CN104568832A - 气体分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体分析系统，包括：探杆，该探杆的一端插入并固定在测量通道中，适于收集该测量通道中的待测气体；检测箱，与探杆另一端通过柔性管道连接，该检测箱包括多次反射气室，该气室适于使进入气室的光信号经过多次反射后射出；信号处理设备，与气室通过信号线远程连接，适于驱动光源发射光信号至该气室，还适于接收该气室发射出的电信号。

Description

气体分析系统

技术领域

本发明涉及气体分析技术领域，尤其涉及一种气体分析系统。

背景技术

在火电、煤矿、石油化工、冶金和环保等行业，随着人们对气体检测的要求越来越高，测量技术与设备越来越受到人们的重视。近些年来，光学测量技术特别是可调谐激光吸收光谱技术得到了迅猛的发展，已经在众多行业中成功应用。

基于可调谐激光吸收光谱技术的激光气体分析系统有采样式激光气体分析系统和原位式激光气体分析系统两种。其中采样式激光分析系统需要将待测气体从测量管道中引出，而现有的采样式激光分析系统通常体积较大，不能靠近测量管道布置，需要较长的管路来将待测气体引入到测量气室中，有些气体成分在管路中会由于温度改变而发生反应或者吸附到管路上。而且，由于管路较长，采样式激光分析系统还存在响应时间太长等问题。

另外，现有的原位式激光气体分析系统也存在就近分布后受振动、热膨胀、粉尘影响导致测量误差的问题。

因此需要一种新型的激光气体分析系统来解决上面所存在的问题。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种气体分析系统，以力图解决或至少缓解上面存在的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种气体分析系统，包括：探杆，该探杆的一端插入并固定在测量通道中，适于收集测量通道中的待测气体；检测箱，与探杆另一端通过柔性管道连接，该检测箱包括多次反射气室，该气室适于使进入气室的光信号经过多次反射后射出；信号处理设备，与气室通过信号线远程连接，适于驱动光源发射光信号至所述气室，还适于接收所述气室发射出的电信号。

可选地，在根据本发明的气体分析系统中，探杆靠近检测箱的一端具有过滤结构。

可选地，在根据本发明的气体分析系统中，该过滤结构包括滤芯堵头、滤芯、拉杆以及滤芯安装块。

可选地，在根据本发明的气体分析系统中，探杆与检测箱连接处密封填充有保温材料。

可选地，在根据本发明的气体分析系统中，气室内部设有一对分布在两端的第一球面反射镜和第二球面反射镜。

可选地，在根据本发明的气体分析系统中，气室设有光信号发射端与光信号接收端，光信号发射端通过光纤连接至信号处理设备，光信号接收端经信号线连接至信号处理设备。

可选地，在根据本发明的气体分析系统中，光信号接收端连接有光电转换装置，该光电转换装置适于将光信号转换为电信号后传输至信号处理设备。

可选地，在根据本发明的气体分析系统中，该气室包括气体出口，该出口处连接有引流结构。

可选地，在根据本发明的气体分析系统中，该引流结构包括射流泵以及与其连接的压缩空气进口，该引流结构适于使待测气体通过压缩空气的引流排放至测量箱外。

可选地，在根据本发明的气体分析系统中，检测箱包括三个部分，其中在上部包括各种开关，在中部包括该气室，以及在下部包括适于控制温度的控制电路。

可选地，在根据本发明的气体分析系统中，检测箱还包括加热装置和温度测量装置。

根据本发明的气体分析系统，通过将检测箱与信号处理设备分离开，减小检测箱体积，从而实现了检测箱在测量通道上的直接安装，待测气体从测量通道直接进入气室，提高了测量的响应时间。信号处理设备也可独立安装，远离高温高粉尘的损害。而且，因为没有探头箱、伴热管线，也减少了安装的工作和管线的损耗，避免了待测气体经过探头箱和伴热管线时冷凝、吸附。同时，探杆与检测箱之间的柔性连接也避免了测量通道振动对测量产生的干扰。进一步地，根据本发明的气体分析系统采用多次反射气室，有效的提高了测量精度。

附图说明

为了实现上述以及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面，这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开，相同的附图标记通常指代相同的部件或元素。

图1A示出了根据本发明一个实施例的气体分析系统的示意图；

图1B示出了根据本发明一个实施例的气体分析系统的侧视图；

图2示出了根据本发明一个实施例的气体分析系统中的探杆与测量通道连接示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的气体分析系统中的过滤结构的示意图；

图4A示出了根据本发明一个实施例的气体分析系统中的探杆与检测箱连接处示意图；

图4B示出了根据本发明一个实施例的气体分析系统中的探杆与检测箱连接处侧视图；

图5示出了根据本发明一个实施例的气体分析系统中的第一阀门示意图；

图6示出了根据本发明一个实施例的气体分析系统中的第二阀门示意图；图7-图8示出了根据本发明一个实施例的气体分析系统中的气室示意图；

图9示出了根据本发明一个实施例的气体分析系统中的引流结构示意图；以及

图10示出了根据本发明一个实施例的气体分析系统中的检测箱示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1是根据本发明一个实施例的气体分析系统100的示意图。如图1所示，气体分析系统100包括探杆110、检测箱120以及信号处理设备130。探杆通常为圆柱形管状。该探杆110一端插入并固定在测量通道中，适于收集测量通道中的待测气体。一般地，如图2所示，探杆插入到测量管道中，通过焊接法兰和螺纹螺栓的方式与测量通道固定。探杆外部通常具有保温层，该保温层可以对探杆进行加热，保证探杆的温度。根据本发明的一个实施方式，探杆110靠近检测箱120的一端具有过滤结构111。具体地，如图3所示，该过滤结构111包括滤芯堵头1111、滤芯1112、拉杆1113以及滤芯安装块1114，适于去除待测气体中杂质，例如大颗粒粉尘、水蒸气。

参照图1所示，该气体分析系统100还包括检测箱120，该检测箱120与探杆110另一端通过柔性管道连接。通常，检测箱面向探杆的箱体处具有一个直径大于探杆直径的圆形开口，探杆通过该开口深入到检测箱。由于该圆形开口的直径大于探杆直径，开口与探杆连接处会留有圆环状缝隙，探杆与测量箱箱体间没有直接接触，因此测量通道的振动不会通过探杆直接传导至检测箱。根据本发明的一个实施方式，探杆110与检测箱120连接处密封填充有保温材料。如图4所示实施例中，检测箱120箱体开口与探杆110之间的缝隙，密封填充有保温材料112，以保持检测箱中温度。该保温材料可以同时具有消振功能，减缓探杆的振动。

由上可知，根据本发明的方案中探杆并没有固定至检测箱中，而是与检测箱柔性连接，因此避免了测量通道的振动通过探杆传至检测箱中气室，避免了气室振动导致光路偏移引起的测量误差，提高了测量准确度。

检测箱120包括多次反射气室123，该气室123适于使进入气室123的光信号经过多次反射后射出。由上可知，探杆110通过过滤结构111深入检测箱120中与柔性管道相连，具体地，该柔性管道经由第一阀门121和第二阀门122与该气室123相连。应该理解的是，柔性管道可以通过多种方式和气室123相连。例如，柔性管道可以通过一个阀门和气室相连，或者直接和气室相连。所有上述方式都在本发明的保护范围之内。

具体地，第一阀门121和第二阀门122为三通阀门。通常，第一阀门连接有压缩空气罐，适于反吹探杆和反吹探杆中过滤结构的滤芯，对探杆和探杆中过滤结构的滤芯进行清洁。如图5所示实施例中，第一阀门121可以包括气动执行元件1211、驱动气接口1212和三通接口1213。

柔性管道经由第一阀门121连至第二阀门122，第二阀门通常适于控制是待测气体还是标定气体进入与第二阀门相连的气室中。如图6所示实施例中，第二阀门122可以包括手柄1221、连杆1222以及三通接口1223。

与第二阀门相连的气室通常为Herriott型多次反射气室。根据本发明的一个实施方式，气室123内部设有一对分布在两端的第一球面反射镜1231和第二球面反射镜1232。一般地，第一球面反射镜设有供光线射入和射出的开孔，激光通过该射入开孔以特定的角度射入气室，然后打到第二球面反射镜上，激光束在两个球面反射镜中经过特定次数的反射后，再由第一球面反射镜的射出开孔处射出，从而完成测量。由于经过多次反射，大大增加了气体分析系统的测量光程，从而提高了气体分析系统的测量精度。

如图7-图8所示实施例中，除了内部设有第一球面反射镜1231和第二球面反射镜1232之外，气室123上部具有观察孔，以便用户查看气室中的激光对准状态。第一球面反射镜1231或者第二球面反射镜1232上连接有调节装置1233，该调节装置为滑块。可通过旋转调节装置1233调节第一球面反射镜1231与第二球面反射镜1232之间的距离。进一步地，第一球面反射镜的激光射入开孔和射出开孔后端均连接有调节结构，适于调节激光射入角度和位置，以及射出角度和位置。

根据本发明的又一个实施方式，该气室123包括气体出口1235，该出口1235处连接有引流结构124。进一步地，该引流结构124包括射流泵1241以及与射流泵1241连接的压缩空气进口1242，该引流结构124适于使待测气体通过压缩空气的引流排放至测量箱外。具体地，气室通常在靠近第二球面反射镜处具有气体出口，如图9所示，该出口1235处连接有射流泵1241，该泵1241连接有位于泵体底部的压缩空气进口1242。该引流结构通过压缩空气的引流，将待测气体从气室中引出，排放至测量箱外。

参照图1，除了探杆110和检测箱120外，该气体分析系统100还包括信号处理设备130，信号处理设备130与气室123通过信号线远程连接，适于驱动光源发射光信号至所述气室，还适于接收从气室123发射出的电信号。进一步地，信号处理设备130接收电信号后，可对其进行分析、计算处理，最后输出浓度信号，该浓度信号可反映待测气体中不同气体成分的浓度。

而根据本发明的又一个实施方式，气室123设有光信号发射端与光信号接收端，光信号发射端通过光纤连接至信号处理设备，光信号接收端通过信号线连接至信号处理设备。具体地，光纤传输的光信号来自信号处理设备的激光发生器，该激光发生器驱动光源产生激光信号。

根据本发明的又一个实施方式，其中光信号接收端连接有光电转换装置，该光电转换装置适于将光信号转换为电信号后传输至信号处理设备。电信号相比光信号来说更易于控制和处理，因此通常选择将光信号转换成电信号再传输至信号处理设备。而为了减缓电信号在传输过程中的衰减，该光电转换装置也适于对转换的电信号进行加强。

由上可知，信号处理设备与检测箱彼此分离，可独立安装在距离检测箱较远位置，可远离高温高粉尘，比如安装在现场的空调环境中，使电气原件在理想的环境下工作，延长了电器元件的使用寿命。

另一方面，检测箱的体积也因此减小，从而能靠近测量通道或在测量通道上直接布置，减少了待测气体在管路中的输送距离，提高了测量的响应速度和准确度，同时也节省了架设较长输送通道的工作和成本。

此外，根据本发明的又一个实施方式，检测箱120包括三个部分，其中在上部包括各种开关，在中部包括气室123，以及在下部包括适于控制温度的控制电路。如图10所示实施例中，因测量过程中气室需要保持一个较高的温度，气室布置在检测箱中部，有助于保持气室的温度。开关布置在检测箱上部，便于用户的操作。检测箱底部布置的控制电路可以包括温度检测电路，适于检测中部气室的温度，加热控制电路，适于加热气室，提高气室温度。

根据本发明的又一个实施方式，检测箱还包括加热装置和温度测量装置。其中，温度测量装置可测量气室温度，加热装置可提高气室温度，使气室在测量过程中保持测量所需的温度。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

本发明还提供了A11、如A10所述的气体分析系统，所述检测箱还包括加热装置和温度测量装置。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种气体分析系统，包括：

探杆，该探杆的一端插入并固定在测量通道中，适于收集所述测量通道中的待测气体；

检测箱，与所述探杆另一端通过柔性管道连接，所述检测箱包括多次反射气室，所述气室适于使进入气室的光信号经过多次反射后射出；

信号处理设备，与所述气室通过信号线远程连接，适于驱动光源发射光信号至所述气室，还适于接收所述气室发射出的电信号。

2.如权利要求1所述的气体分析系统，所述探杆靠近所述检测箱的一端具有过滤结构。

3.如权利要求2所述的气体分析系统，所述过滤结构包括滤芯堵头、滤芯、拉杆以及滤芯安装块。

4.如权利要求1-3中任一个所述的气体分析系统，所述探杆与所述检测箱连接处密封填充有保温材料。

5.如权利要求1-4中任一个所述的气体分析系统，所述气室内部设有一对分布在两端的第一球面反射镜和第二球面反射镜。

6.如权利要求1-5中任一个所述的气体分析系统，所述气室设有光信号发射端与光信号接收端，所述光信号发射端通过光纤连接至所述信号处理设备，所述光信号接收端经信号线连接至所述信号处理设备。

7.如权利要求6所述的气体分析系统，所述光信号接收端连接有光电转换装置，所述光电转换装置适于将所述光信号转换为电信号后传输至所述信号处理设备。

8.如权利要求1-7中任一个所述的气体分析系统，所述气室包括气体出口，所述出口处连接有引流结构。

9.如权利要求8所述的气体分析系统，所述引流结构包括射流泵以及与其连接的压缩空气进口，所述引流结构适于使待测气体通过所述压缩空气的引流排放至所述测量箱外。

10.如权利要求1-9中任一个所述的气体分析系统，所述检测箱包括三个部分，其中在上部包括各种开关，在中部包括所述气室，以及在下部包括适于控制温度的控制电路。