CN103091285B - 激光气体分析装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光气体分析方法，包括以下步骤：(A1)激光光源发出对应于待测管道内气体的吸收光谱的测量光；(A2)测量光穿过第一通道、过滤器、第二通道的内部后被探测器接收，光信号被转换为电信号，并传送到电子模块；吹扫气体吹扫所述第一通道和第二通道，并从排气孔排出；(A3)电子模块利用光谱分析技术处理接收到的电信号，从而分析待测管道内的气体；(A4)当所述过滤器需要维护时，通过切换，使得反吹气体进入所述第一通道、第二通道和过滤器内部，并从所述过滤器内排出。本发明具有检测精度高、对测量环境适应能力强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及气体分析，特别涉及利用激光技术分析高粉尘高温环境下气体的装置及方法。
背景技术
众所周知，在高温(大于200℃)、高粉尘(大于1g/m3)工况下，传统激光气体分析仪的测量激光束无法穿透工艺管道，无法实现在线测量。
为了解决该难题，现有解决方案中也提出了诸多办法，比如使用符合流体特性的金属挡体阻挡掉一部分粉尘或者颗粒物对光路的阻挡，进行在位预处理，如专利CN200410093507.2、US6943886B2；但上述解决方案的粉尘阻挡能力有限，通常在粉尘含量小于1g/Nm3的条件下比较适用。
发明内容
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种分析精度高、对环境适应性好的激光气体分析装置，以及一种分析精度高、可应用在高粉尘高温环境下的激光气体分析方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种激光气体分析装置，所述分析装置包括：
激光光源，所述激光光源用于发出对应于气体的吸收光谱的测量光；
第一通道，所述测量光穿过所述第一通道的内部；
第二通道，所述测量光穿过所述第二通道的内部；
过滤器，所述过滤器处于所述第一通道和第二通道之间，内部与所述第一通道、第二通道连通；所述测量光穿过数过滤器的内部；
吹扫模块，所述反吹模块用于提供并使吹扫气体流过所述第一通道、第二通道，之后从排气孔排出；
反吹模块，所述反吹模块用于提供并使反吹气体流过所述第一通道、第二通道，并从所述过滤器内向外排出；
探测器，所述探测器用于接收穿过所述第一通道、过滤器、第二通道的测量光，将光信号转换为电信号，并传送到电子模块；
电子模块，所述电子用于根据光谱分析技术处于接收到的电信号，从而分析所述待测管道内的气体。
根据上述的分析装置，优选地，所述过滤器是中空的。
根据上述的分析装置，优选地，所述排气孔设置在第一通道以及第二通道的壁上，或者所述过滤器上。
根据上述的分析装置，可选地，所述分析装置进一步包括：
遮挡部件，所述遮挡部件用于在反吹时堵住所述排气孔，在吹扫时移开。
根据上述的分析装置，优选地，所述反吹模块进一步包括：
反吹气源，所述反吹气源提供的反吹气体的压力大于待测管道内的压力；
开关子模块，所述开关子模块用于控制反吹气源与第一通道、第二通道连通与否。
根据上述的分析装置，可选地，所述分析装置进一步包括：
压力传感器，所述压力传感器设置在所述过滤器内，输出端连接判断模块；
判断模块，所述判断根据接收到的压力值而决定是否启动切换模块。
根据上述的分析装置，优选地，所述第一通道和第二通道是一体化的。
本发明的目的还通过以下技术方案得以实现：
一种激光气体分析方法，所述分析方法包括以下步骤：
(A1)激光光源发出对应于待测管道内气体的吸收光谱的测量光；
(A2)测量光穿过第一通道、过滤器、第二通道的内部后被探测器接收，，光信号被转换为电信号，并传送到电子模块；
所述待测管道内的气体通过所述过滤器，所述过滤器内具有待测管道内的气体；
吹扫气体吹扫所述第一通道和第二通道，并从排气孔排出；
(A3)电子模块利用光谱分析技术处理接收到的电信号，从而分析待测管道内的气体；
(A4)当所述过滤器需要维护时，通过切换，使得反吹气体进入所述第一通道、第二通道和过滤器内部，并从所述过滤器内排出。
根据上述的分析方法，可选地，所述分析方法进一步包括如下步骤：
(B1)监测所述过滤器内的气体压力；
(B2)判断所述气体压力是否低于阈值：
若低于所述阈值，则需维护所述过滤器；
若不低于所述阈值，则无需维护所述过滤器。
根据上述的分析方法，可选地，在维护所述过滤器时，利用遮挡部件堵住所述排气孔。
根据上述的分析方法，优选地，所述过滤器是中空的。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1、在测量过程中，过滤器有效地去除气体中的粉尘等固体颗粒物，从而使洁净的气体进入过滤器内，进而提高了对高粉尘测量环境的适应度，也提高了测量精度；
2、第一通道和第二通道做成一体化的，提高了对高温测量环境的适应能力；对于大尺寸的待测管道，加长第一通道和第二通道的长度即可，测量光程(即排气孔间的长度，和过滤器的轴向长度有关联)可通过调整过滤器的轴向长度而调整。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例1的分析装置的结构简图；
图2是根据本发明实施例1的分析方法的流程图；
图3是根据本发明实施例2的分析装置的结构简图；
图4是根据本发明实施例2的分析装置的另一状态结构简图。
具体实施方式
图1-4和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1示意性地给出了本发明实施例的激光气体分析装置的结构简图，如图1所示，所述分析装置包括：
激光光源，所述激光光源用于发出对应于气体的吸收光谱的测量光100，如半导体激光器；所述激光光源设置在光发射端11内；
第一通道21，所述测量光100穿过所述第一通道的内部；
第二通道22，所述测量光100穿过所述第二通道22的内部；所述第一和第二通道设置待测管道壁200上。所述第一通道21和第二通道22可做成一体化的。
过滤器41，所述过滤器41处于所述待测管道内，且处于第一通道21和第二通道22之间，内部与所述第一通道21、第二通道22连通；所述测量光100穿过所述过滤器41的内部，所述过滤器41的内部充满被过滤后的气体；
优选地，所述过滤器41采用中空结构，以便使待测管道内的气体经过滤器41过滤后进入内部。当然还可以采用其它方式，以使得在维护时，反吹气体能够反向冲击过滤器上的堵塞物。
吹扫模块，所述反吹模块用于提供并使吹扫气体通过接头31、32进入所述第一通道、第二通道，之后从排气孔排出；所述排气孔33、34处于所述待测管道内，如可设置在第一和第二通道21、22的壁上，也可以设置在过滤器41上，还可以设置在过滤器和通道之间，从而使得排气孔33、34之间的距离为光程；所述吹扫模块提供的气体的压力不小于待测管道内的气体压力。
反吹模块，所述反吹模块用于提供并使反吹气体流过所述第一通道21、第二通道22，并从所述过滤器41内向外排出，从而反方向吹扫过滤器41上累积的尘等堵塞物；所述反吹模块提供的气体压力高于待测管道内的气体压力，从而依靠气体的冲击力有效地清除过滤器41上的堵塞物。
切换模块，所述切换模块用于使第一通道21、第二通道22选择性地与吹扫模块或反吹模块连通，使得在测量时启动吹扫模块，维护时启动反吹模块；所述切换模块可选用三通阀等多通阀或人工来完成。
探测器，所述探测器用于接收穿过所述第一通道、过滤器、第二通道的测量光，将光信号转换为电信号，并传送到电子模块；所述探测器设置在光接收端12内；
电子模块，所述电子用于根据光谱分析技术处于接收到的电信号，从而分析所述待测管道内的气体。
根据上述的分析装置，可选地，所述分析装置进一步包括：
压力传感器，所述压力传感器设置在所述过滤器内，输出端连接判断模块；
判断模块，所述判断根据接收到的压力值而决定是否启动切换模块。
图2示意性地给出了本发明实施例的激光气体分析方法的流程图，如图2所示，所述分析方法包括以下步骤：
(A1)激光光源发出对应于待测管道内气体的吸收光谱的测量光；
(A2)测量光穿过第一通道、过滤器、第二通道的内部后被探测器接收，，光信号被转换为电信号，并传送到电子模块；
管道内的气体通过过滤器，使得洁净的气体进入过滤器的内部，过滤器的轴向长度为测量光程；
吹扫气体吹扫所述第一通道和第二通道，并从排气孔排出；
(A3)电子模块利用光谱分析技术处理接收到的电信号，从而分析待测管道内的气体；
(A4)当所述过滤器需要维护时，通过切换，使得反吹气体进入所述第一通道、第二通道和过滤器内部，并从所述过滤器内排出。
根据上述的分析方法，可选地，所述分析方法进一步包括如下步骤：
(B1)监测所述过滤器内的气体压力；
(B2)判断所述气体压力是否低于阈值：
若低于所述阈值，则需维护所述过滤器；
若不低于所述阈值，则无需维护所述过滤器。
根据本发明实施例达到的益处在于：过滤器有效地去除了气体中的粉尘等固体颗粒物，从而使洁净的气体进入过滤器内，进而提高了对高粉尘测量环境的适应度，也提高了测量精度；第一通道和第二通道做成一体化的，提高了对高温环境的适应能力；对于大尺寸的待测管道，加长第一通道和第二通道的长度即可，测量光程可通过调整过滤器的轴向长度而调整。
实施例2：
图3示意性地给出了本发明实施例2的激光气体分析装置的结构图，如图3所示，与实施例1不同的是，所述激光气体分析装置进一步包括：
吹扫气接头35，用于使吹扫气进入第一通道、第二通道内；
遮挡部件36，所述遮挡部件36设置在所述第一通道内，当所述遮挡部件移动时遮挡排气孔33，从而使反吹气体吹掉过滤器41外侧的粉尘等颗粒物。
楔形部件37，所述楔形部件37设置在所述遮挡部件36的一侧；
弹性部件38，所述弹性部件设置所述楔形部件37的一侧。所述弹性部件可采用弹簧等部件。
上述各部件的工作过程为：当激光气体分析装置处于测量工作状态时，弹性部件38处于自由状态或少量压缩状态，吹扫气体通过接头35进入第一通道和第二通道，之后从排气孔33排出。当过滤器41内的压力传感器检测到的压力值低于设定的阈值时，判断模块去启动反吹：关闭吹扫气体并打开反吹气体，较大压力的反吹气体冲击所述楔形部件37，使得所述弹性部件38被压缩，随之移动的遮挡部件36遮挡了排气孔33，反吹气体进入第一通道、第二通道，最终从过滤器41内排出，从而有效地清理了过滤器41外侧的粉尘等颗粒物，如图4所示。当反吹一段时间后，关闭反吹气体，弹性部件38的压缩量变小，推动楔形部件37移动，使得所述遮挡部件36离开所述排气孔33。同理，所述第二通道一侧也是这样。
实施例3：
根据本发明实施例1的分析装置和方法在工业过程中的应用例，具体是用来检测脱硝中氨气的含量。具体工况为：待测管道内的温度为380-400℃，粉尘含量为40-50g/m3；待测管道的直径为6m。
在该应用例中，光源采用半导体激光器，激光器发射的波长对应于氨气的吸收光谱。处于管道内的第一通道和第二通道的长度分别为2m，第一通道和第二通道采用金属材质，并连接在一起。陶瓷过滤器嵌在第一通道和第二通道之间，轴向长度为2m，也即测量光程为2m。吹扫气体采用氮气，反吹气体采用高压空气。
Claims (8)
1.一种激光气体分析装置，所述分析装置包括：
激光光源，所述激光光源用于发出对应于气体的吸收光谱的测量光；
第一通道，所述测量光穿过所述第一通道的内部；
第二通道，所述测量光穿过所述第二通道的内部；
过滤器，所述过滤器处于所述待测管道内，且在所述第一通道和第二通道之间，内部与所述第一通道、第二通道连通；所述测量光穿过所述过滤器的内部；
吹扫模块，所述吹扫模块用于提供并使吹扫气体流过所述第一通道、第二通道，之后从排气孔排出；
反吹模块，所述反吹模块用于提供并使反吹气体流过所述第一通道、第二通道，并从所述过滤器内向外排出；
探测器，所述探测器用于接收穿过所述第一通道、过滤器、第二通道的测量光，将光信号转换为电信号，并传送到电子模块；
电子模块，所述电子模块用于根据光谱分析技术处理接收到的电信号，从而分析所述待测管道内的气体；
遮挡部件，所述遮挡部件设置在所述第一通道内，当所述遮挡部件移动时遮挡排气孔；
楔形部件，所述楔形部件设置在所述遮挡部件的一侧；
弹性部件，所述弹性部件设置所述楔形部件的一侧；
当反吹气体冲击楔形部件时，弹性部件被压缩，随之移动的遮挡部件遮挡过滤器左侧的排气孔；当反吹一定时间后，关闭反吹气体，弹性部件压缩量变小，推动楔形部件移动，遮挡部件离开排气孔。
2.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于：所述过滤器是中空的。
3.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于：所述排气孔设置在第一通道以及第二通道的壁上，或者所述过滤器上。
4.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于：所述反吹模块进一步包括：
反吹气源，所述反吹气源提供的反吹气体的压力大于待测管道内的压力；
开关子模块，所述开关子模块用于控制反吹气源与第一通道、第二通道连通与否。
5.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于：所述分析装置进一步包括：
压力传感器，所述压力传感器设置在所述过滤器内，输出端连接判断模块；
判断模块，所述判断模块根据接收到的压力值而决定是否启动切换模块。
6.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于：所述第一通道和第二通道是一体化的。
7.一种激光气体分析方法，所述分析方法包括以下步骤：
(A1)激光光源发出对应于待测管道内气体的吸收光谱的测量光；
(A2)测量光穿过第一通道、过滤器、第二通道的内部后被探测器接收，光信号被转换为电信号，并传送到电子模块；
吹扫气体吹扫所述第一通道和第二通道，并从排气孔排出；
所述待测管道内的气体通过所述过滤器，所述过滤器内具有待测管道内的气体；
(A3)电子模块利用光谱分析技术处理接收到的电信号，从而分析待测管道内的气体；
(A4)当所述过滤器需要维护时，通过切换，关闭吹扫气体并打开反吹气体，反吹气体冲击楔形部件，使得弹性部件被压缩，随之移动的遮挡部件遮挡了排气孔，使得反吹气体进入所述第一通道、第二通道和过滤器内部，并从所述过滤器内排出；
当反吹一定时间后，关闭反吹气体，弹性部件压缩量变小，推动楔形部件移动，遮挡部件离开排气孔。
8.根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于：所述分析方法进一步包括如下步骤：
(B1)监测所述过滤器内的气体压力；
(B2)判断所述气体压力是否低于阈值：
若低于所述阈值，则需维护所述过滤器；
若不低于所述阈值，则无需维护所述过滤器。
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