专利名称：一种直接测量原油折射率的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用光的干涉方法直接测量低透明度原油折射率，具体说是一种直接测量原油折射率的装置。
背景技术：
折射率对原油是一个重要的光学参量，在计算其特殊组份、测量油膜厚度时要用到折射率，在一些工业过程例如测量原油溶解度参量时也要用到折射率。但由于原油的透明度很小，传统折射方法无法直接测量其折射率。用折射的装置和方法测量原油折射率时，必须先将原油分馏，得到其中的透明的轻组分，用折射的方法测得这些轻组分的折射率，然后用这些数据外推原油的折射率。还由于不能用折射的方法测得原油中低透明组分的折射率，因而折射方法测量原油折射率的是近似的，其测量精度接近10-4。为了提高精度，必须用干涉的方法，基于干涉的方法测量液体的折射率的文献十分多。然而大多数的方法要求一个参照样品，它们要么不能适用于低透明的样品，要么使用的装置太复杂，要用许多光学元件且要求精细的校准，因而成本高，测量难度大。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种制作工艺简单、成本低廉、适合于商品化生产、测量精度高、自动化高、速度快的可以直接测量低透明度原油折射率的装置，以解决原油折射率无法直接测量的难题。
本实用新型的基本测量原理用激光器作为光源，通过光束的空间变换形成条形光束照射盛有原油的毛细管，光束足够宽，以覆盖毛细管中部4-5cm的部分。通过毛细管上下方的参考激光束与通过毛细管内部的激光束相干涉，形成人眼可见的干涉条纹。此干涉条纹直接与折射角的方向相垂直，因而与毛细管内的原油的折射率相关。用高精度CCD照像机拍摄干涉条纹，干涉条纹经计算机进行数字化处理，以提高条纹对比度，以精确确定干射条纹的干射级数，采用计算机程序识别各级干涉条纹的最大及最小亮度的坐标，便可用已有的阿贝逆变换公式计算出待测原油的折射率，其精度高达5×10-6。
本实用新型由激光器在内的形成条形光束的光学系统、处在焦平面附近的毛细管及其后的观察屏以及CCD照相机和含有计算程序的计算机组成，且毛细管水平放置，其轴与柱面透镜的轴平行，并保持或符合光学系统与激光束共轴等相关光学原理。
上述条形光束的光学系统由凹透镜、凸透镜及柱面透镜组成，且凹透镜与凸透镜的前焦点重合，在技术上保证条形光束照射并覆盖在毛细管上，而不是一个细光束射在毛细管的特殊点上。这也是本装置的特点之一。
使用该装置可直接测量低透明度原油的折射率，而且本装置结构简单，成本低，光路无须精细校准，操作简单，测量速度快。
图1为本实用新型的总体结构示意图。
图2为本实用新型的结构参数示意图。
图3为本实用新型的测量流程示意图其中1，激光器；2，凹透镜；3，凸透镜；4，柱面透镜；5，毛细管；6，观察屏；7，箱体；8，CCD照像机；9，导线；10，计算机。
具体实施方式
如附图1、图2所示，本实用新型由激光器1在内的形成条形光束的光学系统、处在焦平面附近的毛细管5及其后的观察屏6以及CCD照相机8和含有计算程序的计算机组成，且毛细管5水平放置，其轴与柱面透镜的轴平行，并保持光学系统与激光束共轴。
上述条形光束的光学系统由凹透镜2，凸透镜3和柱面透镜4构成，凹透镜2与凸透镜3前焦点重合，在技术上保证条形光束照射并覆盖在毛细管上。上述凸透镜3可用平凸透镜代替，以减小装置体积；激光器可用各种连续功率输出的发绿光或红光的半导体、气体或固体激光器代替，但要求其输出功率大于10mw；激光器发出的平行光束通过图1中所有光学元器件的中心。凹透镜2的焦距为f1，凸透镜3的焦距为f2，凹透镜2与凸透镜3的前焦点重合，两者的间距为f2-f1。柱面透镜4紧邻凸透镜3放置，其焦距为f3。激光器发出的光束经由2，3，4变成条形光束，此条形光束照射并覆盖毛细管中部4-5cm的部分。毛细管水平放置，其轴与柱面透镜的轴平行。毛细管外内半径比小于1.5为宜。观察屏6为一带有坐标及刻度的半透明屏，离毛细管中心距离为d。为减小杂散光的影响，凹透镜2，凸透镜3，柱面透镜4，毛细管5，观察屏6固定于箱体7中。CCD照相机8固定在三角架上，用来拍摄干涉条纹，CCD照像机通过导线9与计算机10连接，干涉条纹经由计算机进行图像处理，以增强条纹对比度，精确确定条纹的干涉级数，不难编程确定各级干涉条纹的最大及最小亮度的坐标，通过阿贝逆变换公式计算原油的折射率，其测量流程见图3。由此构筑的本实用新型亦可用于透明液体及其它低透明度液体折射率的测量，因此其折射率的测量范围宽。为保证测量的精度，所有的样品均应在恒温条件下测量为宜。
权利要求1一种直接测量原油折射率的装置，其特征在于它是由激光器(1)在内的形成条形光束的光学系统、处在焦平面附近的毛细管(5)及其后的观察屏(6)以及CCD 相机(8)和导线(9)相连的含有计算程序的计算机(10)组成，且毛细管(5)水平放置，其轴与柱面透镜的轴平行，并保持光学系统与激光束共轴。
2如权利要求1所述的直接测量原油折射率的装置，其特征在于上述形成条形光束的光学系统是由凹透镜(2)，凸透镜(3)和柱面透镜(4)组成，而且凹透镜(2)与凸透镜(3)的前焦点重合，且条形光束照射并覆盖在毛细管(5)上。
3如权利要求2所述的直接测量原油折射率的装置，其特征在于可以将上述凹透镜(2)、凸透镜(3)、柱面透镜(4)、毛细管(5)和观察屏(6)固定于一个箱体(7)中并仍保持共轴关系。
4如权利要求2或3所述的直接测量原油折射率的装置，其特征在于上述凸透镜(3)可用平凸透镜代替。
5如权利要求1或3所述的直接测量原油折射率的装置，其特征在于上述毛细管(5)外内半径比小于1.5。
6如权利要求1所述的直接测量原油折射率的装置，其特征在于上述观察屏(6)为带有坐标及刻度的半透明屏。
7如权利要求1所述的直接测量原油折射率的装置，其特征在于上述激光器(1)可用各种连续功率输出的发绿光或红光的半导体激光器，其输出功率大于10mW。
8如权利要求1所述的直接测量原油折射率的装置，其特征在于上述激光器(1)可以是气体或固体激光器，如He-Ne激光器。
专利摘要一种直接测量原油折射率的装置。由激光器在内的形成条形光束的光学系统、毛细管及其后的观察屏以及CCD照相机和与导线相连的含有计算程序的计算机组成，且毛细管水平放置，其轴与柱面透镜的轴平行，并保持光学系统与激光束共轴。上述形成条形光束的光学系统是由凹透镜、凸透镜和柱面透镜组成，而且凹透镜与凸透镜的前焦点重合，且条形光束照射并覆盖在毛细管上。采用本装置产生的干涉条纹经由计算机进行图像处理，识别条纹的干涉级数与条纹上各点的坐标，利用已有的阿贝逆变换公式便可计算原油折射率。本装置结构简单，成本低，易操作，精度高，测量速度快。
文档编号G01N21/41GK2765180SQ200420052820
公开日2006年3月15日 申请日期2004年8月3日 优先权日2004年8月3日
发明者杨爱玲, 张京亮, 郑荣儿 申请人:中国海洋大学