雷射氣體分析裝置及方法
2023-06-18 04:55:16
專利名稱：雷射氣體分析裝置及方法
技術領域：
本發明涉及氣體分析，特別涉及利用雷射技術分析高粉塵高溫環境下氣體的裝置及方法。
背景技術：
眾所周知，在高溫(大於200°C )、高粉塵(大於lg/m3)工況下，傳統雷射氣體分析儀的測量雷射束無法穿透工藝管道，無法實現在線測量。為了解決該難題，現有解決方案中也提出了諸多辦法，比如使用符合流體特性的金屬擋體阻擋掉一部分粉塵或者顆粒物對光路的阻擋，進行在位預處理，如專利CN200410093507.2、US6943886B2 ;但上述解決方案的粉塵阻擋能力有限，通常在粉塵含量小於lg/Nm3的條件下比較適用。
發明內容
為了解決上述現有技術方案中的不足，本發明提供了一種分析精度高、對環境適應性好的雷射氣體分析裝置，以及一種分析精度高、可應用在高粉塵高溫環境下的雷射氣體分析方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的:一種雷射氣體分析裝置，所述分析裝置包括:雷射光源，所述雷射光源用於發出對應於氣體的吸收光譜的測量光；第一通道，所述測量光穿過所述第一通道的內部；第二通道，所述測量光穿過所述第二通道的內部；過濾器，所述過濾器處於所述第一通道和第二通道之間，內部與所述第一通道、第二通道連通；所述測量光穿過數過濾器的內部；吹掃模塊，所述反吹模塊用於提供並使吹掃氣體流過所述第一通道、第二通道，之後從排氣孔排出；反吹模塊，所述反吹模塊用於提供並使反吹氣體流過所述第一通道、第二通道，並從所述過濾器內向外排出；探測器，所述探測器用於接收穿過所述第一通道、過濾器、第二通道的測量光，將光信號轉換為電信號，並傳送到電子模塊；電子模塊，所述電子用於根據光譜分析技術處於接收到的電信號，從而分析所述待測管道內的氣體。根據上述的分析裝置，優選地，所述過濾器是中空的。根據上述的分析裝置，優選地，所述排氣孔設置在第一通道以及第二通道的壁上，或者所述過濾器上。根據上述的分析裝置，可選地，所述分析裝置進一步包括:遮擋部件，所述遮擋部件用於在反吹時堵住所述排氣孔，在吹掃時移開。
根據上述的分析裝置，優選地，所述反吹模塊進一步包括:反吹氣源，所述反吹氣源提供的反吹氣體的壓力大於待測管道內的壓力；開關子模塊，所述開關子模塊用於控制反吹氣源與第一通道、第二通道連通與否。根據上述的分析裝置，可選地，所述分析裝置進一步包括:壓力傳感器，所述壓力傳感器設置在所述過濾器內，輸出端連接判斷模塊；判斷模塊，所述判斷根據接收到的壓力值而決定是否啟動切換模塊。根據上述的分析裝置，優選地，所述第一通道和第二通道是一體化的。本發明的目的還通過以下技術方案得以實現:—種雷射氣體分析方法，所述分析方法包括以下步驟:(Al)雷射光源發出對應於待測管道內氣體的吸收光譜的測量光；(A2)測量光穿過第一通道、過濾器、第二通道的內部後被探測器接收，，光信號被轉換為電信號，並傳送到電子模塊；所述待測管道內的氣體通過所述過濾器，所述過濾器內具有待測管道內的氣體；吹掃氣體吹掃所述第一通道和第二通道，並從排氣孔排出；(A3)電子模塊利用光譜分析技術處理接收到的電信號，從而分析待測管道內的氣體；(A4)當所述過濾器需要維護時，通過切換，使得反吹氣體進入所述第一通道、第二通道和過濾器內部，並從所述過濾器內排出。根據上述的分析方法，可選地，所述分析方法進一步包括如下步驟:(BI)監測所述過濾器內的氣體壓力；(B2)判斷所述氣體壓力是否低於閾值:若低於所述閾值，則需維護所述過濾器；若不低於所述閾值，則無需維護所述過濾器。根據上述的分析方法，可選地，在維護所述過濾器時，利用遮擋部件堵住所述排氣孔。根據上述的分析方法，優選地，所述過濾器是中空的。與現有技術相比，本發明具有的有益效果為:1、在測量過程中，過濾器有效地去除氣體中的粉塵等固體顆粒物，從而使潔淨的氣體進入過濾器內，進而提高了對高粉塵測量環境的適應度，也提高了測量精度；2、第一通道和第二通道做成一體化的，提高了對高溫測量環境的適應能力；對於大尺寸的待測管道，加長第一通道和第二通道的長度即可，測量光程(即排氣孔間的長度，和過濾器的軸向長度有關聯)可通過調整過濾器的軸向長度而調整。
參照附圖，本發明的公開內容將變得更易理解。本領域技術人員容易理解的是:這些附圖僅僅用於舉例說明本發明的技術方案，而並非意在對本發明的保護範圍構成限制。圖中:圖1是根據本發明實施例1的分析裝置的結構簡圖；圖2是根據本發明實施例1的分析方法的流程圖3是根據本發明實施例2的分析裝置的結構簡圖；圖4是根據本發明實施例2的分析裝置的另一狀態結構簡圖。
具體實施例方式圖1-4和以下說明描述了本發明的可選實施方式以教導本領域技術人員如何實施和再現本發明。為了教導本發明技術方案，已簡化或省略了一些常規方面。本領域技術人員應該理解源自這些實施方式的變型或替換將在本發明的範圍內。本領域技術人員應該理解下述特徵能夠以各種方式組合以形成本發明的多個變型。由此，本發明並不局限於下述可選實施方式，而僅由權利要求和它們的等同物限定。實施例1:圖1示意性地給出了本發明實施例的雷射氣體分析裝置的結構簡圖，如圖1所示，所述分析裝置包括:雷射光源，所述雷射光源用於發出對應於氣體的吸收光譜的測量光100，如半導體雷射器；所述雷射光源設置在光發射端11內；第一通道21，所述測量光100穿過所述第一通道的內部；第二通道22，所述測量光100穿過所述第二通道22的內部；所述第一和第二通道設置待測管道壁200上。所述第一通道21和第二通道22可做成一體化的。過濾器41，所述過濾器41處於所述待測管道內，且處於第一通道21和第二通道22之間，內部與所述第一通道21、第二通道22連通；所述測量光100穿過所述過濾器41的內部，所述過濾器41的內部充滿被過濾後的氣體；優選地，所述過濾器41採用中空結構，以便使待測管道內的氣體經過濾器41過濾後進入內部。當然還可以採用其它方式，以使得在維護時，反吹氣體能夠反向衝擊過濾器上的堵塞物。吹掃模塊，所述反吹模塊用於提供並使吹掃氣體通過接頭31、32進入所述第一通道、第二通道，之後從排氣孔排出；所述排氣孔33、34處於所述待測管道內，如可設置在第一和第二通道21、22的壁上，也可以設置在過濾器41上，還可以設置在過濾器和通道之間，從而使得排氣孔33、34之間的距離為光程；所述吹掃模塊提供的氣體的壓力不小於待測管道內的氣體壓力。反吹模塊，所述反吹模塊用於提供並使反吹氣體流過所述第一通道21、第二通道22，並從所述過濾器41內向外排出，從而反方向吹掃過濾器41上累積的塵等堵塞物；所述反吹模塊提供的氣體壓力高於待測管道內的氣體壓力，從而依靠氣體的衝擊力有效地清除過濾器41上的堵塞物。切換模塊，所述切換模塊用於使第一通道21、第二通道22選擇性地與吹掃模塊或反吹模塊連通，使得在測量時啟動吹掃模塊，維護時啟動反吹模塊；所述切換模塊可選用三通閥等多通閥或人工來完成。探測器，所述探測器用於接收穿過所述第一通道、過濾器、第二通道的測量光，將光信號轉換為電信號，並傳送到電子模塊；所述探測器設置在光接收端12內；電子模塊，所述電子用於根據光譜分析技術處於接收到的電信號，從而分析所述待測管道內的氣體。
根據上述的分析裝置，可選地，所述分析裝置進一步包括:壓力傳感器，所述壓力傳感器設置在所述過濾器內，輸出端連接判斷模塊；判斷模塊，所述判斷根據接收到的壓力值而決定是否啟動切換模塊。圖2示意性地給出了本發明實施例的雷射氣體分析方法的流程圖，如圖2所示，所述分析方法包括以下步驟:(Al)雷射光源發出對應於待測管道內氣體的吸收光譜的測量光；(A2)測量光穿過第一通道、過濾器、第二通道的內部後被探測器接收，，光信號被轉換為電信號，並傳送到電子模塊；管道內的氣體通過過濾器，使得潔淨的氣體進入過濾器的內部，過濾器的軸向長度為測量光程；吹掃氣體吹掃所述第一通道和第二通道，並從排氣孔排出；(A3)電子模塊利用光譜分析技術處理接收到的電信號，從而分析待測管道內的氣體；(A4)當所述過濾器需要維護時，通過切換，使得反吹氣體進入所述第一通道、第二通道和過濾器內部，並從所述過濾器內排出。根據上述的分析方法，可選地，所述分析方法進一步包括如下步驟:(BI)監測所述過濾器內的氣體壓力；(B2)判斷所述氣體壓力是否低於閾值:若低於所述閾值，則需維護所述過濾器；若不低於所述閾值，則無需維護所述過濾器。根據本發明實施例達到的益處在於:過濾器有效地去除了氣體中的粉塵等固體顆粒物，從而使潔淨的氣體進入過濾器內，進而提高了對高粉塵測量環境的適應度，也提高了測量精度；第一通道和第二通道做成一體化的，提高了對高溫環境的適應能力；對於大尺寸的待測管道，加長第一通道和第二通道的長度即可，測量光程可通過調整過濾器的軸向長度而調整。實施例2:圖3示意性地給出了本發明實施例2的雷射氣體分析裝置的結構圖，如圖3所示，與實施例1不同的是，所述雷射氣體分析裝置進一步包括:吹掃氣接頭35，用於使吹掃氣進入第一通道、第二通道內；遮擋部件36，所述遮擋部件36設置在所述第一通道內，當所述遮擋部件移動時遮擋排氣孔33，從而使反吹氣體吹掉過濾器41外側的粉塵等顆粒物。楔形部件37，所述楔形部件37設置在所述遮擋部件36的一側；彈性部件38，所述彈性部件設置所述楔形部件37的一側。所述彈性部件可採用彈簧等部件。上述各部件的工作過程為:當雷射氣體分析裝置處於測量工作狀態時，彈性部件38處於自由狀態或少量壓縮狀態，吹掃氣體通過接頭35進入第一通道和第二通道，之後從排氣孔33排出。當過濾器41內的壓力傳感器檢測到的壓力值低於設定的閾值時，判斷模塊去啟動反吹:關閉吹掃氣體並打開反吹氣體，較大壓力的反吹氣體衝擊所述楔形部件37，使得所述彈性部件38被壓縮，隨之移動的遮擋部件36遮擋了排氣孔33，反吹氣體進入第一通道、第二通道，最終從過濾器41內排出，從而有效地清理了過濾器41外側的粉塵等顆粒物，如圖4所示。當反吹一段時間後，關閉反吹氣體，彈性部件38的壓縮量變小，推動楔形部件37移動，使得所述遮擋部件36離開所述排氣孔33。同理，所述第二通道一側也是這樣。實施例3:根據本發明實施例1的分析裝置和方法在工業過程中的應用例，具體是用來檢測脫硝中氨氣的含量。具體工況為:待測管道內的溫度為380-400°C，粉塵含量為40-50g/m3 ；待測管道的直徑為6m。在該應用例中，光源採用半導體雷射器，雷射器發射的波長對應於氨氣的吸收光譜。處於管道內的第一通道和第二通道的長度分別為2m，第一通道和第二通道採用金屬材質，並連接在一起。陶瓷過濾器嵌在第一通道和第二通道之間，軸向長度為2m，也即測量光程為2m。吹掃氣體採用氮氣，反吹氣體採用高壓空氣。
權利要求
1.一種雷射氣體分析裝置，所述分析裝置包括: 雷射光源，所述雷射光源用於發出對應於氣體的吸收光譜的測量光； 第一通道，所述測量光穿過所述第一通道的內部； 第二通道，所述測量光穿過所述第二通道的內部； 過濾器，所述過濾器處於所述待測管道內，且在所述第一通道和第二通道之間，內部與所述第一通道、第二通道連通；所述測量光穿過所述過濾器的內部； 吹掃模塊，所述反吹模塊用於提供並使吹掃氣體流過所述第一通道、第二通道，之後從排氣孔排出； 反吹模塊，所述反吹模塊用於提供並使反吹氣體流過所述第一通道、第二通道，並從所述過濾器內向外排出； 探測器，所述探測器用於接收穿過所述第一通道、過濾器、第二通道的測量光，將光信號轉換為電信號，並傳送到電子模塊； 電子模塊，所述電子用於根據光譜分析技術處理接收到的電信號，從而分析所述待測管道內的氣體。
2.根據權利要求1所述的分析裝置，其特徵在於:所述過濾器是中空的。
3.根據權利要求1所述的分析裝 置，其特徵在於:所述排氣孔設置在第一通道以及第二通道的壁上，或者所述過濾器上。
4.根據權利要求3所述的分析裝置，其特徵在於:所述分析裝置進一步包括: 遮擋部件，所述遮擋部件用於在反吹時堵住所述排氣孔，在吹掃時移開。
5.根據權利要求1所述的分析裝置，其特徵在於:所述反吹模塊進一步包括: 反吹氣源，所述反吹氣源提供的反吹氣體的壓力大於待測管道內的壓力； 開關子模塊，所述開關子模塊用於控制反吹氣源與第一通道、第二通道連通與否。
6.根據權利要求1所述的分析裝置，其特徵在於:所述分析裝置進一步包括: 壓力傳感器，所述壓力傳感器設置在所述過濾器內，輸出端連接判斷模塊； 判斷模塊，所述判斷根據接收到的壓力值而決定是否啟動切換模塊。
7.根據權利要求1所述的分析裝置，其特徵在於:所述第一通道和第二通道是一體化的。
8.一種雷射氣體分析方法，所述分析方法包括以下步驟: (Al)雷射光源發出對應於待測管道內氣體的吸收光譜的測量光； (A2)測量光穿過第一通道、過濾器、第二通道的內部後被探測器接收，，光信號被轉換為電信號，並傳送到電子模塊； 吹掃氣體吹掃所述第一通道和第二通道，並從排氣孔排出； 所述待測管道內的氣體通過所述過濾器，所述過濾器內具有待測管道內的氣體； (A3)電子模塊利用光譜分析技術處理接收到的電信號，從而分析待測管道內的氣體；(A4)當所述過濾器需要維護時，通過切換，使得反吹氣體進入所述第一通道、第二通道和過濾器內部，並從所述過濾器內排出。
9.根據權利要求8所述的分析方法，其特徵在於:所述分析方法進一步包括如下步驟: (BI)監測所述過濾器內的氣體壓力；(B2)判斷所述氣體壓力是否低於閾值: 若低於所述閾值，則需維護所述過濾器； 若不低於所述閾值，則無需維護所述過濾器。
10.根據權利要求9所 述的分析方法，其特徵在於:在維護所述過濾器時，利用遮擋部件堵住所述排氣孔。
全文摘要
本發明提供了一種雷射氣體分析方法，包括以下步驟(A1)雷射光源發出對應於待測管道內氣體的吸收光譜的測量光；(A2)測量光穿過第一通道、過濾器、第二通道的內部後被探測器接收，光信號被轉換為電信號，並傳送到電子模塊；吹掃氣體吹掃所述第一通道和第二通道，並從排氣孔排出；(A3)電子模塊利用光譜分析技術處理接收到的電信號，從而分析待測管道內的氣體；(A4)當所述過濾器需要維護時，通過切換，使得反吹氣體進入所述第一通道、第二通道和過濾器內部，並從所述過濾器內排出。本發明具有檢測精度高、對測量環境適應能力強等優點。
文檔編號G01N21/15GK103091285SQ20121059858
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月29日 優先權日2012年12月29日
發明者俞大海, 陳立波 申請人:聚光科技(杭州)股份有限公司