近红外透明液体监控装置的研制和应用

    1前言

    在国内化工、医药、农药、食品等行业的生产过程中，经常有两种或两种以上的不互溶液体的静置分离，而被分离的液体往往是属于易燃、易爆、有毒、有腐蚀的液体。目前，对于这类溶液的静置分离，国内几乎都是靠操作人员肉眼观察、手工控制来实现的。在生产现场，静置分离工序所处的环境条件又常常比较差，国内市场目前难找到适合这环境的传感装置，因而使这一工序难以实现自动控制。

    为了解决L述的问题，本所采用近红外应用技术，研制出一种非接触式的近红外(短波红外)透射式的监控装置。该装置在实验室和生产现场使用后取得了令人满意的效果。

    2近红外透明液体监控装置的原理

    由于不同化学成分的透明液体，其分子的原子量、化学键类型、以及分子的几何形状等都不相同，因而，它们对同一频率范围红外辐射的选择吸收也很不相同。进一步研究发现，不同的透明液体对于短波红外(0.7~1.1 μm)的选择吸收也不相同。透明液体对干短波红外的吸收，主要是倍频及合频吸收。从宏观而言，短波红外透明液体仍然遵守lamber - Beer定律

    这里I₀为入射光强，I为出射光强，C为样品(即被监测的液体、某一组份的浓度，:为样品(即被监测的液体)的吸收系数，d为样品吸收层的厚度。

    在选定了某一波长范围内的近红外光强I₀之后，使样品吸收层厚度d保持不变(使用同一根玻璃管或同一个玻璃容器)，并保持样品的浓度恒定(但不一定相同)，那么，透过透明液体的近红外出射光强I,只取决于液体对红外辐射的吸收系数(见图1).

    当吸收系数为α₁和α₂、浓度相同C₁=C₂(或不相同C₁=C₂)的两种透明液体，经过同根玻璃管时，若入射的近红外光强为I₀，透过两种不同透明液体的出射光光强之差△I₁(或△I₂)在整个检测过程中都是稳定的。则把检测得到的光强差△I₁(或△I₂)经过光电转换、放大，就可以显示或者再转换成控制信号供给控制机构。这样，就可以满足生产中不互溶液体静置分离的显示和自动控制的要求。

    3近红外透明液体监控装置的结构

    近红外透明液体监控装置主要由红外光电探头和电子箱两大部分构成。电子箱供给红外光电探头脉冲电源，而经调制后的短波红外辐射透过透明玻璃管内流动或静止的物料(或样品)时被光电元件接收，又将这信号传回电子箱，经过转换、放大、解调、差值放大后，进行显示和报警，或者再将信号处理后，供给自动控制机构以实现生产现场的互不溶液的自动静置分离。系统方框图见图2.