專利名稱：一種利用光聲效應(yīng)檢測開放環(huán)境流體組分的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用光聲效應(yīng)檢測開放環(huán)境流體的技術(shù)，屬于光電和檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤 其突出利用光聲效應(yīng)實(shí)現(xiàn)井下開放環(huán)境流體組分的實(shí)時(shí)檢測的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)物質(zhì)受到光照射時(shí)，物質(zhì)因吸收光能而受激發(fā)，然后通過非輻射消除激發(fā)的過程使吸收 的光能(全部或部分)轉(zhuǎn)變?yōu)闊?。如果照射的光束?jīng)過周期性的強(qiáng)度調(diào)制或者采用脈沖光束 照射，則在物質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生周期性的溫度變化，使這部分物質(zhì)及其鄰近媒質(zhì)熱脹冷縮而產(chǎn)生應(yīng)力 (或壓力)的周期性變化，因而產(chǎn)生聲信號，用聲傳感器(聲換能器)可以接收這種光聲信 號，并轉(zhuǎn)換成電信號，通過對接收信號的分析，可以準(zhǔn)確的分析出樣品的組分和特性。
現(xiàn)有的光聲檢測儀器一般采用光源、聲光池、信號傳輸和分析單元封閉在一個(gè)殼體內(nèi)的 技術(shù)結(jié)構(gòu)，與環(huán)境的兼容性較差，無法實(shí)現(xiàn)開放環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)測分析。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用發(fā)明的目的提供一種可以在遠(yuǎn)程開放環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對樣品的光照產(chǎn)生光聲效應(yīng)， 通過遠(yuǎn)程信號采集、傳輸或者利用聲波的傳輸特性近程信號采集，進(jìn)而再對聲波、電波信號 進(jìn)行分析，準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)檢測出開放環(huán)境流體組分、特性。
本實(shí)用發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在需要檢測的樣品區(qū)域設(shè)置電源和經(jīng) 過調(diào)制的光源，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場樣品的照射，或者通過光纖將經(jīng)過調(diào)制的光源引導(dǎo)到需要檢測樣 品的現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)對樣品的光照射；在需要檢測的樣品區(qū)域設(shè)置光聲池，在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)聲波的采 集或者將現(xiàn)場環(huán)境虛擬成開放光聲池；聲傳感器可以使用壓電陶瓷、麥克風(fēng)、駐極體、薄膜 傳感器，也可以采用光纖、光纖光柵傳感器；傳輸可以用光纖、波導(dǎo)管、同軸電纜傳輸信號; 采用無線傳輸方案時(shí)，可以利用環(huán)境介質(zhì)(如井下、河流的液體介質(zhì))或者管道、管壁(如 油井的油管、套管，水井的水管)；處理分析單元通過對接收到的波形、頻譜信號進(jìn)行分析、 比對得出現(xiàn)場被測樣品的組分，如石油、液化氣的準(zhǔn)確含量。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是采用本發(fā)明的技術(shù)方法制作、安裝的檢測系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn) 程和特殊環(huán)境條件下液體、氣體樣品的實(shí)時(shí)監(jiān)測，可以應(yīng)用在油氣、水井的井下，河流、湖 泊，化學(xué)反應(yīng)釜、罐等環(huán)境條件下的樣品檢測、監(jiān)測。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。 圖1是光纖傳光光聲檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖2是無線井下光聲檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖3是獨(dú)立光聲池結(jié)構(gòu)圖。
圖4是油氣井井下開放光聲池結(jié)構(gòu)圖。
圖中，①是光源單元，可以包括光源、強(qiáng)度調(diào)制、頻率調(diào)制等裝置，光源可以是激光或 者普通光，連續(xù)光或者脈沖光；②是光傳輸單元， 一般采用光纖；③是光聲池，可以是獨(dú)立 光聲池或者是利用現(xiàn)場環(huán)境的開放光聲池；④是信號傳輸單元，當(dāng)選用光纖或者光纖光柵做 聲傳感器時(shí)優(yōu)選光纖傳輸結(jié)構(gòu)，當(dāng)選擇聲電轉(zhuǎn)換傳感器時(shí)優(yōu)選同軸電纜傳輸結(jié)構(gòu)，當(dāng)選用聲 拾取擴(kuò)大傳感器時(shí)優(yōu)選波導(dǎo)管或者利用管道、樣品介質(zhì)做傳輸信道；⑤是分析處理單元，可 以包括示波、解調(diào)、分析處理、計(jì)算機(jī)等裝置，對接收到的信號進(jìn)行分析處理、存儲等；⑥ 是聲傳感器(聲換能器)，當(dāng)釆用聲波導(dǎo)傳輸時(shí)，可以選用擴(kuò)音器等聲拾取、放大器件；⑦ 是受測樣品；⑧是光窗；⑨是與外界導(dǎo)通的進(jìn)出樣品口；⑩是油管；O是套管。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，①是光源單元，可以包括光源、強(qiáng)度調(diào)制、頻率調(diào)制等裝置，光源可以是激 光或者普通光，連續(xù)光或者脈沖光；其作用是為激發(fā)樣品產(chǎn)生所需要的頻譜、波形的光聲效 應(yīng)提供能量光源。②是光傳輸光纖，其作用是把光傳輸?shù)綐悠窓z測區(qū)域，實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場對樣品 的照射。③是光聲池，可以是獨(dú)立光聲池或者是利用現(xiàn)場環(huán)境的開放光聲池；其作用是使受 測樣品產(chǎn)生光聲效應(yīng)，利用聲傳感器(換能器、擴(kuò)音器)拾取聲波。④是信號傳輸單元，其 作用是將傳感器拾取的信號傳輸給分析處理單元，當(dāng)采用光纖、光纖光柵作傳感器時(shí)，優(yōu)選 利用光傳輸光纖或者做傳輸線路，當(dāng)采用聲拾取、擴(kuò)音器作傳感器時(shí)，優(yōu)選光纜金屬護(hù)套作 波導(dǎo)傳輸線路。⑤是分析處理單元，負(fù)責(zé)對反映樣品特性、組分的聲波、電波進(jìn)行分析處理 和存儲。
在圖2中，光源單元①增加了供電模塊，被安置在樣品檢測現(xiàn)場通過光聲池對樣品進(jìn)行 照射，光聲池③拾取信號，信號傳輸單元④采用有線或者無線信道負(fù)責(zé)信號傳輸，分析處理 單元⑤對反映樣品特性、組分的聲波、電波進(jìn)行分析處理和存儲。
實(shí)施例1
光源單元①將一束經(jīng)過強(qiáng)度調(diào)制的激光饋送入光傳輸光纖②，光傳輸光纖②把照射光傳 輸?shù)浆F(xiàn)場，并通過如圖3所示的光聲池光窗⑧對樣品進(jìn)行照射，光線光柵傳感器負(fù)責(zé)接收聲波，并通過光纖把信號傳輸?shù)椒治鎏幚韱卧?，解調(diào)模塊解調(diào)后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理和存 儲，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)樣品特性、組分監(jiān)測分析。 實(shí)施例2
在圖4-l中，光源單元①增加了供電模塊，被安置在樣品檢測現(xiàn)場直接對樣品進(jìn)行照射， 安置在現(xiàn)場的聲傳感器與現(xiàn)場環(huán)境構(gòu)成開放光聲池，以有線信道或者利用管壁做波導(dǎo)管將信 號傳輸給分析處理單元⑤。在圖4-2中，光源單元①增加了供電模塊，被安置在樣品檢測現(xiàn) 場直接對樣品進(jìn)行照射，現(xiàn)場產(chǎn)生的聲波通過介質(zhì)⑦、管壁⑩、O傳輸?shù)桨惭b在井口附近的 聲傳感器⑥，聲傳感器⑥負(fù)責(zé)聲波拾取、聲電信號轉(zhuǎn)換，并通過傳輸信道把信號傳輸給分析 處理單元⑤進(jìn)行分析處理。在圖4-3中，光源單元①、聲傳感器(D安裝在油管⑩內(nèi)壁，利用 油管做波導(dǎo)；也可以將光源單元①安裝在油管⑩內(nèi)壁，聲傳感器⑥安裝在油管⑩外壁，或者 將聲傳感器⑥安裝在油管⑩內(nèi)壁，光源單元①安裝在油管⑩外壁。
如果根據(jù)上述方法在多個(gè)受檢區(qū)域設(shè)置光聲池，可以實(shí)現(xiàn)多監(jiān)測點(diǎn)樣品的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測。
權(quán)利要求
1.一種利用光聲效應(yīng)檢測開放環(huán)境流體的技術(shù)方法，主要包括光源單元、光傳輸單元、光聲池、信號傳輸單元、分析處理單元，構(gòu)成遠(yuǎn)程開放環(huán)境流體光聲檢測系統(tǒng)，其特征是在受測樣品開放現(xiàn)場進(jìn)行光照射，通過傳輸信道采集受測樣品特性、組分信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光聲效應(yīng)檢測開放環(huán)境流體的技術(shù)方法，其特征是采用將光源 單元獨(dú)立安裝在受測樣品現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程現(xiàn)場照射。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光聲效應(yīng)檢測開放環(huán)境流體的技術(shù)方法，其特征是采用光纖傳 輸方式將光源單元發(fā)射的光傳輸?shù)绞軠y樣品現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程現(xiàn)場照射。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3所述的利用光聲效應(yīng)檢測開放環(huán)境流體的技術(shù)方法，其特征是光聲 池安裝在受測樣品現(xiàn)場，通過傳輸信道實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信號采集。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3所述的利用光聲效應(yīng)檢測開放環(huán)境流體的技術(shù)方法，其特征是將獨(dú) 立的聲傳感器安裝在受測樣品現(xiàn)場，與光源、現(xiàn)場環(huán)境組成開放光聲池，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信號采集。
全文摘要
一種利用光聲效應(yīng)檢測開放環(huán)境流體的技術(shù)方法。它是在受檢樣品現(xiàn)場區(qū)域設(shè)置獨(dú)立或者開放光聲池，并通過有線或者無線信道將采集到的信號傳輸?shù)椒治鎏幚韱卧?，對開放環(huán)境流體實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測。使用本方法設(shè)計(jì)、安裝的開放環(huán)境流體光聲檢測系統(tǒng)可以應(yīng)用在油井井下液體組分監(jiān)測，湖泊、河流水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測，井下瓦斯氣體監(jiān)測，容器內(nèi)液體、氣體監(jiān)測等。
文檔編號G01N29/00GK101676710SQ20081016100
公開日2010年3月24日 申請日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月16日
發(fā)明者強(qiáng) 張, 毅 趙 申請人:毅 趙