用于航空煤油中游離水和微小雜質濃度在線檢測的分析儀度在線檢測的分析儀的制作方法

本發明涉及航空煤油污染物濃度檢測的光學分析儀器技術領域，具體是用于航空煤油中游離水和微小雜質濃度在線檢測的分析儀度在線檢測的分析儀。

背景技術：

航空煤油的清潔性是影響航空發動機系統使用壽命的一個重要因素，其評價指標有兩個，即雜質和游離水。航煤在貯存、運輸、加注和使用過程中不可避免的受到污染而出現雜質和游離水。

航空煤油中的雜質會嚴重影響航空發動機零部件的正常運轉并加速發動機零部件磨損，會引起油路和量孔堵塞，使浮子機構的閥門、省油器和加速泵工作條件變差。航空煤油中雜質還引起氣門導管卡滯和燒壞氣門研磨工作面，降低了發動機工作的可靠性。雜質對航空發動機供油系統其危害更大，固體雜質還會阻塞濾油器的網孔，嚴重時，會中斷供油。

航空煤油中含有游離水時，潤滑性能便會下降而使機件的磨損增大。同時游離水對儲油容器和發動機燃料系統合金鋼材料零件易產生腐蝕，從而使精密部件發生卡住現象，使調節機構失靈，嚴重時甚至會發生燃料泵柱塞卡死，傳動軸折斷等。游離水混入航煤中，會加速航煤的氧化，并溶解抗氧防膠劑，從而使安全性降低。游離水還會滋生細菌，在低溫下會產生冰晶，阻塞油濾，影響發動機的正常工作。

傳統的航空煤油在線檢測設備只能檢測航空煤油中不同尺寸的顆粒所造成的濁度，并提供相應的測試結果，該設備稱為濁度計。傳統的航空煤油注油管道配備有微孔過濾器（濾芯半徑為0.5 μm），大于該尺寸的雜質顆粒或游離水無法通過該過濾器，當航空煤油中大量半徑均小于0.5 μm的雜質顆粒和游離水通過過濾器后，航空煤油的雜質和游離水濃度會大幅上升。而濁度計只對被測采樣體積內的濁度信息進行測量的，無法將航空煤油中的游離水和雜質的濃度分開測量，并且無法測量微量雜質和游離水的濃度，從而不能夠排查航空煤油受到污染的具體原因，進而不能給出有效控制航空煤油污染的措施。

技術實現要素：

為了解決背景技術中對航空煤油中游離水和雜質濃度分別的、實時的檢測功能需要，本發明提供了用于航空煤油中游離水和雜質濃度在線檢測的分析儀。本發明采用主動光學散射方法，在散射腔內設置0°、90°和11°探測通道，通過實時監測航空煤油流過散射體積內各個探測通道的航空煤油游離水與雜質的散射光信號，探測器單元探測到的光學信號轉換成相應的電子學信號，利用理論與實驗方法確定電子學信號與航煤中游離水和雜質含量之間的關系，在數顯裝置上實時顯示航煤中游離水和雜質的含量變化。游離水測量范圍為0~100ppm（靈敏度0.5ppm），雜質測量范圍為0~10mg/L（靈敏度0.05 mg/L）

本發明的目的在于提供用于航空煤油中游離水和微小雜質濃度在線檢測的分析儀度在線檢測的分析儀，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

用于航空煤油中游離水和微小雜質濃度在線檢測的分析儀度在線檢測的分析儀，包括主控單元、光電探測單元和數據傳輸單元，所述主控單元通過無線網絡與光電探測單元無線通訊連接，光電探測單元通過無線網絡與數據傳輸單元無線通訊連接；光電探測單元一側通過管道連接過濾器，另一側通過管道連接發動機；光電探測單元與發動機連接的管道上安裝有閥門，所述閥門通過導線與主控單元連接；所述光電探測單元包括單色激光光源、準直系統、入射藍寶石窗口、油路轉接閥體、航空煤油樣品、定標監測單元、出射藍寶石窗口、0°探測通道、孔徑光闌A、11°探測通道、90°探測通道、孔徑光闌B、相干探測通道和分束器，所述油路轉接閥體為環形，油路轉接閥體左端中間位置和頂端中間位置均安裝有入射藍寶石窗口，與位于油路轉接閥體左端中間位置的入射藍寶石窗口對稱的位置安裝有出射藍寶石窗口；油路轉接閥體上安裝有定標監測單元；入射藍寶石窗口左側設有分束器，分束器內部有相干探測通道；分束器左側設有準直系統，準直系統左側設有單色激光光源；油路轉接閥體內部為散射腔，散射腔內設有0°探測通道、11°探測通道和90°探測通道；11°探測通道外側設有孔徑光闌A，90°探測通道外側設有孔徑光闌B；所述數據傳輸單元和主控單元由探測頭部、電控箱、電源適配器、人機界面組成，所述探測頭部通過無線網絡或數據線與電控箱通訊連接，電控箱通過無線網絡或數據線與人機界面通訊連接；探測頭部和電控箱均通過電源線與電源適配器連接；所述探測頭部由0°探測器、11°探測器、90°探測器、相干探測器、單色激光光源控制電路、溫度流速組件、信號處理電路和前放電路組成；電控箱內有放大器單元、嵌入式單元、多通道A/D轉換、時間芯片、SD/FLASH/USB存儲、鍵盤、液晶顯示組成；人機界面裝載于微計算機中，與電控箱通過RS232或以太網進行通訊控制。

本發明的使用方法是：

激發單色激光光源，單色激光光源發出的光束經過前端準直系統準直，準直系統是由3片光學鏡片組成，經過準直系統的光束以較小口徑的平行光光束經過入射藍寶石窗口，進入油路轉接閥體中，準直光束經過分束器，經束器14分束后，一部分光進入到相干探測通道，一部分經入射藍寶石窗口進入油路轉接閥體中，準直光束入射到航煤流動區域，經過航空煤油中的游離水和雜質時，發生散射作用形成不同方向的散射光，散射光經過出射藍寶石窗口，一部分經孔徑光闌進入11°探測通道，探測航空煤油中雜質和游離水在11°方向上的散射光強，一部分散射光通過孔徑光闌進入90°探測通道探測航空煤油中雜質和游離水在90°方向上的散射光強；散射光第三部分則通過出射藍寶石窗口進人0°探測通道，實現對單色激光光源強度值變化的監測，反饋調節單色激光光源的輸出功率；

當分析儀需要定標時，定標監測單元移入到油路轉接閥體中心實現對0°探測通道、11°探測通道和90°探測通道中探測器響應度的監測和標定；當分析儀正常工作時，定標監測單元則離開油路轉接閥體的中心位置；

對單色激光光源每隔一定時間進行標定，具體定標方法：使用分束器將入射光束的一部分引出，作為觀測光強，與0°探測通道的探測信號、光源功率對比，對系統進行綜合標定。 根據上述發明原理，可確定探測區域的雜質含量。根據管道中航空煤油的污染物含量與預設值對比，主控單元決定閥門的開閉；

由探測頭部輸入的四種信號在電控箱內進行二次放大后由多通道A/D轉換采集輸入到嵌入式系統；嵌入式系統是整個系統的控制核心，嵌入式系統將數據存儲，并在液晶顯示的同時，向微機發送實時數據，由界面進行觀察數據曲線；外部的鍵盤用于響應用戶輸入的指令，液晶顯示工作狀態和測試數據，時間芯片用于系統保存數據使用，系統含有可用于維持時間芯片下電工作。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明能夠對航空煤油中游離水和雜質濃度分別的、實時的在線檢測。當游離水、雜質，或二者的濃度超過預設值，報警系統發出報警并提示操作人員關閉注油系統閥門，停止給飛機等注油，操作者可及時檢查注油系統中的過濾系統是否出現異常。進而保障航空煤油的清潔度，保證航空煤油發動機正常工作，減少航空事故。

附圖說明

圖1是本發明的結構框圖。

圖2是本發明中光電探測單元的結構示意圖。

圖3是本發明中數據傳輸單元和主控單元的結構框圖。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。

請參閱圖1-3，用于航空煤油中游離水和微小雜質濃度在線檢測的分析儀度在線檢測的分析儀，包括主控單元、光電探測單元和數據傳輸單元，所述主控單元通過無線網絡與光電探測單元無線通訊連接，光電探測單元通過無線網絡與數據傳輸單元無線通訊連接；光電探測單元一側通過管道連接過濾器，另一側通過管道連接發動機；光電探測單元與發動機連接的管道上安裝有閥門，所述閥門通過導線與主控單元連接；所述光電探測單元包括單色激光光源1、準直系統2、入射藍寶石窗口3、油路轉接閥體4、航空煤油樣品5、定標監測單元6、出射藍寶石窗口7、0°探測通道8、孔徑光闌A9、11°探測通道10、90°探測通道11、孔徑光闌B12、相干探測通道13和分束器14，所述油路轉接閥體4為環形，油路轉接閥體4左端中間位置和頂端中間位置均安裝有入射藍寶石窗口3，與位于油路轉接閥體4左端中間位置的入射藍寶石窗口3對稱的位置安裝有出射藍寶石窗口7；油路轉接閥體4上安裝有定標監測單元6；入射藍寶石窗口3左側設有分束器14，分束器14內部有相干探測通道13；分束器14左側設有準直系統2，準直系統2左側設有單色激光光源1；油路轉接閥體4內部為散射腔，散射腔內設有0°探測通道8、11°探測通道10和90°探測通道11；11°探測通道10外側設有孔徑光闌A9，90°探測通道11外側設有孔徑光闌B12。定標監測單元6的具體使用方法是：使用分束器14將入射光束的一部分引出，作為觀測光強，與0°探測通道8的探測信號、光源功率對比，對系統進行綜合標定。所述數據傳輸單元和主控單元由探測頭部、電控箱、電源適配器、人機界面組成，所述探測頭部通過無線網絡或數據線與電控箱通訊連接，電控箱通過無線網絡或數據線與人機界面通訊連接；探測頭部和電控箱均通過電源線與電源適配器連接；所述探測頭部由0°探測器、11°探測器、90°探測器、相干探測器、單色激光光源1控制電路、溫度流速組件、信號處理電路和前放電路組成，負責對游離水及雜質的散射光信號的光電轉換；電控箱內有放大器單元、嵌入式單元、多通道A/D轉換、時間芯片、SD/FLASH/USB存儲、鍵盤、液晶顯示組成；人機界面裝載于微計算機中，可與電控箱通過RS232或以太網進行通訊控制。儀器工作時，可以輸入直流電源或由220V經過電源適配器轉換供電。

本發明的使用方法是：

激發單色激光光源1，單色激光光源1發出的光束經過前端準直系統2準直，準直系統是由3片光學鏡片組成，經過準直系統2的光束以較小口徑的平行光光束經過入射藍寶石窗口3，進入油路轉接閥體4中，準直光束經過分束器14，經束器14分束后，一部分光進入到相干探測通道13，一部分經入射藍寶石窗口3進入油路轉接閥體4中，準直光束入射到航煤流動區域，經過航空煤油中的游離水和雜質時，發生散射作用形成不同方向的散射光，散射光經過出射藍寶石窗口7，一部分經孔徑光闌9進入11°探測通道10，探測航空煤油中雜質和游離水在11°方向上的散射光強，一部分散射光通過孔徑光闌12進入90°探測通道12探測航空煤油中雜質和游離水在90°方向上的散射光強。散射光第三部分則通過出射藍寶石窗口7進人0°探測通道8，實現對單色激光光源1強度值變化的監測，反饋調節單色激光光源1的輸出功率，進而保證單色激光光源1在光信號散射區內輸入強度值保持恒定。為能夠準確的測量污染物含量，分析儀因此設置了0°探測通道8、11°探測通道10和90°探測通道12的多個角度探測通道。為了實現對0°探測通道8、11°探測通道10和90°探測通道12中探測器響應度的監測和標定，在油路轉接閥體4上還配備了定標監測單元6，定標監測單元6采用電動控制可以在油路轉接閥體4內部直線往復移動，當分析儀需要定標時，定標監測單元6移入到油路轉接閥體4中心實現對0°探測通道8、11°探測通道10和90°探測通道12中探測器響應度的監測和標定。當分析儀正常工作時，定標監測單元6則離開油路轉接閥體4的中心位置；

對單色激光光源1每隔一定時間進行標定，具體定標方法：使用分束器14將入射光束的一部分引出，作為觀測光強，與0°探測通道8的探測信號、光源功率對比，對系統進行綜合標定。 根據上述發明原理，可確定探測區域的雜質含量。根據管道中航空煤油的污染物含量與預設值對比，主控單元決定閥門的開閉；

由探測頭部輸入的四種信號在電控箱內進行二次放大后由多通道A/D轉換采集輸入到嵌入式系統；嵌入式系統是整個系統的控制核心，嵌入式系統將數據存儲，并在液晶顯示的同時，向微機發送實時數據，由界面進行觀察數據曲線；外部的鍵盤用于響應用戶輸入的指令，液晶顯示工作狀態和測試數據，時間芯片用于系統保存數據使用，系統含有可用于維持時間芯片下電工作。嵌入式系統還負責與溫度流速探測組件通訊，采集探測頭部的溫度和流速信息。

本發明采用前向光學散射方法，實現航空煤油在注油過程中對游離水和雜質在被測腔內實時的、分別進行濃度測量。通過設置0°、90°和11°探測通道，保證同時分別監測航空煤油中游離水和雜質，且測量過程中兩者互不干擾。同時還自帶定標單元，用于標定分析儀中單色激光光源、各路探測通道和液體流速。分析儀通過對數據的判讀，通過主控系統將數據顯示在數字顯示面板或計算操作界面，通過對游離水和雜質濃度的判讀，對注油閥門進行開關控制，避免高濃度的游離水和雜質注入到發動機內，在保證航空發動機正常工作。

各探測單元探測到的光學信號轉換成相應的電子學信號，利用理論與實驗方法確定電子學信號與航煤中游離水和雜質含量之間的關系，在數顯裝置上實時顯示航煤中游離水和雜質的含量變化。游離水測量范圍為0~100ppm（靈敏度0.5ppm），雜質測量范圍為0~10mg/L（靈敏度0.05 mg/L）。

為能夠準確的測量污染物含量，本發明設置了0°探測通道8、11°探測通道10和90°探測通道12的多個角度探測通道。為了實現對0°探測通道8、11°探測通道10和90°探測通道12中探測器響應度的監測和標定，在油路轉接閥體4上還配備了定標監測單元6，定標監測單元6采用電動控制可以在油路轉接閥體4內部直線往復移動，當分析儀需要定標時，定標監測單元6移入到油路轉接閥體4中心實現對0°探測通道8、11°探測通道10和90°探測通道12中探測器響應度的監測和標定。當分析儀正常工作時，定標監測單元6則離開油路轉接閥體4的中心位置。

本發明還配備了相干探測通道13用于對單色激光光源1的輻亮度及波長標定，單色激光光源1的長時間使用，會導致其輻亮度值發生變化，使得在相同污染物含量的條件下與初始亮度值下所得到的散射光強有所降低，導致測量的污染物含量產生較大誤差，甚至產生錯誤。因此，需要對單色激光光源1每隔一定時間進行標定，這是保證測量準確的前提條件。

探測頭部對輸入的四路探測通道的信號在電控箱內進行二次放大后由多通道A/D轉換采集輸入到嵌入式系統。嵌入式系統是整個系統的控制核心，嵌入式系統將數據存儲，并在液晶顯示的同時，向微機發送實時數據，可由界面進行觀察數據曲線。外部的鍵盤用于響應用戶輸入的指令，液晶顯示工作狀態和測試數據，時間芯片用于系統保存數據使用，系統含有可用于維持時間芯片下電工作。嵌入式系統還負責與溫度流速探測組件通訊，采集探測頭部的溫度和流速信息。

上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利并不限于上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下作出各種變化。