CN108535192A - 基于多路定量检测的激光拉曼气体检测装置 - Google Patents

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张雷洪
张大伟
黄元申
尤飞
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Abstract

本发明涉及一种基于多路定量检测的激光拉曼气体检测装置，气体室内设有两个凹面反射镜，气体室一侧的外光路上同轴依次放置第一反射镜、三棱镜、高压氦氖管，气体室另一侧设有正对气体室开口的第二反射镜；高压氦氖管输出的激光通过三棱镜到垂直光路的第一反射镜反射后经过三棱镜和高压氦氖管从气体室一侧窗口垂直入射至气体室，在两个凹面反射镜之间反复折射，从气体室另一侧窗口出射到气体室外正对气体室开口的第二反射镜上，激光被反射镜反射回气体室内，再次进入两个凹面反射镜之间反复折射，多路气体由气体室上的进气口进入气体室，与激光反应产生拉曼信号，混合光通过气体室上的探测器模块收集，探测器模块将处理信号送入计算机分析生成拉曼频谱图。

Description

基于多路定量检测的激光拉曼气体检测装置
技术领域
本发明涉及一种气体检测装置，特别涉及一种多路定量检测的激光拉曼气体检测装置。
背景技术
石油，天然气等能源的开采存在着大量的混合气体，如何有效地将油气混合气体中不同气体检测分离出来是油气开采中的关键。传统的检测方法，如气相色谱技术，存在着不能连续检测，且维护费用大的问题，而红外光谱技术，有限的检测范围也使其只能应用与相应环境下。因此，寻求一种有效的气体检测方法，该方法应能连续有效地分辨出多种气体，并有着较高的精度，对石油化工的发展有着极大的意义。拉曼光谱技术的应用使之成为可能。
发明内容
本发明是针对现在能源的开采中传统气体检测技术存在的问题，提出了一种基于多路定量检测的激光拉曼气体检测装置，能同时在线测量多种气体。
本发明的技术方案为：一种基于多路定量检测的激光拉曼气体检测装置，包括两个反射镜，一个三棱镜，高压氦氖管，两个凹面反射镜，气体室，六个探测器模块，所述气体室左右侧分别设有进、出气管，六个探测器模块分别设置在气体室外周上，气体室内设有两个凹面反射镜，气体室一侧的外光路上同轴依次放置第一反射镜、三棱镜、高压氦氖管，气体室另一侧设有正对气体室开口的第二反射镜；所述高压氦氖管输出的激光通过三棱镜到垂直光路的第一反射镜上，被反射后经过三棱镜和高压氦氖管从气体室一侧窗口垂直入射至气体室，进入的激光在两个凹面反射镜之间反复折射，从气体室另一侧窗口出射到气体室外正对气体室开口的第二反射镜上，激光被反射镜反射回气体室内，再次进入两个凹面反射镜之间反复折射，多路气体由气体室上的进气口进入气体室，与激光反应产生拉曼信号，混合光通过气体室上的探测器模块收集，探测器模块将处理信号送入计算机分析生成拉曼频谱图。
进一步，所述高压氦氖管两端设有布鲁斯特窗，布鲁斯特窗滤除S偏振，使光线转换为线偏振光。
进一步，所述三棱镜放置在气体室外，按频率对光产生色散，分开各个频率的振荡光。
进一步，所述探测器模块由滤光片、单色仪和传感器组成，滤光片透过的混合光中99%拉曼信号，单色仪收集光谱能量后送入传感器。
本发明的有益效果在于：本发明的基于多路定量检测的激光拉曼气体检测装置，结合有源腔增强技术和拉曼气体检测技术，采用有源腔，避免了无源腔的结构松散。利用凹面镜，通过光的反复折射，提高了光线强度。系统具有拉曼光曼光谱技术和高精度检测的特点，能同时在线测量多种气体，并进行实时在线分析。整个系统紧凑，可靠性高，检测效果优良，有较好的操作性。
附图说明
图1为本发明的基于多路定量检测的激光拉曼气体检测系统示意图；
图2为气体室外周上放置六个探测器模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1，2所示，一种基于多路定量检测的激光拉曼气体检测装置结构，包括第一反射镜101、第二反射镜102、三棱镜201、两端带布鲁斯特窗的高压氦氖管301、第一，二凹面反射镜401、402、第一至第六探测器模块501、502、503、504、505、506、进、出气管601、602、气体室701。气体室701外光路上同轴依次放置第一反射镜101、三棱镜201、高压氦氖管301，高压氦氖管301输出的激光通过三棱镜到垂直光路的第一反射镜101，被反射后经过三棱镜201和高压氦氖管301从气体室一侧窗口水平入射至气体室701，进入的激光在第一，二凹面反射镜401、402之间反复折射，从气体室701另一侧窗口出射到气体室外正对气体室开口的第二反射镜102上，激光被第二反射镜102反射回气体室701内，再次进入第一，二凹面反射镜401、402之间反复折射。气体室701左面有进气口601，右面有出气口602，第一至第六探测器模块501、502、503、504、505、506位于气体室701四周，采集气体室701内的信号。
具体实施过程：波长为632 .8nm的氦氖激光从高压氦氖管振荡产生，光路依次经过第一反射镜101，三棱镜201，进入密闭气体室701。在气体室701中，光线先到达第一凹面反射镜401，反射至第二凹面反射镜402，然后经过多次反射后从第二凹面反射镜402出射至第二反射镜102，再经第二反射镜102反射回原光路，形成光路循环。多路气体由气体室701上的进气口601进入气体室701，与激光反应产生拉曼信号，混合光通过第一至第六探测器模块501、502、503、504、505、506被收集，探测器模块包括滤光片、单色仪以及传感器，滤光片滤去大部分的杂散光，单色仪将收集到的光信号送由传感器检测，最后由计算机系统进行分析生成拉曼频谱图。本装置成功实现了包含氧气、氮气、甲烷、二氧化碳、一氧化碳和碳氢化合物的混合气体在线即时检线即时检测。本装置具有结构紧凑，反射腔镜由两个凹面镜组成，稳定性好，可靠性上佳，便于操作；能同时测量多种气体，灵敏度高，适应性强，便于维护等特点。先开激光再输入气体，测试是在密封状态下进行的,一边放入气体，一边进行实时测试。
两凹面反射镜形成反射腔镜，大大增加了光强，从高压氦氖管出射的光进入气体室之后在两个凹面镜之间反复折射，之后通过气体室外的出气口在返回气体室，循环折射，增加了光强。
在气体室是上有六个探测器模块，可以实现同时检测多种气体。大大提高了检测效率。对工业过程中的合成气体进行检测，因为检测探头的增多，大大提高了检测的准确率和效率。避免了无源腔增强技术的结构松散；避免了单路结构所带来的回返光干扰。具有拉曼光谱技术和高精度检测的特点，能实现在线实时测量和多路气体同时检测。整个系统操作便捷，易于维护，稳定性上佳。
高压氦氖管两端的布鲁斯特窗滤除了S偏振，使光线转换为线偏振光。三棱镜按频率对光产生色散，分开各个频率的振荡光，具有选模作用。探测器模块由滤光片、单色仪以及传感器构成。滤光片对于拉曼信号的透过率为99%，而其它光线仅有5%的透过率。单色仪较好地收集光谱能量，而传感器及后续检测器件则对光谱进行分析与检测。

Claims (4)

1.一种基于多路定量检测的激光拉曼气体检测装置，包括两个反射镜，一个三棱镜，高压氦氖管，两个凹面反射镜，气体室，六个探测器模块，其特征在于：所述气体室左右侧分别设有进、出气管，六个探测器模块分别设置在气体室外周上，气体室内设有两个凹面反射镜，气体室一侧的外光路上同轴依次放置第一反射镜、三棱镜、高压氦氖管，气体室另一侧设有正对气体室开口的第二反射镜；所述高压氦氖管输出的激光通过三棱镜到垂直光路的第一反射镜上，被反射后经过三棱镜和高压氦氖管从气体室一侧窗口垂直入射至气体室，进入的激光在两个凹面反射镜之间反复折射，从气体室另一侧窗口出射到气体室外正对气体室开口的第二反射镜上，激光被反射镜反射回气体室内，再次进入两个凹面反射镜之间反复折射，多路气体由气体室上的进气口进入气体室，与激光反应产生拉曼信号，混合光通过气体室上的探测器模块收集，探测器模块将处理信号送入计算机分析生成拉曼频谱图。
2.根据权利要求1所述的基于多路定量检测的激光拉曼气体检测系统，其特征在于：所述高压氦氖管两端设有布鲁斯特窗，布鲁斯特窗滤除S偏振，使光线转换为线偏振光。
3.根据权利要求1所述的基于多路定量检测的激光拉曼气体检测系统，其特征在于：所述三棱镜放置在气体室外，按频率对光产生色散，分开各个频率的振荡光。
4.根据权利要求1所述的基于多路定量检测的激光拉曼气体检测系统，其特征在于：所述探测器模块由滤光片、单色仪和传感器组成，滤光片透过的混合光中99%拉曼信号，单色仪收集光谱能量后送入传感器。
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