阅读说明：本技术 激光光声光谱在线质量分析仪表 (Laser photoacoustic spectrum on-line quality analysis instrument ) 是由 周泽龙 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种激光光声光谱在线质量分析仪表,包括激光光声光谱传感单元、MCU主控单元、人机接口触摸屏、显示屏以及经验方案制定和质量决策选择单元,激光光声光谱传感单元将激光照射的油品介质通过光声效应产生的声频信号转换为电信号,MCU主控单元对电信号进行数值运算处理,与经验和品质特征进行比对,分析油品的特征元素的定性和量值的含量,得出油品的该项成分值和质量状况,把分析结果发送给显示屏和经验方案制定和质量决策选择单元,经验方案制定和质量决策选择单元找出纠正质量的最佳方案实时提供给工艺技术人员,或反馈到控制质量的调节回路进行调节闭环控制。本发明可以同时测量多种油品成分、能降低测量成本、提高测量效率。(The invention discloses a laser photoacoustic spectrum online quality analysis instrument, which comprises a laser photoacoustic spectrum sensing unit, an MCU (micro control unit), a man-machine interface touch screen, a display screen and an experience scheme making and quality decision selecting unit, wherein the laser photoacoustic spectrum sensing unit converts an audio signal generated by an oil medium irradiated by laser through a photoacoustic effect into an electric signal, the MCU carries out numerical operation processing on the electric signal, and comparing the quality information with experience and quality characteristics, analyzing the qualitative and quantity content of the characteristic elements of the oil product to obtain the component value and the quality condition of the oil product, sending the analysis result to a display screen and an experience scheme making and quality decision selecting unit, and finding out the optimal scheme for correcting the quality by the experience scheme making and quality decision selecting unit and providing the optimal scheme for a process technician in real time or feeding the optimal scheme back to a regulating loop for controlling the quality to carry out regulating closed-loop control. The invention can simultaneously measure various oil components, reduce the measurement cost and improve the measurement efficiency.)

激光光声光谱在线质量分析仪表

技术领域

本发明涉及在线质量分析仪表领域，特别涉及一种激光光声光谱在线质量分析仪表。

背景技术

目前在线质量仪表得到广泛的应用，如石化行业用来监测生产汽油的质量，常规的方法是人工采样，然后在化验室里进行分析，分析结果再通知生产工艺部门调整，这一过程比较长，这期间可能产生一些不合格的产品，还有一些是物理在线分析装置或者其他在线分析仪，都是一台设备只能测量一种油品成分，当需要测量多种油品成分时，就需要多台设备，这样不仅造成测量成本高，还会影响测量效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可以同时测量多种油品成分、能降低测量成本、提高测量效率的激光光声光谱在线质量分析仪表。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种激光光声光谱在线质量分析仪表，包括激光光声光谱传感单元、MCU主控单元、人机接口触摸屏、显示屏以及经验方案制定和质量决策选择单元，所述激光光声光谱传感单元将激光照射的油品介质通过光声效应产生的声频信号转换为电信号，并将所述电信号发送给所述MCU主控单元，所述MCU主控单元对所述电信号进行数值运算处理，并与经验和品质特征进行比对，分析出油品的特征元素的定性和量值的含量，得出油品的该项成分值和质量状况，同时把分析结果发送给所述显示屏和经验方案制定和质量决策选择单元，通过所述经验方案制定和质量决策选择单元找出纠正质量的最佳方案实时提供给工艺技术人员，或反馈到各类控制质量的调节回路进行调节闭环控制，所述人机接口触摸屏与所述MCU主控单元连接，用于实现参数设置、数据库的输入、方案的修改和变更。

在本发明所述的激光光声光谱在线质量分析仪表中，所述激光光声光谱传感单元包括激光器、声检测传感器、带隔离的前置信号处理器、微处理器、信号数字量通信接口和隔离微电源，所述激光器通过所述声检测传感器与所述带隔离的前置信号处理器连接，所述微处理器分别与所述带隔离的前置信号处理器和信号数字量通信接口连接，所述隔离微电源与所述带隔离的前置信号处理器连接。

在本发明所述的激光光声光谱在线质量分析仪表中，所述激光光声光谱传感单元的两端设有标准管接头。

在本发明所述的激光光声光谱在线质量分析仪表中，所述MCU主控单元包括DSP处理器。

在本发明所述的激光光声光谱在线质量分析仪表中，所述经验方案制定和质量决策选择单元包括远端的上位计算机。

在本发明所述的激光光声光谱在线质量分析仪表中，还包括供电模块，所述供电模块与所述MCU主控单元连接，所述供电模块包括第一电感、第一电容、第一电阻、第二电感、第一三极管、第二电容、第二电阻、第三电阻、第四电阻、直流电源、第二三极管和电压输出端，所述第一电感的一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端分别与所述第一电阻的一端、第一三极管的基极和第四电阻的一端连接，所述第一三极管的集电极分别与所述第二电感的一端、第二电容的一端、第二电阻的一端和电压输出端连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电感的另一端和直流电源连接，所述第二电阻的另一端分别与所述第三电阻的一端和第二三极管的基极连接，所述第二三极管的集电极与所述第四电阻的另一端连接，所述第一电感的另一端、第一三极管的发射极、第二电容的另一端、第三电阻的另一端和第二三极管的发射极均接地，所述第四电阻的阻值为36kΩ。

在本发明所述的激光光声光谱在线质量分析仪表中，所述供电模块还包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第二三极管的发射极连接，所述第一二极管的阴极接地，所述第一二极管的型号为S-272T。

在本发明所述的激光光声光谱在线质量分析仪表中，所述第一三极管为NPN型三极管。

在本发明所述的激光光声光谱在线质量分析仪表中，所述第二三极管为NPN型三极管。

实施本发明的激光光声光谱在线质量分析仪表，具有以下有益效果：由于设有激光光声光谱传感单元、MCU主控单元、人机接口触摸屏、显示屏以及经验方案制定和质量决策选择单元，激光光声光谱传感单元将激光照射的油品介质通过光声效应产生的声频信号转换为电信号，MCU主控单元对所述电信号进行数值运算处理，并与经验和品质特征进行比对，分析出油品的特征元素的定性和量值的含量，得出油品的该项成分值和质量状况，把分析结果发送给经验方案制定和质量决策选择单元，找出纠正质量的最佳方案实时提供给工艺技术人员，或反馈到各类控制质量的调节回路进行调节闭环控制，本发明中的一台激光光声光谱在线质量分析仪表相当于传统技术中的多台不同的质量在线质量分析仪表，本发明可以同时测量多种油品成分、能降低测量成本、提高测量效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明激光光声光谱在线质量分析仪表一个实施例中的结构示意图；

图2为所述实施例中激光光声光谱在线质量分析仪表的工作原理图；

图3为所述实施例中供电模块的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明激光光声光谱在线质量分析仪表实施例中，该激光光声光谱在线质量分析仪表的结构示意图如图1所示。图1中，该激光光声光谱在线质量分析仪表包括激光光声光谱传感单元1、MCU主控单元2、人机接口触摸屏3、显示屏4以及经验方案制定和质量决策选择单元5，其中，激光光声光谱传感单元1将激光照射的油品介质通过光声效应产生的声频信号转换为电信号，并将电信号发送给MCU主控单元2，MCU主控单元2对电信号进行数值运算处理，并与经验和品质特征进行比对，分析出油品的特征元素的定性和量值的含量，得出油品的该项成分值和质量状况，同时把分析结果发送给显示屏4和经验方案制定和质量决策选择单元，通过经验方案制定和质量决策选择单元找出纠正质量的最佳方案实时提供给工艺技术人员，或反馈到各类控制质量的调节回路进行调节闭环控制，显示屏4可以显示参数和状态，人机接口触摸屏3与MCU主控单元2连接，用于实现参数设置、数据库的输入、方案的修改和变更等。本发明中的一台激光光声光谱在线质量分析仪表相当于传统技术中的多台不同的质量在线质量分析仪表，本发明可以同时测量多种油品成分、能降低测量成本、提高测量效率。

本实施例中，激光光声光谱传感单元1的两端设有标准管接头。激光光声光谱传感单元1包括激光器11、声检测传感器12、带隔离的前置信号处理器13、微处理器14、信号数字量通信接口15和隔离微电源16，激光器11通过声检测传感器12与带隔离的前置信号处理器13连接，微处理器14分别与带隔离的前置信号处理器13和信号数字量通信接口15连接，隔离微电源16与带隔离的前置信号处理器13连接。该激光光声光谱传感单元1一体化，能利用激光产生的光声效应，然后转换为对应的油品的元素特性和幅值含量的电信号被拾取。

经验方案制定和质量决策选择单元5包括远端的上位计算机51，配置计算机控制生产过程硬件体系，建立经验和各种方案数据库，运用AI技术分析质量要素，作出对应方案的决策，闭环控制、修改工艺过程的的生产要素。

MCU主控单元2包括DSP处理器21，接收来自激光光声光谱传感单元1的信号，这些信号经过DSP处理器21的数值运算处理，并与该激光光声光谱传感单元1的经验和品质特征的比对，分析出油品的特征元素的定性、量值的含量，从而得出油品该项成分值和质量状况。同时把该分析结果发送到显示屏4和远端的上位计算机51找出纠正质量的最佳方案实时的提供给工艺技术人员参考，或反馈到各类控制质量的调节回路进行调节闭环控制。

该激光光声光谱在线质量分析仪表提出利用激光光声的效应来获得油品的质量要数来分析油品质量，实现一台激光光声光谱在线质量分析仪达到传统多台的质量参数检测的目的。并且与经验数据库、工艺方案数据库进行比较得出油品的质量的定性和定量结果，运用方案数据库实现控制质量闭环调节油品质量。

本发明从现场采集来的质量数据经过网络传送到远端的上位计算机51上，这些数据在上位计算机51中做进一步的筛选分析，得出精确的定性和定量的确认，这些元素的要素与存放在上位计算机51中的海量数据进行比对、分类，与该上位计算机51的经验数据校对，找出符合最优控制质量的方案，确定和提供给工艺技术部门来制定质量控制决策的选择，或直接控制、调节生产仪表的参数(该部分功能还具有现场的数据采集、闭环控制回路配置)，从达到修正参数的目的。

图2为本实施例中激光光声光谱在线质量分析仪表的工作原理图。以石化油品为例，在油品需要检测如下C4、C8、H、O、S等等，这些元素的结构组成可以反映油品的质量，差异可以决定油品的性质，通常可以频谱的方法进行分析如气相色谱等。该激光光声光谱在线质量分析仪表在装在旁路管道上的激光光声光谱传感单元1，通过激光照射，在经过的油品的管道上安装的声检测传感器12检拾到声频信息，这些信息与油品的所含的基本元素(C4、C8、H、O、S)有关，当拾取到的这些信息显示在显示屏4上，这些信息中含有元素的谱线代表元素的特征和元素的量值，反应该元素的含量多少，将其与数据库的经验、特征和成分等定义的数据进行分析比对，最后得出油品的定性和各指标的含量，这些信息在送到远端的上位计算机51上进行方案的比对，质量控制决策的选择控制，反馈到生产工艺规程调节质量参数。从而达到实时的控制质量的目的，基本元素匹配不同的油品质量数据，得出的油品和项指标的定性和定量，实现一台激光光声光谱在线质量分析仪达到传统多台的质量参数检测的目的。

本实施例中，该激光光声光谱在线质量分析仪表还包括供电模块6，供电模块6与MCU主控单元2连接。图3为本实施例中供电模块的电路原理图，图3中，该供电模块6包括第一电感L1、第一电容C1、第一电阻R1、第二电感L2、第一三极管Q1、第二电容C2、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、直流电源VCC、第二三极管Q2和电压输出端Vo，其中，第一电感L1的一端与第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端分别与第一电阻R1的一端、第一三极管Q1的基极和第四电阻R4的一端连接，第一三极管Q1的集电极分别与第二电感L2的一端、第二电容C2的一端、第二电阻R2的一端和电压输出端Vo连接，第一电阻R1的另一端分别与第二电感L2的另一端和直流电源VCC连接，第二电阻R2的另一端分别与第三电阻R3的一端和第二三极管Q2的基极连接，第二三极管Q2的集电极与第四电阻R4的另一端连接，第一电感L1的另一端、第一三极管Q1的发射极、第二电容C2的另一端、第三电阻R3的另一端和第二三极管Q2的发射极均接地。

本实施例中，第四电阻R4为限流电阻，用于进行限流保护。限流保护的原理如下：当第四电阻R4所在支路的电流较大时，通过该第四电阻R4可以降低第四电阻R4所在支路的电流的大小，使其保持在正常工作状态，而不至于因电流太大导致烧坏电路中的元器件，因此电路的安全性和可靠较高。值得一提的是，本实施例中，第四电阻R4的阻值为36kΩ。当然，在实际应用中，第四电阻R4的阻值也可以根据具体情况进行相应调整，也就是第四电阻R4的阻值也可以根据具体情况进行相应增大或减小。

本实施例中，第一电感L1和第二电感L2是缠在同一磁环上的两个线圈，第一电感L1缠6圈，第二电感L2缠15圈，第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第一三极管Q1和第一电阻R1组成谐振电路，第二电容C2为滤波电容，第二电阻R2和第三电阻R3构成分压取样电路，经第二三极管Q2倒相后反馈到第一三极管Q1的基极，起到输出稳压的作用，调整第二电阻R2和第三电阻R3阻值可调整输出电压。

本实施例中，第一三极管Q1为NPN型三极管，第二三极管Q2为NPN型三极管。当然，在实际应用中，第一三极管Q1和第二三极管Q2也可以均为PNP型三极管，但这时电路的结构也要相应发生变化。

本实施例中，该供电模块6还包括第一二极管D1，第一二极管D1的阳极与第二三极管Q2的发射极连接，第一二极管D1的阴极接。第一二极管D1为限流二极管，用于进行限流保护。限流保护的原理如下：当第二三极管Q2的发射极电流较大时，通过该第一二极管D1可以降低第二三极管Q2的发射极电流的大小，使其保持在正常工作状态，而不至于因电流太大导致烧坏电路中的元器件，以进一步增强电路的安全性和可靠性。值得一提的是，本实施例中，第一二极管D1的型号为S-272T。当然，在实际应用中，第一二极管D1也可以采用其他型号具有类似功能的二极管。

总之，本实施例中，本发明中的一台激光光声光谱在线质量分析仪表相当于传统技术中的多台不同的质量在线质量分析仪表，本发明可以同时测量多种油品成分、能降低测量成本、提高测量效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。