В настоящее время для анализа в технологическом процессе смешения жидких продуктов производится отбор проб с последующим лабораторным анализом различными методами, в том числе спектрофотометрическим. Используемые методы описаны в литературе [2,3]. Но время анализа пробы занимает порядка 2 часов. Для определения состава жидкости в режиме реального времени, необходимо использовать проточные кюветы, расположенные в непосредственной близости с технологическим трубопроводом для уменьшения транспортного запаздывания в измерительной системе. Проточная кювета имеет волоконно-оптические адаптеры. Структурная схема промышленной адаптивной кюветы для поточного анализа технологических жидкостей представлена на рис.1.

Рисунок 1 – Структурная схема промышленной адаптивной кюветы

Промышленная кювета для непрерывного спектрального анализа технологических жидкостей, содержащая входные и выходные защитные стекла и объективы, в фокусах которых установлены торцевые поверхности входного и выходного световодов, отличающаяся тем, что между входными объективом и защитным стеклом кюветы под углом -45 градусов к оптической оси кюветы установлено первое поворотное зеркало, а между выходным коллимационным объективом и выходным защитным стеклом кюветы под углом +45 градусов к оптической оси установлено второе поворотное зеркало, причем оси поворота расположены вне светового сечения и соединены с поворотным приводом.

    Таким образом, структурная схема проточной кюветы обеспечит 3 режима работы: режим измерения анализируемой жидкости, представленный на рис.2, когда входное и выходное зеркала расположены под углом 0 градусов, режим измерения темновых токов спектрометра (рис.3), когда входное зеркало установлено под углом 0 градусов, а выходное – под углом 45 градусов и режим сравнительного (опорного) канала (рис.4), входное и выходное зеркала расположены под углом 45 градусов.

Рисунок 2 – Режим измерения

Рисунок 3 – Режим измерения темновых токов

Рисунок 4 – Режим сравнения

    Оптическая длина пути может варьироваться в пределах от 1 до 50 мм, в зависимости от состава анализируемой жидкости. Оптимальная длина кюветы выбирается исходя из спектральных характеристик технологических жидкостей.

    Адаптивная проточная кювета может быть использована, например, в информационно-измерительной спектрометрической системе, которая помимо кюветы включает мультиплексор и спектрометр, соединенные волоконно-оптическим кабелем с входным и выходным волоконно-оптическими адаптерами проточной кюветы (рис.5) [4]. Причем, проточные кюветы устанавливаются на все технологические линии, по которым подаются компоненты и бензины. Использование нескольких анализаторов упрощает процесс сбора данных одновременно комплексным образом. Таким образом, увеличивается быстродействие системы, предотвращаются проблемы при обработке сигналов, тем самым может быть оперативно внесена поправка в технологию приготовления жидкого продукта.

    Рисунок 5 – Функциональная схема информационно-измерительной системы с промышленными адаптивными кюветами на всех технологических потоках

    Тогда работа системы будет осуществляться следующим образом.

1) Входное и выходное поворотные зеркала поворотным приводом устанавливаются в положения под углами +45 и -45 градусов к оптической оси кюветы;

2) Измеряются спектральные коэффициенты пропускания сравнительного канала и сохранение их в ПК, при этом, коэффициент передачи оптического тракта на i-ой длине волны определяется по формуле:

, (1)

где где - поток излучения, вошедший в систему,

- коэффициент передачи j-го оптического тракта на i-ой длине волны, определяемый спектральной чувствительностью спектрометра.

- спектральный коэффициент пропускания анализируемой жидкости,

– спектральный коэффициент пропускания зеркал в режиме «сравнения»,

– спектральный коэффициент пропускания оптических элементов системы (оптическое волокно, волоконно-оптические адаптеры и т.д.),

темновые токи спектрометра на i-ой длине волны;

, (2)

где – спектральный коэффициент пропускания защитных стекол кюветы, учитывающий их возможные технологические загрязнения;

3) Входное поворотное зеркало устанавливается 0 градусов, а выходное поворотное зеркало поворотным приводом устанавливаются в положения под углом 45 градусов к оптической оси кюветы – режим измерения темновых токов;

4) В этом режиме цифровые сигналы , снимаемые с выхода спектрометра, будут определяться только темновыми токами элементов фотоприемной линейки спектрометра.

5) Входное и выходное поворотные зеркала поворотным приводом устанавливаются в положения под углами 0 градусов к оптической оси кюветы;

6) Кювета заполняется тестовым компонентом;

7) Измеряются спектральные коэффициенты пропускания тестового компонента , заполненной тестовым компонентом анализируемой жидкости;

8) Тогда, в результате соотношений (1) и (2), находим коэффициент передачи оптического тракта

                    .             (3)

9) Кювета заполняется анализируемой жидкостью;

10) Определение коэффициента пропускания анализируемой технологической жидкости, учитывая коэффициент передачи оптического тракта на i-ой длине волны (3): .

11) По спектральным коэффициентам пропускания , рассчитываются соответствующие им спектральные коэффициенты поглощения по формуле:

             ,

где – коэффициент поглощения на i-ой длине волны,

L – длина оптического пути кюветы [5].

Работа системы завершена, когда сохранены спектральные коэффициенты поглощения всех компонентов и готовых продуктов на всех длинах волн.

Далее производится идентификация компонентов и определение состава анализируемой жидкости. После чего формируются управляющие воздействия на информационно-измерительную систему.

Промышленная адаптивная кювета реализуема на нефтеперерабатывающих предприятиях, а также в химической и фармацевтической промышленности, там, где необходимо анализировать технологические жидкости в режиме реального времени. Таким образом, решается задача повышения точности непрерывного спектрального анализа технологических жидкостей.