Лазерный мир

Шиганов И.Н., Мельников Д.М. // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”, 2012 , с:51-61, УДК: 621.37

Разработан новый комплексный метод лазерного фазового анализа оценки качества нефтепродуктов с использованием лазерного излучения, заключающийся в анализе фазовых превращений в мутной среде при ее охлаждении до застывания и последующем нагреве. Создан  автоматизированный измерительный комплекс для экспресс-анализа нефтепродуктов. Отработаны методики оценки температуры замерзания, концентрации воды (обводненности) и изменения вязкости дизельных топлив и моторных масел с применением указанного метода и автоматизированного комплекса.

Одной из наиболее важнейших проблем в области контроля качества технологических нефтепродуктов, в частности моторных топлив и масел, является выбор наиболее рационального и эффективного физического, химического или комбинированного метода [1]. Кроме того, часто необходимо проведение анализа эксплуатационных свойств непосредственно на местах отбора проб (АЗС, хранилища, магазины) [2].
Лабораторные методы, отличающиеся высокой точностью определения компонентного состав, практически нереализуемы для экспресс-применения. В свою очередь, экспрессные мобильные методы не отличаются точностью. Очень часто такими метолами определяется не конкретный параметр, а лишь диапазон его значений.
Разработан новый комплексный метод лазерного фазового анализа (ЛФА) оценки качества нефтепродуктов с использованием лазерного излучения. Метод лазерного фазового анализа заключается в анализе путем оптического контроля лазерным излучением фазовых превращений в мутной среде при ее охлаждении до застывания и последующем нагреве.
Традиционный метод фотометрии, основанный на просвечивании среды лазерным излучением, имеет следующие недостатки: после застывания нефтепродукт сильно мутнеет и для его просвечивания требуются достаточно мощные источники; такие нефтепродукты как моторное масло непрозрачны и могут не пропускать лазерное излучение. Для повышения точности и корректности результатов предложено использовать принцип зеркального отражения (рис. 1). В этом случае лазерное излучение отражается от поверхности нефтепродукта и попадает на приемник излучения.

В качестве лазерного источника с указанной длиной волны был использован полупроводниковый лазер средней мощностью 20 мВт.
Кроме лазерного источника следует применять два приемника — для отраженного и рассеянного света. Для отраженного света выбран фотодиод с плоской площадкой BPW20RF, для рассеянного — фотодиоды SD5421-002, PIN. Выбор приемников излучения был основан на нескольких основных параметрах: чувствительность; геометрические размеры; стоимость. Чувствительность должна быть достаточной для
регистрации отраженного света от 100 мкВ, и рассеянного света — от 10 нВ. В последнем случае для снижения требований был использован PIN-фотодиод, расширяющий зону приема сигнала.

Методика определения температуры застывания нефтепродуктов основана на анализе поведения кривой охлаждения (рис. 3, а). На кривой имеется несколько характерных участков. Исследования других нефтепродуктов показывают, что подобные участки характерны для многих углеводородных коллоидных растворов.

Полное содержание статьи: http://engjournal.ru/articles/225/225.pdf