输气管道内颗粒与液滴的在线检测装置及方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 但这些粒子计数器也有不足之处，例如：
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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】
[0010] 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。
[0011] 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；
[0012] 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；
[0013] 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。
[0014] 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；
[0015] 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；
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] -实施例中，所述的光学装置还包括：
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 一实施例中，所述的光学装置还包括：
[0022] 第二反射镜，用于将经过所述分光装置的P光信号或S光信号反射到所述第一探 测器组或第二探测器组。
[0023] 一实施例中，所述的光学装置还包括：
[0024] 第二扩束与准直装置，设置在所述第一探测器组之前，通过光纤连接所述第一探 测器组或者与所述第一探测器组集成于一体；
[0025] 第三扩束与准直装置，设置在所述第二探测器组之前，通过光纤连接所述第二探 测器组或者与所述第二探测器组集成于一体。
[0026] 一实施例中，所述扩束准直与起偏装置与光源之间的光路上还设置光阑，所述光 阑为工字形或十字形。
[0027] 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方 法，应用于上述的在线检测装置，所述的在线检测方法包括：
[0028] 所述采样装置采集所述输气管道中的气体并将采集的气体导入所述光学装置；
[0029] 所述气体中包含颗粒及液滴的粒子在所述光学装置的敏感区引起光的散射，产生 散射光信号；
[0030] 所述光学装置收集-90°方向的散射光信号及0-180°方向中的某个角度或多个 角度的散射光信号，并将0-180°方向中的某个角度或多个角度的散射光信号分成P光信 号及S光信号；
[0031] 所述_90°方向的散射光信号、P光信号及S光信号经过所述光电转换单元转换 为-90°方向电信号、P电信号及S电信号；
[0032] 所述数据处理装置根据P电信号及S电信号区分出所述粒子中的颗粒及液滴，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。
[0033] 一实施例中，所述数据处理装置根据P电信号及S电信号区分出所述粒子中的颗 粒及液滴，包括：
[0034] 所述数据处理装置根据P电信号及S电信号计算偏振度；
[0035] 根据所述偏振度区分出颗粒与液滴，给出粒子形状特性，并判断所述颗粒为球形 或非球形。
[0036] 一实施例中，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，包括：测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度同时计算修正后的颗粒和/或液滴 的粒径分布及浓度。
[0037] 一实施例中，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，包括：
[0038] 测量所述颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度；
[0039] 通过修正折射率计算修正后的颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度。
[0040] 一实施例中，通过修正折射率计算修正后的颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度， 包括：
[0041] 标定粒子的散射光强与粒径关系，结合颗粒和/或液滴的粒径分布及浓度计算颗 粒和/或液滴的散射光强分布；
[0042] 根据粒子的折射率、光源波长、粒子散射角度及预设粒径范围计算待测粒子的散 射光强与粒径关系；
[0043] 根据所述散射光强分布及散射光强与粒径关系计算修正后的颗粒和/或液滴的 粒径分布及浓度。
[0044] 本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0045] 可以实现颗粒/液滴的在线区分，并给出两者的粒径分布等测量结果；
[0046] 给出了被测颗粒和/