本發明專利技術一種基于超聲波衍射光柵的液體密度的在線監測系統，包括激光器、擴束鏡、平行光管、壓電陶瓷平面超射波發生器、DDS超聲波信號源、超聲池、蠕動泵進樣系統和CCD測量系統，激光器輸出的激光束經擴束鏡和平行光管得到高品質的單色線光源，DDS超聲波信號源產生的高頻正余弦信號激勵壓電陶瓷平面超射波發生器在超聲池中形成“超聲光柵”；所述的線光源的出射光束經過“超聲光柵”的衍射，得到一列銳細的單色衍射條紋，匯聚透鏡將同一方向衍射角的出射光線匯聚于在CCD測量系統的光敏面位置；由CCD測量系統將衍射條紋采集到計算機計算出條紋間距，求出液體樣品的密度。本發明專利技術具有精度高，易于實時監測；結構簡潔易行，可操作性強；無復雜的光學系統，成本低等的特點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種液體密度在線監測系統，尤其涉及一種基于超聲波衍射光柵的液體密度的在線監測系統。
技術介紹
目前光電技術及超聲波技術已經相當成熟，在許多領域光電技術與超聲波技術都有廣泛的應用。對于液體密度的在線監測，現在國內還沒有采用光電和超聲波技術結合實現監測液體密度的儀器設備。對于液體密度的測定和監控主要采用以下兩種測定方法(1)在固定體積的情況下，采用監測對應質量的辦法得到其密度；(2)利用力敏器件測液體內的壓差。此兩種方法的缺點主要有(1)對傳感器的工作狀態要求苛刻，要實現精確測定，測試環境必須穩定、干擾小且傳感器的測量精度要足夠高；(2)傳感器使用前必須進行預處理操作，如校準；(3)傳感器特性曲線的疲勞變化，如隨使用時間的推移，傳感器的特性曲線質量降低，從而導致精度降低，誤差增大。
技術實現思路
本專利技術克服了現有技術中的不足，提供一種基于超聲波衍射光柵的液體密度的在線監測系統。為了解決上述存在的技術問題，本專利技術是通過以下技術方案實現的一種基于超聲波衍射光柵的液體密度的在線監測系統，包括激光器、擴束鏡、平行光管、壓電陶瓷平面超聲波發生器、DDS超聲波信號源、超聲池、蠕動泵進樣系統和CCD測量系統，其構成形式為擴束鏡置于激光器前，平行光管置于擴束鏡前，超聲池置于平行光管前，超聲池內安裝有壓電陶瓷平面超射波發生器，壓電陶瓷平面超射波發生器與DDS超聲波信號源連接。激光器輸出的激光束經擴束鏡和平行光管得到高品質的單色線光源；DDS超聲波信號源產生的高頻正余弦信號激勵壓電陶瓷平面超射波發生器在超聲池中形成“超聲光柵”；所述的線光源的出射光束經過“超聲光柵”的衍射，得到一列銳細的單色衍射條紋，匯聚透鏡將同一方向衍射角的出射光線匯聚于同一衍射級次位置，此位置在該匯聚透鏡的像方焦平面，同時也在CCD測量系統的光敏面位置；由CCD測量系統將衍射條紋采集到計算機，計算機計算出條紋間距，求出液體樣品的密度，所述的蠕動泵進樣系統與超聲池連接。所屬的CXD系統的CXD傳感器是線陣的。本專利技術的基于超聲波衍射光柵的液體密度的在線監測系統的工作原理是當超聲波發生器在周期性高頻正弦電信號的激勵下產生超聲波，此超聲波在樣品池液體中激勵液體媒質產生周期性排布的疏密縱波，進而使液體密度呈現周期性排列，當激光束垂直入射此液體時，液體中疏密不同(折射率不同)會產生類似光柵的作用，通過CCD采集分析經過樣3品池后單色出射光線的衍射圖樣，得出液體的密度。由于采用上述技術方案，本專利技術提供的一種基于超聲波衍射光柵的液體密度的在線監測系統，與現有技術相比，其有益效果是由于采用光電技術手段，可實現液體密度的實時、在線監測，避免了現場在線監測情況下一般傳感器使用的不利方面，而且其精度高，系統穩定性好，采用計算機軟件數據處理速度快且可動態顯示測量結果。附圖說明圖1是基于超聲波衍射光柵的液體密度的在線監測系統的結構框圖；圖2是CCD系統采集時的窗口圖樣；圖3是利用超聲光柵衍射測量的光路圖。其中，1 激光器，2 擴束鏡，3 平行光管，4 超聲池，5 :DDS超聲波信號源，6 壓電陶瓷平面超射波發生器，7 匯聚透鏡，8 :(XD測量系統，9 計算機，10 蠕動泵進樣系統。具體實施例方式下面結合附圖與具體實施方式對本專利技術作進一步詳細描述如圖1所示，本專利技術的基于超聲波衍射光柵的液體密度的在線監測系統，包括一個氦氖激光器(632. 8nm) 1，也可用半導體激光器(600nm)；—個擴束鏡2，一個平行光管3是由兩塊凸透鏡組成的鏡筒結構，前方透鏡的像方焦點與后方透鏡的物方焦點重合，且前端裝有可調狹縫；一個超聲池4是由石英精密加工而成的帶蓋長方形容器；一個DDS超聲波信號源(DDS模塊)5，一塊壓電陶瓷平面超射波發生器6使用的是PZT晶片；一塊匯聚透鏡7，一個線陣CXD探測器8，計算機9和一個蠕動泵10 ；擴束鏡置于激光器前，平行光管置于擴束鏡前，超聲池置于平行光管前，超聲池內安裝有壓電陶瓷平面超射波發生器，壓電陶瓷平面超射波發生器與DDS超聲波信號源連接，激光器輸出的激光束經擴束鏡和平行光管得到高品質的單色線光源；DDS超聲波信號源產生的高頻正余弦信號激勵壓電陶瓷平面超射波發生器在超聲池中形成“超聲光柵”；所述的線光源的出射光束經過“超聲光柵”的衍射，得到一列銳細的單色衍射條紋，匯聚透鏡將同一方向衍射角的出射光線匯聚于同一衍射級次位置，此位置在該匯聚透鏡的像方焦平面，同時也在CXD測量系統的光敏面位置；由CXD測量系統將衍射條紋采集到計算機，計算機計算出條紋間距，求出液體樣品的密度，所述的蠕動泵進樣系統與超聲池連接；所述蠕動泵10可以在12V直流電壓工作下，將待測液體樣品從液體容器(或管路)中泵入超聲池4，多余的樣品從排出管流回到液體容器。用上述基于超聲波衍射光柵的液體密度的在線監測系統來測定純凈水的密度，其具體操作方法如下一、系統調整(1)線光源調整調整激光器、擴束鏡、平行光管三者等高、共軸，微調平行光管前端狹縫，得到豎直、銳細、高亮的線光源。(2) CXD成像系統調整調整會聚透鏡與CCD接收器之間的距離，使CCD陣列的光敏面位于會聚透鏡的焦平面位置，此項調整可借助接收白屏(紙板、塑料板均可)，通過眼睛目測看到匯聚透鏡后方的狹縫的像邊緣清楚的即可，記下屏的表面位置，再將CCD光敏面放置于之前白屏的位置，然后再由CXD采集軟件通過成像的對比度及清晰度微調CXD光敏面與會聚透鏡之間的距離，調整好可得如圖2 (a)所示效果，并測出匯聚透鏡焦距數值/(3)超聲光柵調整將DDS信號輸出端接至PZT晶片兩輸入端，再開啟蠕動泵將待測純凈水泵入樣品池，打開DDS電源，調整輸出頻率，使出現的衍射條紋級次最多，這可以通過C⑶采集窗口觀察到，如圖2 (b)所示。二、純凈水測試與數據處理系統調整好，通過CXD對衍射年紋進行觀測，如圖2 (b)所示。可得如下數據，見表1。系統使用氦氖激光器(輸出波長3力632. 8nm), CXD光敏單元間距llum。表1 40°C純凈水CCD觀測衍射條紋數據表(7 =10. 18MHz, / =150mm)本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1. 一種基于超聲波衍射光柵的液體密度的在線監測系統，其特征在于它包括激光器、擴束鏡、平行光管、壓電陶瓷平面超射波發生器、DDS超聲波信號源、超聲池、蠕動泵進樣系統和CCD測量系統，其構成形式為擴束鏡置于激光器前，平行光管置于擴束鏡前，超聲池置于平行光管前，超聲池內安裝有壓電陶瓷平面超射波發生器，壓電陶瓷平面超射波發生器與DDS超聲波信號源連接，激光器輸出的激光束經擴束鏡和平行光管得到高品質的單色線光源；...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王鎖明，侯彬，朱艷英，朱二曠，黃海波，曹曉嬌，
申請(專利權)人：燕山大學，
類型：發明
國別省市：
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