(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210378506.0 (22)申请日 2022.04.12 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 唐朝清　刘文中　 (74)专利代理 机构 华中科技大 学专利中心 42201 专利代理师 彭军芬 (51)Int.Cl. G01N 21/3577(2014.01) G01N 21/35(2014.01) G01N 21/85(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01K 11/00(2006.01)G01L 11/02(2006.01) G01P 5/20(2006.01) G01F 1/661(2022.01) (54)发明名称 检测良透光性流体参数的光学计量装置及 方法 (57)摘要 本发明公开了一种检测良透光性流体参数 的光学计量装置及方法， 属于 管道中流体计量领 域， 装置包括： 用于流过良透光性流体的管道； 干 涉光束生成模块， 生成干涉光束并输出； 光学发 射端， 对干 涉光束依次进行分光、 聚焦处理， 并在 管道的中心线处汇聚形成两个焦点； 光学接收 端， 从管道射出的光束中分离出未经散射的光 束； 信号处理电子模块， 将未经散射的光束与基 准光信号相减， 得到良透光性流体的频谱， 基准 光信号为管道空载时光学接收端分离出的光束； 信号处理电子模块还根据频谱与流体成分、 流体 浓度、 流体温度和管内压强之间的关系式， 计算 流体成分、 流体浓度、 流体温度、 管内压强中的一 个或多个。 实现多参数测量， 从而实现设备小型 化。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 114739944 A 2022.07.12 CN 114739944 A 1.一种检测良透光 性流体参数的光学计量装置， 其特 征在于， 包括： 管道， 用于流过良透光 性流体， 两侧管道壁中设置有用于穿过光束的光学窗口； 干涉光束生成模块， 用于生成干涉光束并输出； 光学发射端， 用于对所述干涉光束生成模块输出的干涉光束依次进行分光、 聚焦处理， 聚焦后的光束通过两侧管道壁中的光学窗口穿过所述管道， 并在所述管道的中心线处汇聚 形成两个焦点， 良透光 性流体中的微粒 经过各焦点时产生相同的散射； 光学接收端， 用于从所述管道射出的光束中分离出 未经散射的光束； 信号处理电子模块， 用于将所述光学接收端分离出的未经散射的光束与基准光信号相 减， 得到良透光性流体的频谱， 所述基准光信号为所述管道空载时所述光学接 收端分离出 的光束； 所述信号处理电子模块还用于根据所述频谱与流体成分、 流体浓度、 流体温度和管内 压强之间的关系式， 计算 流体成分、 流体浓度、 流体温度、 管内压强中的一个或多个。 2.如权利要求1所述的检测良透光性流体参数的光学计量装置， 其特征在于， 所述关系 式为： 其中， 表示NX种流体分别在NT个不同温度、 NP个不同压强下的成分频谱， NF 为谱内频点数； sP为压强选择向量， sT为温度选择向量； ρ 为NX种流体的浓度向量， 浓度向量 中值为0的浓度表示良透光性流体中不存在相应的流体成分； y为测得的频谱， || ·||l0为0‑ 范数。 3.如权利要求2所述 的检测良透光性流体参数的光学计量装置， 其特征在于， sP和sT为 已知参数， 所述信号处理电子模块采用贪婪 算法求解所述关系式以得到误差最小时的浓度 向量， 误差最小时的浓度向量 为良透光 性流体中各流体成分的浓度。 4.如权利要求2所述的检测良透光性流体参数的光学计量装置， 其特征在于， sP、 sT和ρ 中任意两个参数为已知参 数， 或者sP、 sT和ρ 均为未知参 数， 所述信号处理电子模块采用优化 算法计算sP、 sT和ρ 中的未知参数。 5.如权利要求1所述的检测良透光性流体参数的光学计量装置， 其特征在于， 所述光学 接收端还用于从所述管道射出的光束中分离出分别经两个焦点散射的两路散射光束， 并传 输至信号处 理电子模块； 所述信号处理电子模块还用于计算接两路散射光束的脉冲尖峰之间的时间差， 并将所 述时间差除以两个焦点之间的距离， 得到良透光 性流体的流速， 所述 流速为矢量。 6.如权利要求1 ‑5任一项所述的检测良透光性流体参数的光学计量装置， 其特征在于， 所述光学发射端利用分光模组进行分光处 理， 所述分光模组包括： 第一半反半透分光镜， 用于对所述干涉光束进行半反射半透射， 并输出反射光和透射 光； 第一全反镜， 对所述反射 光进行全反射； 第二全反镜和第三全反镜， 依次对所述透射光进行全反射， 且最终输出的光束与所述 第一全反镜 输出的光束平行。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114739944 A 27.如权利要求1 ‑5任一项所述的检测良透光性流体参数的光学计量装置， 其特征在于， 所述光学发射端利用聚焦模组进行聚焦处理， 所述聚焦模组包括： 两块凸透镜以及位于两 块凸透镜之间的凹透镜， 两块凸透镜位置固定， 凹透镜的位置可沿光轴移动， 使得两个焦点 相对于管道壁的距离可调节。 8.如权利要求1 ‑5任一项所述的检测良透光性流体参数的光学计量装置， 其特征在于， 所述光学接收端包括沿光路方向依次邻接 设置的两个汇聚模组， 汇聚模组为凸透镜或半凸 透镜。 9.一种检测良透光性流体参数的光学计量的方法， 其特征在于， 包括： 测量获取良透光 性流体的频谱， 并根据频谱与流体成分、 流体浓度、 流体温度和管内压强之间的关系式， 计 算流体成分、 流体浓度、 流体温度、 管内压强中的一个或多个。 10.如权利要求9所述的检测良透光性流体参数的光学计量的方法， 其特征在于， 所述 关系式为： 其中， 表示NX种流体分别在NT个不同温度、 NP个不同压强下的成分频谱， NF 为谱内频点数； sP为压强选择向量， sT为温度选择向量； ρ 为NX种流体的浓度向量， 浓度向量 中值为0的浓度表示良透光性流体中不存在相应的流体成分； y为测得的频谱， || ·||l0为0‑ 范数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114739944 A 3