用于流動流體系統的遠程多傳感器光學顆粒監測器技術方案

一種用于拍攝流動流體中殘余物和其他顆粒的光學流體監測系統。該系統可以具有多個連接到單個、位于遠程的激光器和計算機的傳感器(照相機和觀察口)。該系統還可以包括位于流體中不同位置的多個激光器、觀察口和照相機，每個傳感器被配置為拍攝不同的粒度范圍。系統可以同時拍攝在不同設備段中流動的流體。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于流動流體系統的遠程多傳感器光學顆粒監測器
本申請涉及用于對懸浮在流動流體中的物質進行光學監測的系統，尤其涉及用于監測油液或其他流體中是否存在殘余物以及殘余物的尺寸的顆粒監測系統。
技術介紹
Reintjes等人的美國專利US5572320和US6049381公開了用光學近場拍攝裝置識別流動流體中的顆粒的原位流體取樣器。這些系統中，單個激光照明器與單個觀察口和單個電子照相機設置在一起，通過單個計算機處理器對照相機的輸出進行分析，以獲取流體的顆粒內容。Reintjes等人的美國專利US6049381公開了一種使用脈沖準直光源產生流動流體中的顆粒的一系列圖像的實時懸浮顆粒監視器。Fjerdingstad等人的美國專利US7921739公開了一種具有自動在線瓶取樣操作的實時光學監視系統。Reintjes等人的美國專利US8056400公開了一種在高壓或高流速流體流動系統中用于取樣夾帶顆粒的流體的系統。這些取樣系統可以識別流體中顆粒的數量、形狀和尺寸。例如，關于存在于潤滑液體中的金屬或其他顆粒的信息可以提供關于被潤滑的機械裝置或其他系統中磨損的有價值信息。
技術實現思路
一種用于拍攝至少一個傳輸流動流體的管道中顆粒的光學流體監測系統，包括沿著所述至少一個管道放置的多個光學傳感器，每個傳感器布置為以與流動方向交叉的方向將激光光學能量發送到流體流動管道上的透明觀察窗，每個傳感器具有用于接收穿過流動流體的光學能量和用于拍攝流動流體中的顆粒的光學拍攝系統。在一個示例中，每個光學傳感器包括一個激光器。每個光學傳感器中的激光器具有不同的波長。在一些示例中，每個光學傳感器包括至少一個配置為將激光器的光能量傳輸到透明觀察窗的光纖。在一些示例中，所述系統包括可操作地耦合到所有光學傳感器的單激光器。在一些示例中，多個光纖將激光器的光能量輸出傳輸到透明觀察窗。在一些示例中，每個拍攝系統包括照相機和設置在所述照相機和管道上的觀察窗之間的透鏡。在一些示例中，多個傳感器以串聯方式沿著單管道排列，其中，多個傳感器中的一個上游傳感器被配置為拍攝較大尺寸顆粒的范圍，多個傳感器中的一個下游傳感器配置為拍攝較小尺寸顆粒的范圍，并且每個傳感器處的管道厚度使得在被拍攝的尺寸范圍內的顆粒處在拍攝系統的光學近場內，并且上游傳感器管道的管道厚度比下游傳感器管道的厚度大。在一些示例中，至少一個過濾器尺寸被設置為使得大于預定尺寸的顆粒不能到達下游傳感器。在一些示例中，多個傳感器排列在并行的管道上，其中多個傳感器的第一個被配置為拍攝較大尺寸顆粒的范圍并且多個傳感器的第二個被配置為拍攝較小尺寸顆粒的范圍，并且每個傳感器處的管道厚度使得在被拍攝的尺寸范圍內的顆粒處在拍攝系統的光學近場內，并且第一傳感器管道的管道厚度比第二傳感器管道的厚度大。并行管道在相同分支點和相同返回點連接到主流通道。在一些示例中，系統還可以包括可操作地連接以從所有的拍攝系統中接收圖像的單個計算機處理器，該計算機處理器具有根據從拍攝系統接收的圖像對顆粒形狀和尺寸進行分類的程序指令。計算機處理器可以遠離光學傳感器。在一些示例中，每個光學傳感器包括可操作地連接到光學傳感器中的拍攝系統的計算機處理器，每個計算機處理器具有根據從拍攝系統接收的圖像對顆粒形狀和尺寸進行分類的程序指令。在一些示例中，單個激光器可操作地耦合到全部光學傳感器，并且單個計算機處理器可操作地連接以從所有拍攝系統接收圖像，計算機處理器具有根據從拍攝系統接收的圖像對顆粒形狀和尺寸進行分類的程序指令。在一些示例中，光學流體監測系統適用于在至少兩個傳輸流動流體的不同管道中拍攝顆粒，該系統包括沿著每個不同管道放置以拍攝該管道中流體內的顆粒的至少一個光學傳感器。該系統可以具有沿著每個不同管道放置以拍攝該管道中流體內的顆粒的至少兩個光學傳感器。每個管道可以是不同設備段的部分。附圖說明圖1例示在多個不同位置監測流體的光學顆粒監測系統。圖2例示適用于在用于流體的光學顆粒監測系統中使用的光學傳感器頭。圖3示出用于流體的光學顆粒監測系統，其中激光器和計算機處理器遠離觀察窗和管道。圖4示出用于流體的光學顆粒監測系統，其中激光器和計算機處理器靠近觀察窗和管道。圖5例示了具有多個傳感器頭的光學顆粒監測系統。圖6A、圖6B例示了選擇觀察單元厚度以監測不同粒度范圍的選項。圖7例示用于流體的光學顆粒監測系統，其中各個傳感器頭/觀察單元分別連接到主流體中。圖8例示了用于流體的光學監測系統，其中單個傳感器頭/觀察單元并行連接到主流體。圖9例示了用于流體的光學監測系統，其中單個激光器將光學脈沖提供給位于若干設備段上的多個傳感器頭。具體實施方式圖1例示了與本專利技術具體實施例對應的用于流體的光學顆粒監測系統。系統包括多個光學傳感器或“傳感器頭”10、11、12，每個傳感器被配置為拍攝管道14、15、16內的流動流體中的顆粒。每個流體可以但不限于是油液或其他潤滑劑。傳感器可以位于沿著單流動流體的不同點上，例如，位于沿著傳輸用于單個航空引擎的冷凍劑的管道上的不同位置。可選地，傳感器可以被放置以監測不同零件或裝置中的不同流動流體。傳感器頭10、11、12可以位于遠離操作者工作站和計算機的位置。該示例中，每個傳感器頭包括光源21(例如激光器)。光穿過管道上的觀察窗并被拍攝系統24接收。圖2例示了適合于在用于流體的光學流動顆粒監測系統中使用的傳感器頭。首先參見傳感器頭10，管道14具有允許光穿過管道的光學透明部分22(“觀察單元”或“窗”)。在管道的另一側上，光源21的光能量穿過窗22到達流動流體28中。觀察單元22是一個在通道兩側具有兩個窗的通道，其允許光通過這兩個窗、穿過流體、并穿出管道到達拍攝系統24。拍攝系統24放置在觀察單元22的另一側來接收并拍攝穿過流動流體的光能量部分。由于流動流體內的顆粒通過觀察單元，光源21照亮顆粒，使得拍攝系統24檢測到產生的陰影。該示例中，光源21是靠近觀察單元的激光器，激光通過光纖23傳輸到觀察窗。在示例中，拍攝系統24可以包括一個拍攝透鏡25和一個電子照相機26，二者放置為使得該透鏡將圖像聚焦到照相機的檢測器上。透鏡25還可以放大陰影以允許實現期望的空間分辨率。照相機26將圖像發送給用于圖像分析的計算機處理器20，該圖像分析用于識別顆粒的數量、尺寸和其他相關顆粒信息。電子圖像信息通過線纜27發送給計算機，其既可以是導體或光纖也可以是無線信號傳輸。在一個具體實施例中，設置管道大小以使得單元中任意位置的顆粒將于拍攝系統的近場內(范圍適用于菲涅耳衍射(Fresneldiffraction))，并受限于粒度范圍、光源的波長和流體的折射率。在具有多于一個觀察單元的系統中，拍攝透鏡的放大倍數應該選擇適合于每個尺寸范圍，并且對于每個觀察單元也可以不同。相干光源是優選的，因為雖然可以使用非相干光源，但是對于相同的粒度范圍，相干光源允許的觀察窗厚度大于非相干光源允許的厚度。可以選擇相干光源波長以檢測到足夠的光線量，并且充足的光線必須能夠被流體中的顆粒物質吸收或偏轉，使得在拍攝的具有顆粒的流體部分與拍攝的沒有顆粒的流體部分有可分辨的不同。選擇可以位于流體合理透明區域中的光源波長。對于機械裝置(例如航空器或柴油機引擎、傳動裝置或變速箱)中經常使用的油液和潤滑本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于拍攝至少一個傳輸流動流體的管道中的顆粒的光學流體監測系統，包括：沿著所述至少一個管道放置的多個光學傳感器，每個傳感器布置為以與流動方向交叉的方向將激光光學能量發送到流體流動管道上的透明觀察窗，每個傳感器具有用于接收穿過流動流體的光學能量和用于拍攝流動流體中的顆粒的光學拍攝系統。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.06.19 US 61/661,387;2013.03.14 US 61/785,5411.一種用于拍攝至少一個傳輸流動流體的管道中的顆粒的光學流體監測系統，包括：至少一個流體流動管道；以及沿著所述至少一個流體流動管道放置的多個光學傳感器，所述多個光學傳感器沿著單個流體流動管道串聯排列或者排列在多個流體流動管道上，每個光學傳感器布置為以與流動方向交叉的方向將激光光學能量發送到流體流動管道上的透明觀察窗，每個光學傳感器具有用于接收穿過流動流體的激光光學能量和用于拍攝流動流體中的顆粒的光學拍攝系統，其中，所述多個光學傳感器中的第一光學傳感器被配置為拍攝較大尺寸范圍的顆粒，并且所述多個光學傳感器中的第二光學傳感器被配置為拍攝較小尺寸范圍的顆粒。2.如權利要求1所述的光學流體監測系統，其中每個光學傳感器包括一個激光器。3.如權利要求2所述的光學流體監測系統，其中每個光學傳感器中的所述激光器具有不同的波長。4.如權利要求2所述的光學流體監測系統，其中每個光學傳感器包括至少一個配置為將激光器的光能量傳輸到透明觀察窗的光纖。5.如權利要求1所述的光學流體監測系統，進一步包括：可操作地耦合到所有光學傳感器的單個激光器。6.如權利要求5所述的光學流體監測系統，進一步包括：將激光器的光能量輸出傳輸到透明觀察窗的多個光纖。7.如權利要求1所述的光學流體監測系統，其中每個光學拍攝系統包括照相機和透鏡，所述透鏡設置在所述照相機和流體流動管道上的透明觀察窗之間。8.如權利要求1所述的光學流體監測系統，其中多個光學傳感器沿著單個流體流動管道串聯排列，其中多個光學傳感器中的一個上游光學傳感器被配置為拍攝較大尺寸范圍的顆粒并且多個光學傳感器中的一個下游光學傳感器被配置為拍攝較小尺寸范圍的顆粒，并且每個光學傳感器處的管道厚度使得在被拍攝的尺寸范圍內的顆粒處在光學拍攝系統的光學近場內，并且其中上游傳感器管道的管道厚度比下游傳感器管道的管道厚度大。9.如權利...

【專利技術屬性】
技術研發人員：約翰·E·塔克，約翰·F·賴恩特耶斯，
申請(專利權)人：美利堅合眾國政府，由海軍部長所代表，
類型：發明
國別省市：美國;US