CN111220558A - 标准气体瓶、标准气体池、激光气体检测仪及检测方法 - Google Patents

标准气体瓶、标准气体池、激光气体检测仪及检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111220558A
CN111220558A CN202010074002.0A CN202010074002A CN111220558A CN 111220558 A CN111220558 A CN 111220558A CN 202010074002 A CN202010074002 A CN 202010074002A CN 111220558 A CN111220558 A CN 111220558A
Authority
CN
China
Prior art keywords
standard
gas
standard gas
laser
cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010074002.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111220558B (zh
Inventor
黄楠
黄杉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
XI'AN YIDA INFORMATION SYSTEM CO LTD
Original Assignee
XI'AN YIDA INFORMATION SYSTEM CO LTD
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by XI'AN YIDA INFORMATION SYSTEM CO LTD filed Critical XI'AN YIDA INFORMATION SYSTEM CO LTD
Priority to CN202010074002.0A priority Critical patent/CN111220558B/zh
Publication of CN111220558A publication Critical patent/CN111220558A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111220558B publication Critical patent/CN111220558B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N2021/0106—General arrangement of respective parts
    • G01N2021/0112—Apparatus in one mechanical, optical or electronic block

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种标准气体瓶、标准气体池、激光气体检测仪及检测方法，目的是为了解决现有技术中存在的对于有毒或爆炸性气体不能现场标定、操作复杂、对光麻烦、维护成本高以及工作量大的问题。本发明将笨重的标定管改为采用玻璃做成的密封标准气体池，大大减少了标准气体的体积，标准气体池可自由拆卸；并对光路进行改造，将标定部分集成到防爆的保护罩内，采用微型模块化结构；仪器分标定和测量两种工作端，通过简单操作，即可在线一键完成标定功能，操作简单，不用对光，维护时拆下即可，使得工作量小且成本低。

Description

标准气体瓶、标准气体池、激光气体检测仪及检测方法
技术领域
本发明涉及激光气体在线分析，具体涉及标准气体瓶、标准气体池、激光气体检测仪及检测方法。
背景技术
激光气体分析仪为燃烧控制、过程质量、安全和环境应用提供了有价值的测量数据。它可用于各种测量场景，其中包括但不限于电厂的锅炉修整、炼油和石化应用中的炉优化、通风集管的过程安全性和乙烯生产中的产品质量。
目前激光器气体分析仪大多数采用离线标定，标定周期为半年。采用标准容器的气体标定。大多数情况下，在线仪器标定需要把仪表从安装管道上拆卸下来，用标定管对仪器进行标定，然后重新调试安装。其主要有以下几个缺点：
(1)对于有些有毒气体或爆炸性气体，不能在现场标定，需要拆卸，然后在实验室进行标定，增加了工作人员的工作量和维护成本。
(2)仪器一旦标定，必须经过人工拆卸、标定、重现安装的步骤，操作复杂，工作量大。
(3)激光器气体分析仪对光麻烦，对于仪表工人要求很高，维护时间成本长，影响生产。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的对于有毒或爆炸性气体不能现场标定、操作复杂、对光麻烦、维护成本高以及工作量大的问题，而提供了一种标准气体瓶、标准气体池、激光气体检测仪及检测方法；
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种标准气体瓶，用于激光在线气体检测仪，其特殊之处在于：
所述标准气体瓶为密封玻璃样本瓶；
所述密封玻璃样本瓶内封装有标准气体。
进一步地，所述密封玻璃样本瓶顶部端面与射入的光束夹角为3～15°。
进一步地，所述密封玻璃样本瓶顶部端面上镀有增透膜；
所述标准气体与待测气体组成相同。
基于上述的一种标准气体瓶，本发明还提供了一种标准气体池，其特殊之处在于：
包括上述的标准气体瓶，还包括防护壳体；
所述密封玻璃样本瓶位于防护壳体内；
所述密封玻璃样本瓶底部与防护壳体的底部之间设有标准池接收器；
所述防护壳体的顶部设置有可供光线穿过密封玻璃样本瓶到达标准池接收器的窗口。
进一步地，所述防护壳体为可拆卸壳体。
基于上述的一种标准气体池，本发明还提供了一种激光在线气体检测仪，其特殊之处在于：
包括对称安装于待测气体管道两侧的标定系统和测量系统；
所述标定系统包括对中轴心盘、标定壳体以及设置于标定壳体内的激光器、分光镜I、分光镜II以及上述的标准气体池；所述对中轴心盘左端位于标定壳体内且与激光器连接，右端伸出标定壳体与待测气体管道法兰连接；所述分光镜I和分光镜II沿光路并排设置于对中轴心盘内；所述标准气体池为两个，分别为标准气体池I和标准气体池II；所述标准气体池I和标准气体池II中的标准气体浓度不同，其成分均与待测气体相同；所述标准气体池I内的标准池接收器为标准池接收器I；所述标准气体池II内的标准池接收器为标准池接收器II；所述标准气体池I和标准气体池II并排安装于对中轴心盘的外部，且分别位于分光镜I和分光镜II的反射光路上；
所述测量系统包括测量壳体、测量接收器以及数据处理模块；所述测量壳体与待测气体管道连接；所述测量接收器位于测量壳体内且与激光器的光路对应；所述数据处理模块与标准池接收器I、标准池接收器II以及测量接收器均电性连接。
进一步地，所述激光器的发射端还设置有激光准直镜。
进一步地，所述测量接收器接收端的光路上设置有汇聚透镜。
进一步地，所述标定系统还包括保护罩；
基于上述的激光在线气体检测仪，本发明还提供了一种激光在线气体检测方法，其特殊之处在于：采用如上所述的激光在线气体检测仪，通过以下步骤实现气体浓度的在线检测：
步骤1)首先将成分相同，且浓度分别为N标准1、N标准2的两种标准气体注入激光在线气体检测仪的标准气体池I和标准气体池II中；再将激光在线气体检测仪的标定系统和测量系统分别安装于待测气体管道上；
步骤2)打开激光器发射激光，激光经准直镜后形成准平行光，准平行光经分光镜I的反射光进入标准气体池I后被标准池接收器I接收，经数据处理模块进行信号处理得到U标准1和U参考1,其中，U标准1为标准气体池I中标准气体浓度的二次谐波信号，U参考1为标准气体池I中标准气体的平均光强信号；
步骤3)准平行光经分光镜I的透射光进入分光镜II，经分光镜II的反射光进入标准气体池II至标准池接收器II，经数据处理模块进行信号处理得到U标准2和U参考2，其中，U标准2为标准气体池II中标准气体浓度的二次谐波信号，U参考2为标准气体池II中标准气体的平均光强信号；
步骤4)由浓度计算公式
Figure BDA0002378005080000041
得：
Figure BDA0002378005080000042
Figure BDA0002378005080000043
其中：K表示标定系数，B表示待测气体的背景；L标定1标准气体池I内密封玻璃样本瓶的高度，L标定2标准气体池II内密封玻璃样本瓶的高度；
通过式1和式2求得K和B；
步骤5)经分光镜II的透射光在经过通有待测气体的待测气体管道后，进入测量接收器，经信号处理得到U测量和U参考，工业管道的内径即为待测气体的光程L测量，则待测气体的浓度N测量为：
Figure BDA0002378005080000044
将步骤6)求得的K和B带入式3求得N测量。
有益效果
本发明的有益效果是：
本发明将笨重的标定管改为采用玻璃做成的密封标准气体池，大大减少了标准气体的体积，标准气体池可自由拆卸；并对光路进行改造，将标定部分集成到防爆的保护罩内，采用微型模块化结构；仪器分标定和测量两种工作端，通过简单操作，即可在线一键完成标定功能，操作简单，不用对光，维护时拆下即可，使得工作量小且成本低。
附图说明
图1是本发明一种激光气体分析在线自动标定仪的结构示意图。
图中，1-对中轴心盘，11-保护罩，2-标定壳体，3-激光器，31-激光准直镜，4-标准气体池I，41-标准池接收器I，42-密封玻璃样本瓶，43-防护壳体，5-标准气体池II，51-标准池接收器II，6-分光镜I，7-分光镜II，8-测量壳体，9-测量接收器，91-汇聚透镜，10-数据处理模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的标准气体瓶、标准气体池、激光气体检测仪及检测方法作进一步详细说明。根据下面具体实施方式，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明包括对称安装于待测气体管道两侧的标定系统和测量系统；
标定系统包括对中轴心盘1、保护罩11、标定壳体2以及设置于标定壳体2内的激光器3、激光准直镜31、标准气体池I 4、标准气体池II 5、分光镜I 6以及分光镜II 7；保护罩11套装于标定壳体2外，并与待测气体管道法兰连接；对中轴心盘1左端位于标定壳体2内且与激光器连接，右端伸出标定壳体2与待测气体管道法兰连接；激光准直镜31设置于激光器3的发射端；分光镜I6和分光镜II 7沿光路并排设置于对中轴心盘1内；标准气体池I 4和标准气体池II 5并排安装于对中轴心盘1的外部，且分别位于分光镜I 6和分光镜II 7的反射光路上；标准气体池I 4和标准气体池II 5内均装有标准气体；标准气体池I 4、标准气体池II 5的底部分别安装标准池接收器I 41和标准池接收器II 51；
测量系统包括测量壳体8、测量接收器9以及数据处理模块10；测量壳体8与待测气体管道连接；测量接收器9位于测量壳体8内且与激光器的光路对应；数据处理模块10与标准池接收器I 41、标准池接收器II 51以及测量接收器9均电性连接。测量接收器9接收端的光路上设置有汇聚透镜91。
其中，标准气体池I 4和标准气体池II 5结构相同；标准气体池I 4包括防护壳体43和设置于防护壳体43内的密封玻璃样本瓶42，密封玻璃样本瓶42内装有标准气体；标准池接收器41位于密封玻璃样本瓶42的底部外壁与防护壳体43的底部内壁之间；密封玻璃样本瓶42采用光学玻璃制作。密封玻璃样本瓶42顶部端面与射入的光束夹角为3～15°，且该顶部端面上镀有增透膜，以消除发射光和反射光之间形成干涉，减少光路的噪声。
激光气体分析仪在线自动标定方法，包括以下步骤：
步骤1)首先将成分相同，且浓度分别为N标准1、N标准2的两种标准气体注入激光在线气体检测仪的标准气体池I和标准气体池II中；再将激光在线气体检测仪的标定系统和测量系统分别安装于待测气体管道上；
步骤2)打开激光器发射激光，激光经准直镜后形成准平行光，准平行光经分光镜I的反射光进入标准气体池I后被标准池接收器I接收，经数据处理模块进行信号处理得到U标准1和U参考1,其中，U标准1为标准气体池I中标准气体浓度的二次谐波信号，U参考1为标准气体池I中标准气体的平均光强信号；
步骤3)准平行光经分光镜I的透射光进入分光镜II，经分光镜II的反射光进入标准气体池II至标准池接收器II，经数据处理模块进行信号处理得到U标准2和U参考2，其中，U标准2为标准气体池II中标准气体浓度的二次谐波信号，U参考2为标准气体池II中标准气体的平均光强信号；
步骤4)由浓度计算公式
Figure BDA0002378005080000071
得：
Figure BDA0002378005080000072
Figure BDA0002378005080000073
其中：K表示标定系数，B表示待测气体的背景；L标定1标准气体池I内密封玻璃样本瓶的高度，L标定2标准气体池II内密封玻璃样本瓶的高度；
通过式1和式2求得K和B；
步骤5)经分光镜II的透射光在经过通有待测气体的待测气体管道后，进入测量接收器，经信号处理得到U测量和U参考，工业管道的内径即为待测气体的光程L测量，则待测气体的浓度N测量为：
Figure BDA0002378005080000074
将步骤6)求得的K和B带入式3求得N测量。

Claims (10)

1.一种标准气体瓶，用于激光在线气体检测仪，其特征在于：
所述标准气体瓶为密封玻璃样本瓶(42)；
所述密封玻璃样本瓶(42)内封装有标准气体。
2.根据权利要求1所述的一种标准气体瓶，其特征在于：
所述密封玻璃样本瓶(42)顶部端面与射入的光束夹角为3～15°。
3.根据权利要求1或2所述的一种标准气体瓶，其特征在于：
所述密封玻璃样本瓶(42)顶部端面上镀有增透膜；
所述标准气体与待测气体组成相同。
4.一种标准气体池，其特征在于：包括权利要求1至3任一所述的标准气体瓶，还包括防护壳体(43)；
所述密封玻璃样本瓶(42)位于防护壳体(43)内；
所述密封玻璃样本瓶(42)底部与防护壳体(43)的底部之间设有标准池接收器；
所述防护壳体(43)的顶部设置有可供光线穿过密封玻璃样本瓶(42)到达标准池接收器的窗口。
5.根据权利要求4所述的一种标准气体池，其特征在于：
所述防护壳体(43)为可拆卸壳体。
6.一种激光在线气体检测仪，其特征在于：
包括对称安装于待测气体管道两侧的标定系统和测量系统；
所述标定系统包括对中轴心盘(1)、标定壳体(2)以及设置于标定壳体(2)内的激光器(3)、分光镜I(6)、分光镜II(7)以及如权利要求4所述的标准气体池；所述对中轴心盘(1)左端位于标定壳体(2)内且与激光器连接，右端伸出标定壳体(2)与待测气体管道法兰连接；所述分光镜I(6)和分光镜II(7)沿光路并排设置于对中轴心盘(1)内；所述标准气体池为两个，分别为标准气体池I(4)和标准气体池I I(5)；所述标准气体池I(4)和标准气体池I I(5)中的标准气体浓度不同，其成分均与待测气体相同；所述标准气体池I(4)内的标准池接收器为标准池接收器I(41)；所述标准气体池II(5)内的标准池接收器为标准池接收器II(51)；所述标准气体池I(4)和标准气体池II(5)并排安装于对中轴心盘(1)的外部，且分别位于分光镜I(6)和分光镜I I(7)的反射光路上；
所述测量系统包括测量壳体(8)、测量接收器(9)以及数据处理模块(10)；所述测量壳体(8)与待测气体管道连接；所述测量接收器(9)位于测量壳体(8)内且与激光器(3)的光路对应；所述数据处理模块(10)与标准池接收器I(41)、标准池接收器II(51)以及测量接收器(9)均电性连接。
7.根据权利要求6所述的一种激光在线气体检测仪，其特征在于：
所述激光器(3)的发射端还设置有激光准直镜(31)。
8.根据权利要求7所述的一种激光在线气体检测仪，其特征在于：所述测量接收器(9)接收端的光路上设置有汇聚透镜(91)。
9.根据权利要求8所述的一种激光在线气体检测仪，其特征在于：
所述标定系统还包括保护罩(11)；
所述保护罩(11)套装于标定壳体(2)外，并与待测气体管道法兰连接。
10.一种激光在线气体检测方法，其特征在于：采用如权利要求6至9任一权利要求所述的激光在线气体检测仪，通过以下步骤实现气体浓度的在线检测：
步骤1)首先将成分相同，且浓度分别为N标准1、N标准2的两种标准气体注入激光在线气体检测仪的标准气体池I和标准气体池I I中；再将激光在线气体检测仪的标定系统和测量系统分别安装于待测气体管道上；
步骤2)打开激光器发射激光，激光经准直镜后形成准平行光，准平行光经分光镜I的反射光进入标准气体池I后被标准池接收器I接收，经数据处理模块进行信号处理得到U标准1和U参考1,其中，U标准1为标准气体池I中标准气体浓度的二次谐波信号，U参考1为标准气体池I中标准气体的平均光强信号；
步骤3)准平行光经分光镜I的透射光进入分光镜II，经分光镜II的反射光进入标准气体池I I至标准池接收器I I，经数据处理模块进行信号处理得到U标准2和U参考2，其中，U标准2为标准气体池I I中标准气体浓度的二次谐波信号，U参考2为标准气体池II中标准气体的平均光强信号；
步骤4)由浓度计算公式
Figure FDA0002378005070000031
得：
Figure FDA0002378005070000032
Figure FDA0002378005070000033
其中：K表示标定系数，B表示待测气体的背景；L标定1标准气体池I内密封玻璃样本瓶的高度，L标定2标准气体池I I内密封玻璃样本瓶的高度；
通过式1和式2求得K和B；
步骤5)经分光镜II的透射光在经过通有待测气体的待测气体管道后，进入测量接收器，经信号处理得到U测量和U参考，工业管道的内径即为待测气体的光程L测量，则待测气体的浓度N测量为：
Figure FDA0002378005070000041
将步骤6)求得的K和B带入式3求得N测量。
CN202010074002.0A 2020-01-22 2020-01-22 一种激光在线气体检测仪及检测方法 Active CN111220558B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010074002.0A CN111220558B (zh) 2020-01-22 2020-01-22 一种激光在线气体检测仪及检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010074002.0A CN111220558B (zh) 2020-01-22 2020-01-22 一种激光在线气体检测仪及检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111220558A true CN111220558A (zh) 2020-06-02
CN111220558B CN111220558B (zh) 2022-09-20

Family

ID=70811068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010074002.0A Active CN111220558B (zh) 2020-01-22 2020-01-22 一种激光在线气体检测仪及检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111220558B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000304695A (ja) * 1999-04-23 2000-11-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排ガス中の三酸化硫黄濃度測定装置
CN102353634A (zh) * 2011-06-15 2012-02-15 西安毅达信息系统有限公司 烟气气体含量激光在线检测系统的在线标定方法
CN102735644A (zh) * 2012-07-06 2012-10-17 北京大方科技有限责任公司 一种原位式激光气体分析仪的在线标定方法
CN202928955U (zh) * 2012-11-01 2013-05-08 西南大学 一种用光干涉法测量气体浓度的装置
CN110715906A (zh) * 2018-07-13 2020-01-21 横河电机株式会社 光谱测定装置和光谱测定方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000304695A (ja) * 1999-04-23 2000-11-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排ガス中の三酸化硫黄濃度測定装置
CN102353634A (zh) * 2011-06-15 2012-02-15 西安毅达信息系统有限公司 烟气气体含量激光在线检测系统的在线标定方法
CN102735644A (zh) * 2012-07-06 2012-10-17 北京大方科技有限责任公司 一种原位式激光气体分析仪的在线标定方法
CN202928955U (zh) * 2012-11-01 2013-05-08 西南大学 一种用光干涉法测量气体浓度的装置
CN110715906A (zh) * 2018-07-13 2020-01-21 横河电机株式会社 光谱测定装置和光谱测定方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111220558B (zh) 2022-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019228407A1 (zh) 一种环形多点反射式光电气体传感器探头
CN1908623B (zh) 多组分红外在线气体分析仪
CA2685926C (en) Apparatus for detecting the leakage of heavy water in nuclear reactor system and detection method using the same
CN107167428A (zh) 一种用于气体检测的吸收池
AU2020104424A4 (en) A method and equipment for measuring absorption coefficient of liquid
CN102353634A (zh) 烟气气体含量激光在线检测系统的在线标定方法
CN102103071A (zh) 一种在位式吸收光谱气体分析系统
CN111220558B (zh) 一种激光在线气体检测仪及检测方法
CN114002176A (zh) 一种基于紫外吸收光谱的sf6分解组分气体检测装置
CN206818876U (zh) 基于单拉曼管的臭氧探测差分吸收量子激光雷达装置
CN103163090B (zh) 一种用于反应堆厂房内部的钋气溶胶浓度检测系统
CN113390820A (zh) 一种多源光谱轻质燃料油品质检测系统
CN209821063U (zh) Cod传感器
CN202092947U (zh) 烟气气体含量激光在线检测系统的光轴调节机构
CN207147951U (zh) 一种用于气体检测的吸收池
Lines et al. On-line Monitoring for Molten Salt Reactor MC&A: Optical Spectroscopy-Based Approaches
CN111458299A (zh) 一种气体吸收池、气体浓度检测装置及方法
CN101625306B (zh) 一种用于气体浓度测量的装置
CN115266640B (zh) 一种基于空芯光纤微腔的自参考气体吸收光谱检测装置及方法
CN110736720A (zh) 一种检测hf气体含量的在线检测仪及检测方法
CN201917519U (zh) 一种在位式吸收光谱气体分析系统
CN115963079A (zh) 开放式多反射怀特池红外光谱分析系统
CN109115721B (zh) 基于可调谐激光器具有自校准功能的气体遥测装置
CN102478498A (zh) 用于比色仪的超长比色皿系统
CN201133899Y (zh) 一种长光程大气监测仪

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant