脈沖源發(fā)出的強(qiáng)度及來自分析探頭的結(jié)果脈沖光的強(qiáng)度。這使得光源的每次閃光產(chǎn)生出已經(jīng)經(jīng)過光源強(qiáng)度漲落校正的分析信號。所以，當(dāng)脈沖光源因老化而變得不夠穩(wěn)定時也不會降低儀器的性能。這種瞬時多路復(fù)用設(shè)計還允許將內(nèi)部參考信號分布在分析探頭信號之間，使之有可能對儀器響應(yīng)作光檢測器靈敏度漂移校正。
本發(fā)明是關(guān)于一個實時分析流體系統(tǒng)的光學(xué)測光系統(tǒng)，它至少有一個激發(fā)光源和一個參考光源，它們是有基本相同的光靈敏度和溫度系數(shù);有控制光源按時間順序閃光的裝置;有感知每個光源輸出的光檢測器;以及光纖裝置，用于將激光光源輸出送到插入到被分析流體中的探頭，用于將探頭傳感的光送到光檢測器，以及用于將參考光源的輸出送到光檢測器，從而構(gòu)成多個光信號的組合，以分析系統(tǒng)中的流體。
將參考附圖通過實例來描述本發(fā)明，其中，

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個從屬式(subject)光學(xué)測度系統(tǒng)的方框圖;
圖2是根據(jù)本發(fā)明的雙路積分器的方框圖;
圖3是本發(fā)明的有代表性的多燈光電二極管輸入的示意圖;
圖4說明溫度對本發(fā)明的影響;
圖5說明光多路復(fù)用器靈敏度對本發(fā)明的響應(yīng)特性的影響;
圖6給出實驗室熒光標(biāo)定結(jié)果;
圖7給出實驗室吸收標(biāo)定結(jié)果;
圖8是包含本發(fā)明的一個現(xiàn)場流體系統(tǒng)示意圖;
圖9說明現(xiàn)場熒光標(biāo)定的結(jié)果。
本光學(xué)測度系統(tǒng)10以公知方式與光纖探頭12相連，該探頭又以公知方式安裝，延伸到流體管14中。為清楚起見，圖中未畫出探頭本身、各種耦合以及密封等傳統(tǒng)特征。微處理器16作為計算機(jī)模塊18的一個部分與第一光源(或者說激發(fā)光源)20相連，后者是公知的產(chǎn)生瞬時光脈沖的手段。光源模塊20的輸出通過濾波裝置22與光纖光纜24實現(xiàn)光耦合，光纜的另一端與探頭12光耦合。這里所示光纜24是作為分支光纜，第一分支26與濾波裝置22相連，另一分支28與濾波裝置30光耦合。其波長和強(qiáng)度已被流體管14中的物質(zhì)修改過的光被探頭12接收，并通過光纖光纜24送到濾波裝置30和光檢測器32。微處理器16還與第二光源(或者說參考光源)模塊34相連。這個第二光源模塊34的輸出通過濾波裝置36和濾波裝置30到達(dá)光檢測器32。由兩個光源模塊20和34產(chǎn)生的脈沖光被轉(zhuǎn)換成時變電信號，這兩個信號與光檢測器32產(chǎn)生的時變信號一起被雙路積分器38接收，該積分器是計算機(jī)模塊18的一個部分。
該光學(xué)測度系統(tǒng)能由多種類型的脈沖光源和光檢測器構(gòu)成。這些部件可由內(nèi)行人根據(jù)它們對具體的光度分析類型的適用性來選擇?？赡艿墓庠窗W光燈、脈沖激光器、脈沖二極管激光器、脈沖光發(fā)光二極管、以及由電的或機(jī)械的斷續(xù)器或光閘(快門)變成脈沖的連續(xù)光源等，但不限于這些光源。合適的光檢測器是能響應(yīng)光源發(fā)出光的波長而且響應(yīng)時間小于光脈沖周期的那些光檢測器。這包括雪崩光電二極管、PIN光電二極管、真空光電管以及光電信增管等，但不限于這些。
在許多方面，氙閃光燈對多種光度測量是一種理想的光源。通過高壓氙氣放電，可產(chǎn)生從源紫外光到近紅外光的短脈沖寬頻帶發(fā)射。放電弧光小，適應(yīng)于與光纖的有效耦合。輸出能量特別高(達(dá)到每次閃光0.15焦耳)，這對于激發(fā)熒光幅射是極好的。閃光持續(xù)時間很短，一般為4微秒左右。當(dāng)閃光頻率為5赫茲時，燈的打開“(“ON”)時間只占0.002%，產(chǎn)生極少的熱量。這對于要在高溫環(huán)境中使用的儀器是重要的。氙燈的定額是可閃光109次以上。當(dāng)以5赫茲頻率工作時，這一閃光次數(shù)可解釋為可用壽命約6年。
再回到圖1中的框圖，該光測儀10帶有一個分析探頭12插入流管14中。在工作過程中，微處理器16觸發(fā)分析或微激發(fā)光源模塊20以產(chǎn)生暫時暫光脈沖。濾波裝置22將光脈沖波收，使之具有感興趣的波長，濾收后的光脈沖被光纖光纜24送到流體管。經(jīng)過與流體系統(tǒng)中物質(zhì)的相互作用，探頭12收集其剩余光，并由光纖光纜24傳送到光檢測器32。同時產(chǎn)生兩個分析信號，第一個分析信號由光檢測器PSA產(chǎn)生，它的位置是接收第一光源20輸出光的一部分。這是與光源20閃光時發(fā)射光強(qiáng)度成正比的時變信號。第二信號由光檢測器32產(chǎn)生，是與來自流體管144的經(jīng)由分析探頭12的返回光強(qiáng)度成正比的時變信號。
這兩個信號由雙路積分電路38(詳見圖2)同時處理，來自光檢測器PDA的時變信號在端子40進(jìn)入，通過相加輸入放大器42到達(dá)比較器44的輸入端。當(dāng)源信號的前緣超過在端點46的預(yù)置參考電壓時，比較器44改變狀態(tài)并被發(fā)積分時間器48，它啟動源信號積分器50和探頭信號積分器52。后者接收通過輸入放大器54的探頭光檢測器信號。當(dāng)信號被積分到一個預(yù)置時間周期時，它們被暫存到采樣保持電路56和58，并由12位模-數(shù)轉(zhuǎn)換器60和62來數(shù)字化。然后，分析數(shù)據(jù)、積分光源強(qiáng)度LA以及積分探頭強(qiáng)度PA被復(fù)合送入計算機(jī)總線64并存儲于存儲器66供其后的處理。
微處理器16在收集了分析信號后立即觸發(fā)參考光源模塊34以產(chǎn)生一個參考光脈沖。這個參考脈沖被濾收裝置36衰減，經(jīng)過短光纖光纜直接送到光檢測器32。于是同時產(chǎn)生兩個時變參考信號，一個來自光檢測器32，一個來自光檢測器PDR。這兩個信號都被積分并存儲于存儲器，如同前面描述過的那樣。來自光檢測器PDR的信號在端子70進(jìn)入積分電路。它的積分值LR與參考光源34的強(qiáng)度成正比。來自光檢測器32的信號進(jìn)入輸入放大器54。它的積分值PR也與參考光源34的強(qiáng)度成正比。
分析值PA和LA根據(jù)等式1與參考值PR和LR組合，產(chǎn)生分析響應(yīng)R，它不依賴于光源強(qiáng)度及光檢測器靈敏度。
R＝PALR/PRLA(1)如果PDA和PDR有相同的光靈敏度和相同的溫度系數(shù)，則等式(1)是有效的。利用R作為響應(yīng)參數(shù)使眾屬式光度系統(tǒng)在大范圍溫度變化的情況在長時間內(nèi)保持其標(biāo)定值不變。
該光度系統(tǒng)能構(gòu)成為處理來自多個光纖光探頭信號的系統(tǒng)。史要增加更多的脈沖光源模塊(圖中未畫出)就能實現(xiàn)這一點。微處理器16在一個時刻只對一個光源加能量，故允許由單個檢測器讀取多個探頭的信號。只要如圖43所示對加法輸入放大器46增加輸入端40′，40″，就可以由雙路積分器來處置附加的光源光電二極管。
曾經(jīng)有過帶有一個分析探頭的示例分析儀器。各部件按圖1組合。從屬式光度系統(tǒng)由光源模塊20和34組成，每個模塊由外觸發(fā)氙閃光燈電源和帶有合成硅泡的氙閃光燈組成。光源模塊含有一個大功率閃光燈電源，而肖源模塊34含有一個功率較低的閃光燈電源。光檢測器32由一個帶有大功率電源和高溫光電倍增管構(gòu)成。光檢測器PDA和PDR是硅PIN光電二極管。光纖光纜24由直徑302毫米的光纖束構(gòu)成，其中的核心光纖為200微米的Superhuide G光纖。當(dāng)與適當(dāng)?shù)墓饫w光探頭連接時，這一結(jié)構(gòu)能在紫外和可見光范圍內(nèi)的各單一波長上進(jìn)行吸收、熒光和反射測量。
使用了兩種光纖探頭對這個示例儀器進(jìn)行實驗室和現(xiàn)場測試。第一種是熒光探頭，由含有510SuperguideG光纖的二分叉光纖光纜(如圖1所示)構(gòu)成。將光送入流體管的激發(fā)分支26含有總光纖數(shù)目的40%。將熒光發(fā)射送到光電信增管的發(fā)射分支28含有其余60%光纖。激發(fā)光纖和發(fā)射光纖的會合處，即這束光纖的公共端，構(gòu)成探頭12。第二種分析探頭是棒型吸收探頭。是由加利福尼亞ElDoradoHills的GridedWave公司制造的1-1W250-813B型探頭。這種探頭含有2個硅光纖，每個的核心直徑為500微米。
所選的計算機(jī)18是與IBM-PC兼容的。應(yīng)用程序用“C”語言編寫。系統(tǒng)中包括了多種模擬與數(shù)字接口，從而使該示例儀器能智能地參與流體系統(tǒng)的萬·數(shù)字I/O(輸入/輸出)端口提供了驅(qū)動高、低電平告警和感知外部設(shè)備on/off(通/斷)狀態(tài)的能力。若干個固態(tài)繼電器允許切換高負(fù)載120伏或240伏設(shè)備。模擬量接口包括0-10伏及4-20毫安輸入端，用以讀入外部換能器(例如腐蝕探頭、流量計(flowmeter)等)的信號。還提供了4-20毫安輸出，用以控制可變速外部設(shè)備。
示例儀器的構(gòu)成是用于熒光測量，它被安裝在一個環(huán)境室(en-viromentalchamber)里。分析和參考氙閃光燈以5赫茲頻率交替閃光，將漫反射標(biāo)準(zhǔn)樣品放在一個鋼罩內(nèi)，并將鋼罩接到閃光探頭末端，從而造成一個溫度穩(wěn)定樣品。為使光強(qiáng)度降低到可測量水平，在分析的參考燈外罩內(nèi)放置了中性密度(neutraldensitg)濾波器。
為了評價溫度對儀器響應(yīng)的影響，測量進(jìn)行了8小時，期間環(huán)境室的溫度在50-130°(10-57℃)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。數(shù)據(jù)以20分鐘間隔記錄下來。其結(jié)果示于圖4。每個數(shù)據(jù)點代表20分鐘間隔內(nèi)讀取的6000個數(shù)的平均值。溫度上升了47℃造成分析光電倍增管信號PA減小28%。分析光電二極管信號LA也減小28%。參考信號PR和LR以相反的方式變化，在整個溫度變化范圍內(nèi)增加了27%。這兩個光能道信號的不同變化趨勢是由于使用了兩種不同類型閃光燈電源的結(jié)果。在分析通道使用了高輸出電源以達(dá)到盡可能高的熒光靈敏度。在參考通道使用了低輸出電源，因為只需要小的光強(qiáng)度來產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膮⒖夹盘枴＿@兩種電源相反的溫度系數(shù)，結(jié)果，隨著溫度的增加，其光強(qiáng)度沿相反方向變化。不管原始信號漂移的原因如何，按等式1計算出的無量綱響應(yīng)參數(shù)R在整個溫度范圍內(nèi)基本保持不變。所以，分析精度應(yīng)該不受許多工作環(huán)境下產(chǎn)生的大的溫度日變化和季節(jié)變化的影響。
為了說明R值能有效地補償光電信增管靈敏度的急劇變化，在測量時將外加電壓從-1200伏調(diào)到0910V。溫度保持在35℃不變。其結(jié)果示于圖5。雖然PA和PR都減小到它們初始值的八分之一，但R值仍然保持不變。
象所有光度儀器一樣，這里所描述的示例儀器也必須事先進(jìn)行標(biāo)定才能將它的響應(yīng)轉(zhuǎn)換成化學(xué)濃度。下面要描述的實驗室和現(xiàn)場標(biāo)定使用的是可溶于水的四元胺(quaternaryamine)阻蝕劑，這是在油田水系統(tǒng)中通常使用的，其配量達(dá)20ppm。為了測定這種阻止劑的光譜變化程度，從生產(chǎn)廠家得到了11批分別生產(chǎn)的產(chǎn)品。每一批產(chǎn)品在去離子水中稀釋成20ppm。熒光測量是用市場上的熒光光譜儀進(jìn)行的，使用的激發(fā)波長為340毫微米(nm)，使用的發(fā)射波長是430毫微米。
由這些樣本得到的相對熒光在0.91至1.38之間變化。這種變化是沒什么可吃驚的，因為化學(xué)處理產(chǎn)品的制造通常沒有光譜性能指標(biāo)。因此，建議在每次收到一批化學(xué)產(chǎn)品時應(yīng)該重新進(jìn)行標(biāo)定。
熒光和吸收標(biāo)定曲線是在實驗室里得到的。作法是將探頭(見前述)浸入溶于自來水的阻蝕劑標(biāo)準(zhǔn)溶液中。對于熒光測量，在分析通道的燈罩內(nèi)放入干涉濾波器(interferencefilter)，從而分離出波長為340毫微米的激發(fā)光。在光電倍增管前方放置一個干涉濾波器從而分離出波長為430毫微米的發(fā)射光。這兩個濾波器的通帶為10毫微米。在將探頭放入每種標(biāo)準(zhǔn)溶液中之后的20秒(100次分析和參考閃光)內(nèi)收平均值得到儀器響應(yīng)R。如圖6所示，標(biāo)定曲線是截矩為零的直線。吸收測量使用的波長為280毫微米(也是在分析燈罩內(nèi)加10毫微米通帶的干涉波器分離出來的)。在光電倍增管罩內(nèi)未用濾波器。吸收響應(yīng)-logR是20秒平均，并相對于濃度作圖。如圖7所示，到20ppm其吸收曲線也是直線。曲線的截距不為零，因為所作測量不是以自來水為參照物。
示例儀器按上述方式構(gòu)成熒光測量系統(tǒng)(340毫微米激發(fā)光，430毫微米發(fā)射光)，并安裝在一個油田水系統(tǒng)的旁路環(huán)中。其安裝圖示于科8。安裝形式是旁路環(huán)在T形接頭77和78處分別與輸入流管74和輸出流管76相連。兩個T形接頭由帶有閥門81的旁路80連接。T形接頭也分別與旁路環(huán)72的輸入支管和輸出支管82、84相連。支管82和84分別包含閥門86和88，用于切斷旁路環(huán)72。在輸入支管82上的靜態(tài)(頭)混合器92的上流一側(cè)標(biāo)定注入口90，在靜態(tài)混合器92的下流一側(cè)有本發(fā)明的探頭94。輸出支管84在其渦輪流量計(turbineflowmeter)的上流一側(cè)有注入口96，流量計98通過導(dǎo)線100與轉(zhuǎn)換器102實現(xiàn)電連接，后才又與本發(fā)明10相連。三通電磁閥104通過管道106與化學(xué)物質(zhì)供給源(未畫出)相連，通過管道108與T形接頭77上的注入口110相連，通過管道112與注入口96相連。電磁閥104也經(jīng)由導(dǎo)線114與本發(fā)明實現(xiàn)電連接。標(biāo)定泵116經(jīng)管道118也與化學(xué)物質(zhì)供給源相連，還通過管通120與注入口90相連。電導(dǎo)線122交泵與本發(fā)明相連。
環(huán)路72是用內(nèi)直徑7.6厘米的無敷層鋼管制成的。地下水流經(jīng)該環(huán)路的標(biāo)稱速率是2500桶/日。與實驗室測試時使用的相同的阻蝕劑通過閥門104注入，也由泵116通過口90注入，口90大約在熒光探頭94的上流一側(cè)1.2米處。靜態(tài)混合器92放在管道82中，用于使化學(xué)物質(zhì)達(dá)到探頭94之前完全擴(kuò)散。電磁閥104由本示例儀器的固態(tài)繼電器之一(未畫出)來控制。渦輪流量計的頻率輸出由轉(zhuǎn)換器102轉(zhuǎn)換成電流，并由示例儀器的4-20毫安輸入來監(jiān)視。螺旋式標(biāo)定泵116與儀器的直流驅(qū)動器(也未畫出)相連，從而使它能由示例儀器的操作程序來啟動。
標(biāo)定泵116用于確定標(biāo)定曲線的形狀，并在正常監(jiān)視過程中完成周期性自動標(biāo)定。在將阻緩劑以不同速率泵入系統(tǒng)時測量儀器響應(yīng)，從而得到初始標(biāo)定曲線。如圖9所示，當(dāng)濃度從0增加到15ppm，R從2.05線性增加到2.85。非零截距是由于在流體水中存在自然發(fā)生的熒光造成的。
由于標(biāo)定曲線是完全線性的，故決定只作零和滿量程測量來完成自動標(biāo)定。對于標(biāo)定泵116預(yù)先設(shè)定，在它被示例儀器啟動時，以4.1毫升/分鐘的速率泵出8毫升阻緩劑。這一速率相當(dāng)于近似15ppm的滿量程濃度。示例儀器被編程完成如下自動標(biāo)定程序1.啟動電磁閥104，從而使化學(xué)物質(zhì)從口110注入轉(zhuǎn)為在探頭94下流一側(cè)的口96注入。
2.延遲60秒，以建立0ppm的濃度。
3.測量R0達(dá)20秒，并對結(jié)果進(jìn)行平均。
4.觸發(fā)標(biāo)定泵116。
5.延遲30秒，使標(biāo)定泵速率Ffs于趨于穩(wěn)定。
6.測量Rfs和水流速Fw達(dá)20秒，并對兩個結(jié)果求各自的平均值。
7.利用等式Cfs＝9.1×103×Ffs/Ew(2)計算出實際滿量程濃度Cfs。
8.由等式m＝(Rfs-Ro)/Cfs(3)計算出標(biāo)定斜率m。
9.去掉對電磁閥的電能供給，從而使化學(xué)物質(zhì)從口96注入轉(zhuǎn)而在探頭94上流的口110注入。
10.延遲60秒使正常的處理濃度達(dá)到穩(wěn)定，并恢復(fù)正常監(jiān)測。
化學(xué)濃度C由下式確定C(R-R0)/m(4)為了確定這種自動標(biāo)定的穩(wěn)定性，該程序重復(fù)進(jìn)行，在7小時里每小時一次。如表1所示，標(biāo)定斜率m和截距R0的重復(fù)性很好。還給出了阻蝕劑濃度，它是R值為2.445的結(jié)果，這個R值是對化學(xué)物質(zhì)濃度7.5ppm按上述方法得到的平均響應(yīng)。所得到的濃度平均為7.5±0.2ppm(±σ，95%置信度)。
表1
注1假定R＝2.45的計算結(jié)果2標(biāo)準(zhǔn)偏差上面已用非限定性示例描述了本發(fā)明，而本發(fā)明可以在不偏離其精神和實質(zhì)特性的情況下進(jìn)行多種修正和改變。所以，從各方面來看都應(yīng)把描述的實施例理解成一個舉例說明，并不是用它來限定所附權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.用于在線(on-line)流體分析的一種光學(xué)測度系統(tǒng)，其特點是一個激發(fā)光源(20)和一個參考光源(34)；控制所述光源按順序閃光的裝置(16)；用于插入被分析流體的一個探頭(12)；一個光檢測器(32)；光纖裝置(26，28)，用于將所述的激發(fā)光源的輸出耦合到所述探頭，用于將所述探頭測到的光耦合到所術(shù)光檢測器，并將參考光源的輸出耦合到所術(shù)光檢測器；以及分析裝置(38)，用于將所述光檢測器(32)接收的信號組合起來以提供一個代表流體性的響應(yīng)信號(R)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一個系統(tǒng)，其特點在于所述激發(fā)光源和參考光源(20，34)具有基本相同的光靈敏度和溫度系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一個系統(tǒng)，其特點在于所選擇的波波器(22，36)將所述光源的光輸出的光輸出限定為紫外范圍、可見光譜范圍或近紅外范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一條的一個系統(tǒng)，其特點在于所術(shù)光源(20，34)為氙內(nèi)光燈、脈沖激光源、脈沖二極管激光源、脈沖光發(fā)射二極管、或者是帶有脈沖式電或機(jī)械斷續(xù)器或閘門(快門)的連續(xù)光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一條的一個系統(tǒng)，其特點在于所述光檢測器(32)適應(yīng)于響應(yīng)所述光源(20，34)發(fā)出的光的波長范圍，而且其響應(yīng)時間小于所述光源光脈沖的持續(xù)周期。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一條的一個系統(tǒng)，其特點在于所述檢測器(32)百一個雪崩二極管、PIN光電二極管、真空光電管或光電倍增管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一條的一個系統(tǒng)，其特點在于還有兩個光檢測器(PDA、PDR)，每一個置于適當(dāng)位置以接收所述光源(20，34)之一發(fā)出的光脈沖的一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的一個系統(tǒng)，其特點在于所述分析裝置(38)的組成部分用于將來自所述光檢測器(32)的代表探頭接收光的第一信號(PA)、來自激發(fā)光源又一檢測器(PDA)的第二信號(LA)、來自所述光檢測器(32)代表參考光源發(fā)出肖的第三信號、以及來自參考光源又一檢測器(PDR)的第四信號(LR)組合起來，根據(jù)R＝PALR/PRLA關(guān)系式提供一個響應(yīng)信號R，這里的信號R基本上不依賴于光源強(qiáng)度和光檢測器靈敏度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一條的一個系統(tǒng)，其特點在于有多個所述激發(fā)光源(20)和相應(yīng)的多個所述探頭(12)，每個所述探頭用于插入各自的待分析流體，從而由單一的光度系統(tǒng)能監(jiān)測多個流體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一條的一個系統(tǒng)，其特點在于在從紫外光到近紅外光范圍內(nèi)的單一波長上進(jìn)行吸收、熒光和反射測量。
11.利用一個光學(xué)測度系統(tǒng)完成對流體在線分析的一種方法，其步驟是觸發(fā)一個光源模塊以發(fā)射瞬時脈沖光;將所述光脈沖濾波成感興趣的波長;將所述被濾波的光脈沖傳送到插入待分析流體中的探頭;收集來自所述流體的被所述探頭感知的光，并將所術(shù)光傳送給一個光檢測器以提供一個第一信號(PA);由所述激發(fā)光脈沖，利用又一個光檢測器接收所述激發(fā)光脈沖的一部分，從而與上一步驟同時產(chǎn)生一個第二信號(LA);由傳送給所述光檢測器的參考光脈沖產(chǎn)生一個第三信號(PR);由所述參考光脈沖，利用又一個光檢測器接收所述參考光脈沖的一部分，從而與上一步驟同時產(chǎn)生一個第四信號(LR);在一個雙通道積分器中同時處理所述第一和第二信號，同時處理所述第三和第四信號，從而積分所述信號;將所述信號存于采樣保持電路;在模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中對所述信號數(shù)字化;以及將所述信號組合，提供出代表流體特性的一個響應(yīng)信號。
全文摘要
本發(fā)明為用于線分析工業(yè)流體的系統(tǒng)，能在紫外光可見光和近紅外光譜范圍內(nèi)的一個單一頻率上進(jìn)行吸收、熒光和反射測量。一個光纖光纜將來自激發(fā)光源(20)的光脈沖耦合到流體中的探頭(12)，將該探頭感知的光耦合到光檢測器(32)，并將來自參考光源(34)的光脈沖耦合到光檢測器(32)。來自光檢測器的信號被組合起來提供出一個代表該流體特性的響應(yīng)信號，其組合方式使所得結(jié)果不依賴于光源強(qiáng)度、光檢測器靈敏度在以大范圍溫度變化。
文檔編號G01N21/85GK1074292SQ92110770
公開日1993年7月14日 申請日期1992年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月19日
發(fā)明者戴爾·F·布羅斯特, 弗蘭克·M·雷克斯奇, 格雷戈里·A·溫斯洛 申請人:德士古發(fā)展公司