CN105021526A - 一种自动对准光路的激光气体分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动对准光路的激光气体分析仪，包括中央控制单元，发射单元与接收单元，所述中央控制单元安装在控制室内，所述发射单元与接收单元安装于工业现场，所述中央控制单元内还设有激光器模块，所述激光器发射激光通过准直光纤连接至发射单元，其特征在于：所述发射单元内设有将激光光线准直并射向接收单元的可二维扫描调节抛物面反射镜。本发明通过发射单元中的可二维扫描调节反射镜片改变发射光的发射方向，配合探测电路、控制软件，找出光强最强的位置，也就是光强对准的位置，从而实现光路的自动准直，可以自动补偿工作现场由于振动、热胀冷缩引起的光路失准，实现“在线”工作的激光气体分析仪的光路自动对准，减少维护工作量。
Description
技术领域
本发明属于激光气体分析仪器领域，具体涉及一种适用于恶劣现场应用的、免准直维护的自动对准光路的激光气体分析仪。
背景技术
半导体激光气体分析仪是一种“实时”、“在线”的气体监测装置，常用于石化、钢铁、水泥、环保、工业在线监控等领域。激光气体分析仪是一种高灵敏度的气体分析手段，其原理是特定波长的激光通过气体后，因受气体特定吸收峰的吸收，产生光强的衰减。光强的衰减可用Beer-Lambert定律准确描述：
I(v)＝I0(v)exp[-S(T)φ(v)PXL]
其中I(v),I0(v)分别是激光通过气体后，通过气体前的光强，v是激光的频率，P，X和L分别是气体的压力、浓度和光程。线强S(T)是温度T的函数，线性函数φ(v)表示吸收谱线的形状。由Beer-Lambert定律可知，光强的衰减和被测气体的浓度成正比，从而可以通过测量激光通过气体后的衰减获得被测气体的浓度。同时，由于DFB激光器的发射峰很窄(小于15MHz)，工作时可以选择单根气体吸收谱线进行测量，不受其他气体的干扰，具有很高的测量灵敏度。
激光气体分析仪的优势在于工业现场“在线测量”，激光气体分析仪在工业现场应用采用平行光对穿探测的方式进行工作，但是由于工业现场环境的复杂性，使激光气体分析仪长期稳定工作的性能受到影响。例如：由于现场有强烈的振动，并由于激光气体分析仪安装的现场存在较大的温度变化，使得原本正常工作的激光气体分析仪在热胀冷缩的影响下光路失准，不能正常工作，需要工程人员从新调节光路，需要大量的维护工作，并且然而激光气体分析仪光路对准的过程工作量很大。采用自动对准光路的技术，可以大大减少这种维护工作。
发明内容
本发明提出了一种自动对准的激光气体分析仪，可以自动补偿由于现场振动、热胀冷缩引起的光路失准，使仪器能长期稳定工作，减少现场的维护工作量。对于激光气体分析仪常安装的烟道现场，特别是一些金属结构的烟道，很容易出现光路失准的情况。目前，正常的激光气体分析仪安装步骤首先在仪器停机的时候完成布线，安装，光路对准；等工业设备启动后，由于热胀冷缩使得光路失准，这时需要第二次光路对准。在使用过程中，由于外界温度的改变，也会导致对准光路的失准，需要工程人员大量的维护工作。
本发明采用的技术方案如下：
一种自动对准光路的激光气体分析仪，包括中央控制单元，发射单元与接收单元，所述中央控制单元安装在控制室内，所述发射单元与接收单元安装于工业现场，所述中央控制单元内还设有激光器模块以及激光器驱动模块，所述激光器模块通过激光器驱动模块的驱动发射激光，所发射激光通过准直光纤连接至发射单元，其特征在于：所述发射单元内设有将激光光线准直并射向接收单元的可二维扫描调节抛物面反射镜。
所述的可二维扫描调节抛物面反射镜通过步进电机控制进行二维方向的扫描，进而使得激光出射光线在二维方向上发生改变，使得接收单元接收的激光光强发生变化，由中央控制单元记录扫描信息数据和接收单元接收的激光光强变化信息数据，并进行数据分析，获得激光光强最强时对应的抛物面反射镜位置，确定光路准直状态，实现激光气体分析仪光路的自动对准。
本发明的优点如下：
本发明通过发射单元中的可二维扫描调节反射镜片改变发射光的发射方向，配合探测电路、控制软件，找出光强最强的位置，也就是光强对准的位置，从而实现光路的自动准直，可以自动补偿工作现场由于振动、热胀冷缩引起的光路失准，实现“在线”工作的激光气体分析仪的光路自动对准，减少维护工作量。
附图说明：
图1：本发明整机结构及现场安装示意；
图2：本发明仪器系统结构。
具体实施方式：
图1是本发明的整体结构及在锅炉现场的安装示意图。一种自动对准光路的激光气体分析仪，包括中央控制单元，发射单元与接收单元，所述中央控制单元安装在控制室整体置于环境较好的小屋内，所述中央控制单元内还设有激光器模块以及激光器驱动模块电流控制电路与温度控制电路，所述激光器模块通过激光器驱动模块电流控制电路与温度控制电路的驱动控制发射激光，所发射激光通过单模准直光纤传输连接至发射单元，所述发射单元与接收单元安装于工业现场锅炉两侧，激光在发射模块中经过扩束、准直后探测气体发射。被过程气体吸收后的激光被接收模块接收并转换成为电信号。电信号经过电缆传送回中央处理模块，中央处理模块对信号进行处理后，获得实时待测气体浓度。从而“在线”获得探测气体的浓度；其特征在于：所述发射单元内设有将激光光线准直并射向接收单元的可二维扫描调节抛物面反射镜，可调节抛物面反射镜通过步进电机控制进行二维方向的调节，进而使得激光光线在二维方向上发生改变，使得接收单元接收的激光光强最强，确定激光光路准直状态。
如图2所述是本发明采用可调节抛物面反射镜的光路结构示意图。由于光纤的纤芯直径很小，一般只有几微米，在我们的系统中可以当作点光源处理。由光纤发射的激光经过抛物面反射镜准之后变为平行光出射。抛物面反射镜由步进电机控制可进行二维的扫描，从而改变出射光的方向，步进电机的扫描由中央控制单元控制并记录。激光气体分析仪的接收单元接收到光强信号发送到中央控制单元，由中央控制单元记录并分析数据，获得最强光强对应的抛物面反射镜位置并调节抛物面反射镜到最佳位置，从而实现了激光气体分析仪光路的自动对准。
Claims (2)
1.一种自动对准光路的激光气体分析仪，包括中央控制单元，发射单元与接收单元，所述中央控制单元安装在控制室内，所述发射单元与接收单元安装于工业现场，所述中央控制单元内还设有激光器模块以及激光器驱动模块，所述激光器模块通过激光器驱动模块的驱动发射激光，所发射激光通过准直光纤连接至发射单元，其特征在于：所述发射单元内设有将激光光线准直并射向接收单元的可二维扫描调节抛物面反射镜。
2.根据权利要求1所述的一种自动对准光路的激光气体分析仪，其特征在于：所述的可二维扫描调节抛物面反射镜通过步进电机控制进行二维方向的位置变化扫描，进而使得激光出射光线在二维方向上发生改变，使得接收单元接收的激光光强发生变化，由中央控制单元记录扫描信息数据和接收单元接收的激光光强变化信息数据，并进行数据分析，获得接收单元接收的激光光强最强时对应的抛物面反射镜位置，确定光路准直状态，实现激光气体分析仪光路的自动对准。
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| CN201510470478.5A CN105021526A (zh) | 2015-08-04 | 2015-08-04 | 一种自动对准光路的激光气体分析仪 |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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2015
- 2015-08-04 CN CN201510470478.5A patent/CN105021526A/zh not_active Withdrawn
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