一种油品界面智能检测装置

技术领域

本发明属于输油设备技术领域，具体涉及到一种输油检测设备。

背景技术

管道运输目前已经成为油气资源的首选运输方式，与其它运输方式相比，管道运输有诸多明显优势，已被世界各国广泛接受和应用。管道运输运量大，能明显减少油品损耗，降低成本；可以省去装卸、运输等多个作业环节，明显降低运输费用，管道运输可以改善油品供应的协调性，优化输油操作条件，便于集中管理，而且对复杂地形和恶劣气候条件适应性强，对环境无污染，运输过程安全可靠；管道建设快、占地少、投资少。成品油管道运输更显现出其优越性，成品油属于易燃，易爆，易挥发的危险品，采用密封的管道运输具有极高的安全性。而且成品油属于液体货物，流动性较好，便于用管道运输。但是成品油种类繁多，单次运量相对原油来说较低，如果像原油运输管道一样，为每一种油品都单独建设管道，是不经济的。因此，目前在世界范围内成品油均采用顺序输送方式，界面检测仪是目前针对成品油输送的界面跟踪的设备，具有运行稳定，可辨识率高，可靠性高，维护简便的优点。

为了及时准确地掌握混油段位置，减少混油损失及后期混油处理能耗损失，保证管线安全、经济运行，人们开始研发精度较高、可靠性相对较好的光学界面检测仪。

比如暨南大学提出了CN200910193923.2一种基于透射光谱的输油管道油品界面的检测方法，其检测方法利用光源模块发出不同波长的光分别通过入射光纤及准直光部件照射到流动的油品后，透射的光经过聚光部件及出射光纤进入光谱仪模块，通过对光谱光强等数据的计算分析，并根据光谱和光强与油品的关系，解决油品界面区分问题；天津大学也提出了一种基于能流比的管道界面检测仪的研究，该检测法可以缩小界面定位误差，提高测量精度，实现实时快速检测。中国石油化工股份有限公司提出的专利CN201220501542.3光纤探头和液体界面检测装置和CN 201811024344.0一种顺序输送混油控制跟踪方法及系统也公布了一种探头的结构和检测的方法，这种探头改变了探头光学棱镜结构，相比CN2225022Y公开的一种两相液体界面光纤测试仪采用的探头部呈90°棱镜和CN1372635A公开的一种红外探测器采用的圆锥形的衰减全反射(ATR)元件精度有所提高，但是这种依靠全反射的测试结构，探头稳定性较差。

总的来说，上述几种探头结构还是会有一定量的纯油被当成混合油排放，区分精度还有待进一步提高，而且探头在大压力、高流速、周围环境温差光照变化大的输油环境中容易出现检测信号偏移现象，甚至会有探头损坏，造成测试不准。

发明内容

针对现有技术中界面检测装置精度低、探头在大压力、高流速、周围环境温差光照变化大的输油环境中容易出现检测信号偏移现象，甚至会有探头损坏，导致界面检测不准的技术问题。本发明提供了一种油品界面智能检测装置，从检测装置在输油管道上的固定、探头内部部件的固定结构等入手提高了检测装置的稳定性，通过增加控温和控光结构和电路提高了探头探测精度，提升了油品界面检测装置的灵敏度，而且方便了控制，使得油品检测装置能够精准控制，在油品界面检测领域具有广泛的适用性。

本发明提供了一种油品界面智能检测装置，包括探头、连接组件和控制系统，所述探头外部设有套管，套管前设有透镜，透镜为半球面镜头，光纤与半球面镜头熔接。

本发明中，连接组件包括光纤和设置在套管外部的接头。

本发明中，控制系统包括数显机构、光源和光电转换模块，光电转换模块含有可调恒流源电路、光电流信号隔离放大电路、信号调理电路、光纤收发接口元件。

本发明中，所述光电转换模块还包括温度控制模块和光照与温度控制机构。

本发明中，套管内设置芯体，套管和芯体之间设有O型圈。

作为一种优选的方案，光纤有两根，两根光纤周围设有密封胶，光纤与半球面镜头之间设有细光芯。

作为一种优选的方案，O型圈一侧设有O型圈挡圈。

作为一种优选的方案，光照与温度控制机构为保温遮光材料和加热机构，所加热机构和其他光电转换模块都包裹在保温遮光材料中。所用的加热机构为半导体加热器，保温遮光材料采用黑色保温泡沫。

作为一种优选的方案，探头外部的光纤外设有蛇皮管，蛇皮管外设有光纤固定接头，光纤固定接头与控制系统外壳连接。

作为一种优选的方案，光纤端头设有光纤接头，控制系统内设有连接头，连接头和光纤接头相适应连接。

作为一种优选的方案，探头前设有保护头，保护头上设有侧孔，保护头外设有环形挡板。

作为一种优选的方案，连接头一端设有三段光源孔，三段光源孔孔径依次递进，光源孔两侧设有固定螺丝，连接头另外一端设有卡接柱和固定螺纹。

本发明中，两根光纤周围设有密封胶，半球面镜头周围设有固定胶，固定胶和包裹在密封胶外部。

作为一种优选的方案，固定胶和密封胶之间设有楔形槽。

本发明中，柴油中液体石蜡和油品中的其它杂质会使探头表面形成一定厚度的“薄膜”，造成探头的光强反射率降低。为了减少“薄膜”产生的几率和减缓“薄膜”形成的速度，半球面镜头采用蓝宝石半球面镜头，而且半球面镜头表面光洁度大于2。

本发明的有益效果:

本发明提供的一种油品界面智能检测装置，光路设计和结果设计既不会受到外界光信号和温度干扰，也不会造成信号较大衰减，不管是探头内部还是与石油管道结合部位都具采用了防泄漏设计，密封性能良好，满足成品油传输的耐压要求。

本发明提供的油品界面智能检测装置，通过保护头设计使其结构具备小型化、高可靠、力学强度高、管道流阻影响小、外部空间占用小、便于安装等优势。在产品结构设计上要充分贯彻集成化和小型化设计思路，尽量减小产品体积，提高光信号转换及传输可靠性，以提升产品综合可靠性指标。整个设计使得传感器测试性能功率指标≯80W、光电流转换精度24位分辨率、控制仪表系统温控精度±1℃、反馈信号模拟量4～20mA，0～5V，0～10V及现场总线可选、反馈精度0.1％、光学探头工作温度-40℃～+80℃、光学探头工作湿度95％、控制系统工作温度+10℃～+40℃、控制系统工作湿度80％，能够在线准确分辨成品油输油管线上输送的所有油品界面，而且成本只有现有界面检测传感器的一半。

附图说明

图1是本发明油品界面智能检测装置结构示意图。

图2是本发明图1B处局部结构示意图。

图3是本发明可调恒流源电路和光电信号隔离放大电路的电路原理图。

图4为本发明所述开关稳压电路的电路原理图；

图5为本发明所述温度控制电路的电路原理图。

图6本发明连接头和光纤接头。

图1-6中：1-控制系统，2-套管，3-接头，4-光纤接头，5-芯体，6-光纤固定接头，7-O型圈挡圈，8-光纤，9-O型圈，10-蛇皮管，11-加热机构，12-挡板，13-保护头，14-半球面镜头，15-密封胶，16-连接头、17-保温遮光材料、18-光电转换模块、19-数显机构。

具体实施方式

下面结合附图1-6和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，但本发明的方法不限于下述实施例。

在本发明中，为了便于描述，对本发明中，各部件的相对位置关系的描述是根据附图1的布图方式来进行描述的，如：上、下、左、右等位置关系是依据附图1的布图方向来确定的。

本发明用到的光纤接头4、芯体5、光纤固定接头6、O型圈挡圈7、光纤8、O型圈9、蛇皮管10、半球面镜头14都能通过市场途径购买或者定制获得。光纤8采用单芯多模HPC光纤。

实施例一：油品界面智能检测装置

本发明提供了一种油品界面智能检测装置，包括探头、连接组件和控制系统1，所述探头外部设有套管2，套管2前设有透镜，套管2内设置芯体5，套管2和芯体5之间设有O型圈9，O型圈9一侧设有O型圈挡圈7，透镜为半球面镜头14。

本发明中，连接组件包括光纤8和套接在套管2外部的接头3，光纤8穿过套管2与半球面镜头14熔接。

本发明中，控制系统1包括数显机构19、光源和光电转换模块18，光电转换模块18由可调恒流源电路、光电流信号隔离放大电路、信号调理电路、温度控制模块、光照与温度控制机构、光纤收发接口元件组成。信号调理电路包括开关稳压电路和温度控制电路。

本发明中，光纤8有两根，两根光纤8周围设有密封胶15，光纤8与半球面镜头14之间设有细光芯。

本发明中，光照与温度控制机构为保温遮光材料17和加热机构11，所加热机构11和其他光电转换模块都包裹在保温遮光材料17中。所用的加热机构11为半导体加热器，保温遮光材料17采用黑色保温泡沫。

本发明中，探头外部的光纤外设有蛇皮管10，蛇皮管10外设有光纤固定接头6，光纤固定接头6与控制系统1外壳连接。

本发明中，光纤8端头设有光纤接头4，控制系统1内设有连接头16，连接头16和光纤接头4相适应连接。

本发明中，探头前设有保护头13，保护头13上设有侧孔，保护头13外设有环形挡板12。

本发明中，连接头16一端设有三段光源孔，三段光源孔孔径依次递进，光源孔两侧设有固定螺丝用来将连接头16固定在电路板上和光电转换模块18连接，连接头16另外一端设有卡接柱和固定螺纹，当光纤接头4插入连接头16用螺丝固定一端旋入固定螺纹，另外一端卡上卡接柱。

本发明中，两根光纤8周围设有密封胶15，半球面镜头14周围设有固定胶，固定胶包裹在密封胶15外部。

本发明中，固定胶和密封胶15之间设有楔形槽。

本发明中，柴油中液体石蜡和油品中的其它杂质会使探头表面形成一定厚度的“薄膜”，造成探头的光强反射率降低。为了减少“薄膜”产生的几率和减缓“薄膜”形成的速度，半球面镜头采用蓝宝石半球面镜头14，而且半球面镜头表面光洁度大于2。

实施例二：油品界面智能检测装置的应用

在适用本发明油品界面智能检测装置时，将探头的两根单芯多模HPC光纤8与蓝宝石半球面镜头14焊接，两根单芯多模HPC光纤8周围用密封胶15固定，密封胶15周围刻楔形槽，半球面镜头14和密封胶15周围灌入固定胶，固定胶渗入到楔形槽将密封胶15与芯体5固定。

芯体5周围开有凹槽，芯体5外套装套管2，套管2和凹槽之间用O型圈9和O型圈挡圈7固定，单芯多模HPC光纤8一端套接蛇皮管10，蛇皮管10一端压在套管2中，蛇皮管10外套装光纤固定接头6，光纤固定接头6安装时和控制系统1壳体固定，单芯多模HPC光纤8端头焊接光纤接头4，光纤接头4卡接到控制系统1的连接头16上，安装上固定螺丝卡住，在控制系统1的光电转换模块18周围封上保温遮光材料17，一方面位置内部温度恒定，一方面位置内部亮度恒定，保证光电信号转化过程不受温度和光照影响，套管2外套装的接头3安装时与油管连接。

这种组装方式保证了光纤的稳定性，而且通过固定胶将蓝宝石半球面镜头牢固固定，使得半球面镜头能够可靠固定。

组装好后对传感器进行测试，性能指标为：功率指标≯80W、光电流转换精度24位分辨率、控制仪表系统温控精度±1℃、反馈信号模拟量4～20mA，0～5V，0～10V及现场总线可选、反馈精度0.1％、光学探头工作温度-40℃～+80℃、光学探头工作湿度95％、控制系统工作温度+10℃～+40℃、控制系统工作湿度80％，能够在线准确分辨成品油输油管线上输送的所有油品界面，而且成本只有现有界面检测传感器的一半。

如上所述，即可较好地实现本发明，上述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明确定的保护范围内。