【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于石油開采及加工，具體涉及一種石油重金屬離子檢測的便攜式拉曼光譜測量裝置。
技術介紹
1、石油作為現代工業的“血液”，在工業生產、交通運輸等各個方面起著重要作用。然而隨之而來的石油污染也不容忽視，其中石油中的重金屬離子污染就是危害較大的一種。石油煉制與加工過程中，原油、半成品油、成品油中所含重金屬（例如鎳、釩、鉛、汞等）若達到足夠高的濃度，則會對油品加工方案的確定、催化劑的使用壽命、設備管線的磨損腐蝕、產品質量及環保要求等產生重要影響，對石油加工過程的影響主要體現在以下方面：
2、1.?對催化劑的影響；
3、催化劑中毒：重金屬離子會對石油加工過程中的催化劑產生毒性作用。催化裂化、加氫裂化等煉油過程中，重金屬離子會與催化劑表面發生反應，導致催化劑失活，進而影響反應速率和產品的產率。
4、催化劑壽命降低：重金屬離子可以破壞催化劑的活性表面，減少催化劑的活性位點，從而降低其效率，使得催化劑壽命縮短，增加了更換和維護的成本。
5、不良副產物生成：催化劑中毒會導致部分反應發生不完全或選擇性降低，產生一些不需要的副產物，這會降低煉油產品的質量。
6、2.?產品質量下降；
7、降低產品的穩定性：重金屬離子在石油煉制過程中可能會與其它組分反應，產生不穩定的化合物或沉淀物，進而影響最終產品（如汽油、柴油等）的穩定性。例如，鉛離子可以與汽油中的其它成分反應，降低燃料的穩定性。
8、3、設備腐蝕；
9、汞可以腐蝕煉油設備，尤其是在高溫和高壓的條
10、4、環境污染；
11、重金屬離子通過石油提煉和加工過程的廢氣和廢水排放進入環境，對空氣、水源和土壤造成廣泛污染。不僅會通過水源污染植物和動物，還可以通過食物鏈傳遞，最終影響人體健康。
12、傳統的石油重金屬檢測方法，如原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質譜法、x射線熒光法和電感耦合等離子體光譜法，具有高靈敏度和準確性。然而，這些方法需要繁瑣且耗時的樣品前處理過程，如消解、濃縮和分離，這增加了操作復雜性，可能導致樣品污染，并可能影響準確性。此外，這些方法依賴于昂貴且龐大的設備，不適合現場操作。因此，采用拉曼光譜儀進行實時、原位的高靈敏度石油重金屬檢測，并減少隨機誤差。
13、現有的拉曼光譜儀方案通常采用多波長激發源或外腔半導體激光器來實現波長調制，但這些方案存在一些不利于便攜化設計的缺陷。具體而言，使用激光二極管陣列作為多波長激發源時，需要多個獨立激光器，導致系統復雜、體積增大，不適合便攜式應用；此外，激光二極管陣列在切換波長時，光學對準要求較高，容易出現誤差，進而影響信號質量。而外腔半導體激光器雖然能夠實現波長調諧，但其機械調節裝置較為復雜，響應速度較慢，且容易受到環境變化的影響，導致波長穩定性差，難以滿足快速切換的需求。
14、此外，當前的便攜式拉曼光譜儀主要應用于簡單的化學分析（大多為固體塊狀或粉末狀），且大多濃度較高，不需要過于復雜的光學調整和圖像采集，因此不需要成像和自動對焦功能。然而對石油液體進行檢測時，若采用當前的便攜式拉曼光譜儀，則可能面臨一系列挑戰。石油液體樣品通常成分復雜，且重金屬離子等污染物濃度較低，這要求更高的檢測靈敏度和精確的焦點控制。由于液體樣品的均勻性差，且可能存在動態流動或分層現象，傳統便攜式拉曼光譜儀在沒有成像和自動對焦功能的情況下，很難準確定位需要分析的區域，從而影響信號的準確性和可靠性。石油液體樣品往往較為粘稠，且表面可能不平整或有污染物，傳統光譜儀缺乏自動對焦功能，無法應對這些變化，導致焦距偏差，從而影響拉曼信號的質量和分辨率。
技術實現思路
1、針對現有技術中存在的上述問題，本專利技術提出了一種石油重金屬離子檢測的便攜式拉曼光譜測量裝置，設計合理，解決了現有技術的不足，具有良好的效果。
2、一種石油重金屬離子檢測的便攜式拉曼光譜測量裝置，包括光源模塊、波長調制模塊、激發光路模塊、共焦探測模塊、成像模塊、數據處理模塊、圖像處理模塊、自動對焦模塊；
3、光源模塊包括激光器和激光器調制電路，激光器調制電路用于控制激光器的開關操作并調節輸出功率，確保輸出光束穩定；
4、波長調制模塊用于實現光信號波長的精確調制，包括第一和第二光纖耦合器、光環行器、光纖布拉格光柵和壓電驅動器，光纖布拉格光柵通過夾具與壓電驅動器連接；
5、激發光路模塊用于確保激光準確聚焦在微流控芯片的目標區域，包括準直透鏡、窄帶通濾光片、第一二向色鏡、聚焦物鏡、微流控芯片以及樣品臺，微流控芯片設置在樣品臺上；
6、共焦探測模塊用于收集并探測石油樣品所產生的拉曼散射光，包括第二二向色鏡、高通濾光片、耦合物鏡和光纖光譜儀；
7、成像模塊用于實時采集微流控芯片基底的圖像，包括成像透鏡和ccd相機；
8、數據處理模塊用于對收集的拉曼光譜數據進行處理與分析；
9、圖像處理模塊用于對采集的微流控芯片基底的圖像進行處理，獲取圖像清晰度評價值；
10、自動對焦模塊用于分析圖像的清晰度評價值，驅動樣品臺移動，以調整樣品的對焦位置；
11、激光器調制電路與激光器連接，激光器通過第一光纖耦合器與光環行器的第一端口連接，光環行器的第二端口依次與第二光纖耦合器和光纖布拉格光柵連接，光環行器的第三端口輸出的激光進入光路結構，光路結構包括激發光路、信號采集光路和成像光路，激發光路依次包括準直透鏡、窄帶通濾光片、第一二向色鏡和聚焦物鏡，信號采集光路依次包括聚焦物鏡、第一二向色鏡、第二二向色鏡、高通濾光片和耦合物鏡，成像光路依次包括聚焦物鏡、第一二向色鏡、第二二向色鏡和成像透鏡；激光通過激光光路聚焦至微流控芯片，產生的拉曼散射光一路經過信號采集光路進入光纖光譜儀，光纖光譜儀與數據處理模塊連接，另一路經過成像光路聚焦至ccd相機，ccd相機依次與圖像處理模塊和自動對焦模塊連接。
12、進一步地，通過激光器調制電路，控制激光器的開啟和激光輸出功率，發出激光光源，激光光源經過第一光纖耦合器耦合到三路光環行器的第一端口中，光環行器通過第二端口將光束發送到光纖布拉格光柵；
13、壓電驅動器對光纖布拉格光柵施加不同應力，進行激光波長調制，光束的其中一部分光譜通過第二光纖耦合器以單模光纖形式耦合至光路，反射回光環行器，并從第三端口輸出，另一部分光譜通過光纖布拉格光柵退出光路；
14、光環行器的第三端口輸出的激光光源通過準直透鏡進行準直，經過準直的激光光束通過窄帶通濾光片進行濾波，通過第一二向色鏡和聚焦物鏡聚焦至微流控芯片上的樣品，激發樣品產生拉曼散射光，散射光包含樣品的光譜信息，即特征信息；
15、拉曼散射光通過聚焦物鏡收集后分成兩路，其中一個路經由第一和第二二向色鏡以及高通濾光片進行濾波，然后通過耦合物鏡耦合至單模光纖，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種石油重金屬離子檢測的便攜式拉曼光譜測量裝置，包括光源模塊、激發光路模塊、共焦探測模塊，光源模塊包括激光器和激光器調制電路，激發光路模塊包括準直透鏡、窄帶通濾光片、第一二向色鏡、聚焦物鏡、微流控芯片以及樣品臺，微流控芯片設置在樣品臺上，共焦探測模塊包括第二二向色鏡、高通濾光片、耦合物鏡和光纖光譜儀，其特征在于，還包括波長調制模塊、成像模塊、數據處理模塊、圖像處理模塊、自動對焦模塊；
2.根據權利要求1所述的一種石油重金屬離子檢測的便攜式拉曼光譜測量裝置，其特征在于，通過激光器調制電路，控制激光器的開啟和激光輸出功率，發出激光光源，激光光源經過第一光纖耦合器耦合到三路光環行器的第一端口中，光環行器通過第二端口將光束發送到光纖布拉格光柵；
3.根據權利要求2所述的一種石油重金屬離子檢測的便攜式拉曼光譜測量裝置，其特征在于，所述激光器采用785?nm拉曼專用激光器，所述光纖布拉格光柵嵌入到夾具中，夾具與壓電驅動器連接，壓電驅動器通過電信號控制夾具變形，進而改變光纖布拉格光柵的應變。
4.根據權利要求3所述的一種石油重金屬離子檢測的便攜式拉曼光譜
5.根據權利要求4所述的一種石油重金屬離子檢測的便攜式拉曼光譜測量裝置，其特征在于，所述光纖布拉格光柵的中心波長為785nm，通過控制光纖布拉格光柵的結構參數，調節激光波長，當壓電驅動器不對光纖布拉格光柵施加應力時，波長表達式為：
6.根據權利要求5所述的一種石油重金屬離子檢測的便攜式拉曼光譜測量裝置，其特征在于，所述第一二向色鏡反射激發光并透射拉曼散射光，第二二向色鏡透射拉曼散射光，反射瑞利散射光及其他雜散光，確保僅拉曼散射光進入CCD相機進行檢測。
7.根據權利要求6所述的一種石油重金屬離子檢測的便攜式拉曼光譜測量裝置，其特征在于，所述圖像處理模塊根據圖像清晰度評價算法對采集的圖像進行清晰度分析，并計算清晰度評價值E；
8.根據權利要求7所述的一種石油重金屬離子檢測的便攜式拉曼光譜測量裝置，其特征在于，所述數據處理模塊中，當壓電驅動器對光纖布拉格光柵施加不同應力，調制出兩種不同波長的激光時，差分及光譜還原處理具體為：
...【技術特征摘要】
1.一種石油重金屬離子檢測的便攜式拉曼光譜測量裝置，包括光源模塊、激發光路模塊、共焦探測模塊，光源模塊包括激光器和激光器調制電路，激發光路模塊包括準直透鏡、窄帶通濾光片、第一二向色鏡、聚焦物鏡、微流控芯片以及樣品臺，微流控芯片設置在樣品臺上，共焦探測模塊包括第二二向色鏡、高通濾光片、耦合物鏡和光纖光譜儀，其特征在于，還包括波長調制模塊、成像模塊、數據處理模塊、圖像處理模塊、自動對焦模塊；
2.根據權利要求1所述的一種石油重金屬離子檢測的便攜式拉曼光譜測量裝置，其特征在于，通過激光器調制電路，控制激光器的開啟和激光輸出功率，發出激光光源，激光光源經過第一光纖耦合器耦合到三路光環行器的第一端口中，光環行器通過第二端口將光束發送到光纖布拉格光柵；
3.根據權利要求2所述的一種石油重金屬離子檢測的便攜式拉曼光譜測量裝置，其特征在于，所述激光器采用785?nm拉曼專用激光器，所述光纖布拉格光柵嵌入到夾具中，夾具與壓電驅動器連接，壓電驅動器通過電信號控制夾具變形，進而改變光纖布拉格光柵的應變。
4.根據權利要求3所述的一種石油重金屬離子檢測的便攜式...
【專利技術屬性】
技術研發人員：于連棟，彭威，陸洋，高榮科，賈華坤，王飛飛，陳孝喆，金浩，
申請(專利權)人：中國石油大學華東，
類型：發明
國別省市：
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