CN110954502A - 一种光学气室探头、管道流动气体实时检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学气室探头、管道流动气体实时检测装置及方法，探头包括底座，底座上有两个相对、并且两侧间隔设置的侧壁，两个侧壁顶部通过顶盖相互连接，在两个侧壁之间的底座上设置有光纤准直器，光纤准直器的输入接口在基座上，在顶盖上设置有光学反射镜，光学反射镜与光纤准直器直线相对，底座上设置有电加热器和温度传感器，侧壁中设置有吹灰气道，在设置吹灰气道的侧壁内侧设置有两个吹风口，两个吹风口分别朝向光学反射镜表面和光纤准直器的端面，在基座上设置有与电加热器连接的电加热接口、与温度传感器连接的温度测试接口和与吹灰气道连通的吹气接口，光学气室探头被倾斜安装在被测管道中，光学气室探头的改进降低了维护的频率。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学气室探头、管道流动气体实时检测装置及方法。
背景技术
在当今社会工业生产中会产生多种气体，在这些气体中，大部分气体需要进行尾气处理后排入大气中。在这些过程气体繁多且有污染性危害中进行检测需要避免多种因素，如测试甲烷气体、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等气体，则需要避免火灾、爆炸、腐蚀、粉尘等。采用TDLAS激光检测技术，可以做到在检测现场无静电、弱电、强电等不安全因素的产生，同时TDLAS激光检测的准确性远远高于化学燃烧、阻容法等。作为在管道中的实时监控，在粉尘、酸碱、水雾等条件的长期影响下会导致检测设备检测数据不准确，因此会导致检测产品经常维护，不仅对工业生产带来不便，维护的过程中还会对人员身心健康带来影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学气室探头、管道流动气体实时检测装置及方法，让设备自身进行维护，减少人员维护频率。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种光学气室探头，包括基座，基座上固定有光学气室，光学气室包括底座，底座固定在基座上与基座为一体结构，底座上有两个相对、并且两侧间隔设置的侧壁，两个侧壁顶部通过顶盖相互连接，在两个侧壁之间的底座上设置有光纤准直器，光纤准直器的输入接口在基座上，在顶盖上设置有光学反射镜，光学反射镜与光纤准直器直线相对，其特征在于，环绕两个侧壁外侧设置有过滤网罩，在过滤网罩外侧间隔环绕设置有气室罩，所述气室罩侧壁径向相对设置有被测试气进口和被测试气出口，被测试气进口和被测试气出口是纵向长条形口，在底座上设置有电加热器和温度传感器，所述两个侧壁中的一个侧壁中设置有吹灰气道，在设置吹灰气道的侧壁内侧设置有两个吹风口，两个吹风口与吹灰气道连通，一个吹风口朝向光学反射镜表面，另一个吹风口朝向光纤准直器的端面，在基座上设置有与电加热器连接的电加热接口、与温度传感器连接的温度测试接口和与吹灰气道连通的吹气接口。
方案进一步是：所述电加热器是电加热棒，电加热棒从底座伸入至侧壁内。
方案进一步是：所述温度传感器是一个温度感应测试棒，温度感应测试棒与侧壁间隔0.1mm至0.2mm设置。
一种管道流动气体实时检测装置，包括管道和光学气室探头，管道中流动有被检测气体，光学气室探头的光学气室被设置在管道气路中，被检测气体经相对的被测试气进口和被测试气出口穿过光学气室，其中，所述光学气室探头是之前所述的光学气室探头，光学气室探头的基座倾斜安装，使得光学气室轴向在管道中水平垂直向下倾斜于管道径向，光学气室探头的所述被测试气进口（801）迎着被测气体流动方，并且被测试气进口和被测试气出口之间的中心轴线与被测气体流动方向呈40至60度夹角，在管道外侧设置有连接压力气源的电控阀门和电加热控制电路，电控阀门和电加热控制电路通过电加热接口和吹气接口、温度测试接口分别与光学气室探头的电加热器和吹灰气道、温度传感器连通，一个控制器连接电控阀门和电加热控制电路。
方案进一步是：所述两个侧壁中的未设置吹灰气道的侧壁纵向上设置有长条形通孔，所述气室罩固定时，所述气室罩遮住侧壁长条形通孔，并且，侧壁长条形通孔在气室罩被测试气进口一侧。
方案进一步是：所述电加热器是电加热棒，电加热棒从底座伸入至侧壁内，所述温度传感器是一个温度感应测试棒，温度感应测试棒与侧壁间隔0.1mm至0.2mm设置。
方案进一步是：所述光学气室轴向前端在管道中水平垂直向下倾斜于管道径向5度至7度。
一种基于上述管道流动气体实时检测装置的实时检测控制方法，在管道侧壁上设置温度传感器，并从管道侧壁上设置的温度传感器获取被测管道温度值，在初测时获取光学反射镜反射光强度，并由此确定一个光学反射镜反射光强度阈值，对管道内的流动气体进行实时光学检侧，其特征在于，实时获取光学气室探头的温度和光学反射镜反射光强度，当光学气室探头的温度低于被测管道温度超出2摄氏度时，启动电加热器加热光学气室探头直至高于被测管道温度，当光学反射镜的反射光强度低于反射光强度阈值时，第一步：接通压力气源清理光学反射镜表面和光纤准直器表面，第二步：随后启动电加热器，测量光学反射镜的反射光强度，当低于反射光强度阈值时时重复第一步和第二步直至光学反射镜的反射光强度高于反射光强度阈值。
方案进一步是：所述光学气室轴向前端在管道中水平垂直向下倾斜于管道径向5度至7度，所述两个侧壁中的未设置吹灰气道的侧壁纵向上设置有长条形通孔，所述气室罩固定时，所述气室罩遮住侧壁长条形通孔，并且，侧壁长条形通孔在气室罩被测试气进口一侧。
方案进一步是：所述接通压力气源清理光学反射镜表面和光纤准直器表面的时间长度是10秒至20秒，所述启动电加热器的时长是2分钟至3分钟，所述重复第一步和第二步的次数不大于3次，大于3次则报警。
本发明在结构上大胆的将光学气室进行改进，增添的加热功能和吹扫功能，使原本单一功能的光学气室不仅能够在低温低湿的环境下进行测量，还可以在高温高湿和工况复杂的环境下进行实时在线检测，对探头自我维护的改进，减少了现场维护的频率，由原本一周维护一次的频率降低至一个月维护一次。这不仅是成本的降低，还带来售后、维护、工厂等多方开支减少。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
附图说明
图 1是光学气室探头外部结构示意图；
图2是光学气室探头气室横断面示意图，图1的A-A视图；
图3是光学气室探头气室纵断面示意图，图2的B-B视图；
图4是管道流动气体实时检测装置结构示意图；
图5是光学气室探头进出气口与被测气体流向关系示意图。
具体实施方式
一种光学气室探头，如图1、图2和图3所示，所述光学气室探头包括基座1，基座1上固定有光学气室2，光学气室2包括圆形底座201，底座201固定在基座上，本实施例底座201与基座1为一体结构，底座201圆周上设置有两个相对、并且两侧间隔设置的圆弧侧壁3，圆弧侧壁的宽度是四分之一圆周的弧度宽度，两个侧壁的顶部通过顶盖4相互连接，在两个侧壁之间的底座中心设置有通孔，通孔中设置有光纤准直器5，光纤准直器5固定在底座201通孔中，光纤准直器5的输入接口501在基座上，在顶盖4上设置有光学反射镜6，光学反射镜6与光纤准直器5直线相对，其中，环绕两个侧壁3外侧设置有过滤网罩7，滤网罩7用于遮挡被测气体中的灰尘，在过滤网罩外侧间隔环绕设置有气室罩8，所述气室罩侧壁径向相对设置有被测试气进口801和被测试气出口802，被测试气进口和被测试气出口是纵向长条形口，在底座201上设置有电加热器9和温度传感器10，电加热器是电加热棒，电加热棒从底座201伸入至侧壁3内，所述温度传感器是一个温度感应测试棒，温度感应测试棒与侧壁间隔0.1mm至0.2mm设置，所述两个侧壁3中的一个侧壁中设置有吹灰气道11，在设置吹灰气道的侧壁内侧设置有两个吹风口11-1和11-2，两个吹风口与吹灰气道连通，一个吹风口11-2朝向光学反射镜6表面，另一个吹风口11-1朝向光纤准直器5的端面，在基座上设置有与电加热器连接的电加热接口、与温度传感器连接的温度测试接口和与吹灰气道连通的吹气接口。
从被测试气进口进入的气体会从两个侧壁一侧进、另一侧出然后从被测试气出口流出，实践发现此结构由于进入的气体还有一部分环绕两个侧壁外侧从被测试气出口流出，因此气体在光纤准直器与光学反射镜之间会出现湍流影响测量精度，为此：如图3所示，在所述两个侧壁中的未设置吹灰气道的侧壁纵向上设置有长条形通孔301，本实施例是上下两个贯穿侧壁，并且，所述气室罩固定时，所述气室罩遮住长条形通孔，并且，侧壁长条形通孔在气室罩被测试气进口一侧，如图5所示，气室罩被测试气进口801侧壁长条形通孔的一个侧边与侧壁长条形通孔的一个侧边径向对齐设置。
一种基于上述光学气室探头的管道流动气体实时检测装置，如图4所示，包括管道9和如上所述的光学气室探头，管道中流动有被检测气体10，光学气室探头的光学气室被设置在管道气路中，被检测气体经相对的被测试气进口和被测试气出口穿过光学气室，其中，光学气室探头的基座倾斜安装，使得光学气室轴向前端在管道中水平垂直向下倾斜于管道径向，倾斜的角度a在5度至7度，倾斜的目的是便于水滴和粉尘等混合物向下滴落，减少堆积的几率。如图4和图5所示，光学气室探头的所述被测试气进口801迎着被测气体10的流动方，并且被测试气进口801和被测试气出口802之间的中心轴线与被测气体流动方向呈40至60度夹角b，在管道外侧设置有连接压力气源12的电控阀门13和连接或含有电加热控制电路的控制器14，电控阀门和电加热控制电路通过电加热接口和吹气接口、温度测试接口分别与光学气室探头的电加热器和吹灰气道、温度传感器连通，温度测试接口、电控阀门控制信号连接控制器14，激光检测服务器15通过光学气室探头的光纤准直器接口连接光纤准直器。
从被测试气进口进入的气体会从两个侧壁一侧进、另一侧出然后从被测试气出口流出，实践发现此结构由于进入的气体还有一部分环绕两个侧壁外侧从被测试气出口流出，因此气体在光纤准直器与光学反射镜之间会出现湍流影响测量精度，为此：如图3和图5所示，在所述两个侧壁中的未设置吹灰气道的侧壁纵向上设置有长条形通孔301，本实施例是上下两个贯穿侧壁，并且，所述气室罩固定时，所述气室罩遮住长条形通孔，并且，侧壁长条形通孔在气室罩被测试气进口一侧，如图5所示，气室罩被测试气进口801侧壁长条形通孔的一个侧边与侧壁长条形通孔的一个侧边径向对齐设置。
其中：所述电加热器是电加热棒，电加热棒从底座201伸入至侧壁3内，所述温度传感器是一个温度感应测试棒，温度感应测试棒与侧壁间隔0.1mm至0.2mm设置。
下面是基于上述管道流动气体实时检测装置的实时检测控制方法，是针对探头的温度控制以及清理镜头的控制方法，在管道侧壁上设置温度传感器，并从管道侧壁上设置的温度传感器获取被测管道温度值，在初测时获取光学反射镜反射光强度，并由此确定一个光学反射镜反射光强度阈值，对管道内的流动气体进行实时光学检侧，其中，实时获取光学气室探头的温度和光学反射镜反射光强度，当光学气室探头的温度低于被测管道温度超出2摄氏度时，启动电加热器加热光学气室探头直至高于被测管道温度，当光学反射镜的反射光强度低于反射光强度阈值时，第一步：接通压力气源清理光学反射镜6表面和光纤准直器5表面，第二步：随后启动电加热器，测量光学反射镜的反射光强度，当低于反射光强度阈值时重复第一步和第二步直至光学反射镜的反射光强度高于反射光强度阈值。
其中：所述接通压力气源清理光学反射镜6表面和光纤准直器5表面的时间长度是10秒至20秒，所述启动电加热器的时长是2分钟至3分钟，在2小时内，可以多次重复第一步和第二步的动作，但重复的次数不大于3次，大于3次则报警，报警之后，可人为后台继续操作，以便确认是否进行人为维护等操作。
实施例中，气路管道采用主机箱中设置的气泵供给气源对光纤准直器和光学反射镜片进行专一吹扫工作，并且气路管道和加热装置的结构位置决定气路管道内吹出的气体温度等同待测环境中的气体温度。此功能可以降低人员维护的频率，提高检测精度。针对性高，另外因在吹扫的过程中光学气室腔内压高于外压，故可对过滤装网外部的粉尘等异物进行清洁，使环境中的待测气体更加顺利通过。电加热器和温度传感器，这两者所负责内容一致，后者因结构设定紧靠不锈钢光学气室基座并且显露外部，同时检测环境温度和探头温度，二者组合使用保证光纤准直器和光学反射镜不影响激光进行检测。
所述过滤网罩7采用不锈钢材质滤网环形焊接，增大气体通过面积，便于气室腔内部冷凝水的溢出。阻止粉尘等大颗粒物进入气室腔内部。
所述气室罩8是不锈钢材质防腐，结构性能优异。独特的机构设计和安装方式使得气室罩8发挥重要作用。如图5所示，气室罩8其一可以防止环境气体直接吹向检测探头，造成因风速、风压等问题对光学气室基座内腔元件造成的损坏。其二可以防止环境中粉尘等异物直吹滤网罩和上部异物落到滤网罩上，堵塞气体直接进入气室腔内，其三斜向下进上出的进风方式，首先可以缓解风速风压对检测结果造成不准确的影响，其四对内部过滤网罩起到保护作用。
本结构在使用初期进入烟道内部时，探头温度和烟道内温度温差超不过2℃时，可直接测量。
本结构在使用时若遇到烟道温度和探头测试温度超出2℃时，探头镜片会产生冷凝水，（长期使用中镜片也会有铵盐，或油污等污渍粘粘）导致激光光强降低，此时产品会记录当时烟道温度并唤醒吹扫系统和加热系统。工作形式，当镜片反射光强降低到设定光强以下时，首先会唤醒吹扫系统，将镜片上的冷凝水或铵盐、油渍等杂物吹掉，吹扫时的气流是按照一定的频率吹气，并不是一直吹气，并且吹气的时长一般为10-15s左右。吹扫系统工作完毕后进入到加热系统，加热程序的设定是根据吹扫之前记录的温度上调2℃作为加热棒终止温度，进行镜片残余水渍的烘干。此过程持续时间一般为2-3分钟。此调节程序进行后会间隔20-30分钟后才会被再此唤醒。此举避免了加热探头会因温度探测器或其他原因导致的加热棒一直工作对产品或设备探头造成不可挽回的损伤。
当遇到探头镜片污损或掉落等损坏时，产品的输出端便会发出警告提醒维护人员进行设备断电并进行维护。
经过此方式改进和探头结构的改进后维护频率大大降低，原本一周维护一次的频率可以降低至一个月维护一次。这不仅是成本的降低，还带来售后、维护、工厂等多方开支减少。
Claims (10)
1.一种光学气室探头，包括基座（1），基座（1）上固定有光学气室（2），光学气室（2）包括底座（201），底座（201）固定在基座上与基座为一体结构，底座（201）上有两个相对、并且两侧间隔设置的侧壁（3），两个侧壁顶部通过顶盖（4）相互连接，在两个侧壁之间的底座上设置有光纤准直器（5），光纤准直器（5）的输入接口（501）在基座上，在顶盖（4）上设置有光学反射镜（6），光学反射镜（6）与光纤准直器（5）直线相对，其特征在于，环绕两个侧壁（3）外侧设置有过滤网罩（7），在过滤网罩外侧间隔环绕设置有气室罩（8），所述气室罩侧壁径向相对设置有被测试气进口（801）和被测试气出口（802），被测试气进口和被测试气出口是纵向长条形口，在底座（201）上设置有电加热器和温度传感器，所述两个侧壁（3）中的一个侧壁（3）中设置有吹灰气道，在设置吹灰气道的侧壁内侧设置有两个吹风口，两个吹风口与吹灰气道连通，一个吹风口朝向光学反射镜（6）表面，另一个吹风口朝向光纤准直器（5）的端面，在基座上设置有与电加热器连接的电加热接口、与温度传感器连接的温度测试接口和与吹灰气道连通的吹气接口。
2.根据权利要求1所述的光学气室探头，其特征在于，所述电加热器是电加热棒，电加热棒从底座（201）伸入至侧壁（3）内。
3.根据权利要求1所述的光学气室探头，其特征在于，所述温度传感器是一个温度感应测试棒，温度感应测试棒与侧壁间隔0.1mm至0.2mm设置。
4.一种管道流动气体实时检测装置，包括管道和光学气室探头，管道中流动有被检测气体，光学气室探头的光学气室被设置在管道气路中，被检测气体经相对的被测试气进口和被测试气出口穿过光学气室，其特征在于，所述光学气室探头是权利要求1所述的光学气室探头，光学气室探头的基座倾斜安装，使得光学气室轴向在管道中水平垂直向下倾斜于管道径向，光学气室探头的所述被测试气进口（801）迎着被测气体流动方，并且被测试气进口（801）和被测试气出口（802）之间的中心轴线与被测气体流动方向呈40至60度夹角，在管道外侧设置有连接压力气源的电控阀门和电加热控制电路，电控阀门和电加热控制电路通过电加热接口和吹气接口、温度测试接口分别与光学气室探头的电加热器和吹灰气道、温度传感器连通，一个控制器连接电控阀门和电加热控制电路。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述两个侧壁（3）中的未设置吹灰气道的侧壁纵向上设置有长条形通孔，所述气室罩固定时，所述气室罩遮住侧壁长条形通孔，并且，侧壁长条形通孔在气室罩被测试气进口一侧。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电加热器是电加热棒，电加热棒从底座（201）伸入至侧壁（3）内，所述温度传感器是一个温度感应测试棒，温度感应测试棒与侧壁间隔0.1mm至0.2mm设置。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述光学气室轴向前端在管道中水平垂直向下倾斜于管道径向5度至7度。
8.一种基于权利要求4管道流动气体实时检测装置的实时检测控制方法，在管道侧壁上设置温度传感器，并从管道侧壁上设置的温度传感器获取被测管道温度值，在初测时获取光学反射镜反射光强度，并由此确定一个光学反射镜反射光强度阈值，对管道内的流动气体进行实时光学检侧，其特征在于，实时获取光学气室探头的温度和光学反射镜反射光强度，当光学气室探头的温度低于被测管道温度超出2摄氏度时，启动电加热器加热光学气室探头直至高于被测管道温度，当光学反射镜的反射光强度低于反射光强度阈值时，第一步：接通压力气源清理光学反射镜（6）表面和光纤准直器（5）表面，第二步：随后启动电加热器，测量光学反射镜的反射光强度，当低于反射光强度阈值时时重复第一步和第二步直至光学反射镜的反射光强度高于反射光强度阈值。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述光学气室轴向前端在管道中水平垂直向下倾斜于管道径向5度至7度，所述两个侧壁（3）中的未设置吹灰气道的侧壁纵向上设置有长条形通孔，所述气室罩固定时，所述气室罩遮住侧壁长条形通孔，并且，侧壁长条形通孔在气室罩被测试气进口一侧。
10.根据权利要求9所述方法，其特征在于，所述接通压力气源清理光学反射镜（6）表面和光纤准直器（5）表面的时间长度是10秒至20秒，所述启动电加热器的时长是2分钟至3分钟，所述重复第一步和第二步的次数不大于3次，大于3次则报警。
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