CN112964667A - 一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统 - Google Patents

一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112964667A
CN112964667A CN202110159754.1A CN202110159754A CN112964667A CN 112964667 A CN112964667 A CN 112964667A CN 202110159754 A CN202110159754 A CN 202110159754A CN 112964667 A CN112964667 A CN 112964667A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
optical fiber
laser
end device
coupling
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
CN202110159754.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112964667B (zh
Inventor
侯凌云
符鹏飞
超星
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.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
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 Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202110159754.1A priority Critical patent/CN112964667B/zh
Publication of CN112964667A publication Critical patent/CN112964667A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112964667B publication Critical patent/CN112964667B/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
    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • 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)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

本发明提出一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统，包括激光发射与调制系统、发射端装置、耦合接收端装置、信号接收与处理系统；发射端装置和耦合接收端装置分别与受限空间设备进行连接，激光发射与调制系统通过光纤与发射端装置连接，耦合接收端装置通过光纤与信号接收与处理系统连接；其特征在于：激光发射与调制系统用于实现特定波长激光的发射和波长随时间的调制，发射端装置对来自激光发射与调制系统发射的激光准直并传输到受限空间设备的待测区域，耦合接收端装置用于将穿过受限空间设备的待测区域的激光耦合并经光纤传输给信号接收与处理系统；信号接收与处理系统用于对接收到的光学信号进行采集和在线实时处理。

Description

一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统
技术领域
本发明属于测量技术领域，具体涉及一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统。
背景技术
可调谐激光吸收光谱技术是一种利用特定分子的吸收谱线特征来对温度、组分进行测量的技术，相比于传统的热电偶、取样分析等温度组分测量方法，它具有可进行实时在线原位测量、高时间分辨率等优势，在高温设备诊断测量中发挥着越来越重要的作用。但是，测量所涉及的光学系统较为冗杂，需要特定位置的光学窗口，并对光路传输通道的洁净度要求较高；因此在实际测试环境，特别是封闭小空间的设备中测量具有挑战。首先，实现受限空间设备内的测量需要整个光学系统集成化、小型化，便于安装；另外，整个系统需要承受高温、高压的环境，对系统的密封、耐高温性需要很高的要求；最后，实际测量环境较为恶劣，特别是大分子碳氢燃料燃烧会产生大量炭黑污染壁面及窗口，对光束传输造成影响，导致测量信号信噪比较低。因此，本发明一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统，对相关行业设备内部测试诊断、优化设计起到至关重要的作用。
发明内容
本发明的目的在于实现受限空间设备内温度和组分的实时在线测量。解决受限空间设备内部温度组分等重要信息的实时在线检测问题，为相关设备的设计制造、动态运行监测、故障提前预测提供实时动态参数。
针对上述问题，本发明提出了一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统，包括激光发射与调制系统、发射端装置、耦合接收端装置、信号接收与处理系统；所述发射端装置和耦合接收端装置分别与受限空间设备进行连接，所述激光发射与调制系统通过光纤与所述发射端装置连接，所述耦合接收端装置通过光纤与所述信号接收与处理系统连接；其特征在于：所述激光发射与调制系统用于实现特定波长激光的发射和波长随时间的调制，所述发射端装置对来自所述激光发射与调制系统发射的激光准直并传输到所述受限空间设备的待测区域，所述耦合接收端装置用于将穿过所述受限空间设备的待测区域的激光耦合并经光纤传输给所述信号接收与处理系统；所述信号接收与处理系统用于对接收到的光学信号进行采集和在线实时处理。
进一步，所述激光发射与调制系统包括激光器、激光控制器、信号控制板卡。
进一步，所述信号接收与处理系统包括探测器、计算机采集板卡。
进一步，所述发射端装置包括壳体结构和光学结构，所述壳体结构包括冷却空气进口2-1、空冷通道壳体2-2、螺纹接口2-3、多个内部冷却孔2-7和内层通道2-12；所述螺纹接口2-3设置在空冷通道壳体2-2的外壁面，用于将所述发射端装置与所述受限空间设备连接；所述冷却空气进口2-1设置在所述空冷通道壳体2-2外壁面上；多个内部冷却孔2-7位于所述空冷通道壳体2-2内壁面上，并沿所述空冷通道壳体2-2内壁面圆周均匀排列；所述冷却空气通过所述冷却空气进口2-1进入所述内层通道2-12，并经由所述内部冷却孔2-7进入所述内部光学结构，对所述内部光学结构进行冷却。所述内部光学结构包括导流压板2-4、光学窗口2-5、石墨垫片2-6、光学支撑座2-8、调节结构2-9、光纤接口2-10、准直透镜2-11和导流槽2-13；所述光纤接口2-10和准直透镜2-11安装在所述光学支撑座2-8上，光纤接口2-10和准直透镜2-11的中心位于同一轴线上，所述光学支撑座左端面端盖中心开孔使得所述光纤接口2-10与光纤连接，所述光纤接口2-10通过光纤与所述激光发射和调制系统连接，所述光学支撑座2-8外壁面通过螺纹与所述空冷通道壳体2-2内壁面连接；从所述激光器发射与调制系统发出的光束由光纤进入所述光纤接口2-10，经所述准直透镜2-11准直后透过所述光学窗口2-5，进入所述受限空间设备内部。
优选地，冷却空气通过所述内层通道2-12由所述导流压板2-4上的导流槽2-13进入，对光学窗口2-5的表面污染物进行清吹。导流压板2-4将光学窗口2-5和石墨垫片2-6压紧固定在空冷通道壳体2-2的内壁面凸台上。
进一步，所述光纤接口2-10的外壳体通过拉紧弹簧2-14与光学支撑座2-8连接，并通过调节结构2-9与拉紧弹簧2-14保持平衡，通过旋转调节结构2-9使光纤接口2-10发生不同方向上的倾斜，实现激光入射方向的微调。
进一步，所述耦合接收端装置包括壳体结构和内部光学结构，所述壳体结构包括螺纹接口3-1、空气冷却通道壳3-2、多个内部冷却孔3-3和冷却空气进口3-8和冷却空气通道3-12；螺纹接口3-1位于空气冷却通道壳3-2外壁面，用于将整个耦合接收端装置与受限空间设备连接；冷却空气进口3-8设置在空气冷却通道壳3-2上，多个内部冷却孔3-3位于空气冷却通道壳3-2内壁面，沿圆周方向均匀分布，冷却空气通过冷却空气进口3-8进入冷却空气通道3-12，并经内部冷却孔3-3进入光学结构，对光学结构进行冷却。所述内部光学结构包括光学安装座3-4、调节结构3-5、光纤接口3-6、耦合透镜3-7、垫片3-9、导流压板3-10、光学窗口3-11、冷却空气通道3-12、多个导流槽3-13、拉紧弹簧3-14、隔圈3-15、耦合透镜安装座3-16和光纤接口安装座3-17、卡环3-18、凸台结构3-19；导流压板3-10上设置有多个导流槽3-13，冷却空气通过导流压板3-10上的导流槽3-13进入，对光学窗口3-11靠近受限空间设备内部的表面进行清吹；光学安装座3-4外壁面通过螺纹与空气冷却通道壳3-2内壁面进行连接；耦合透镜安装座3-16左端内表面有耦合透镜3-7安装凸台，并由卡环3-18将耦合透镜3-7压紧，光纤接口安装座3-17通过外壁面螺纹与耦合透镜安装座3-16连接，光纤接口3-6安装在光纤接口安装座3-17上。
优选地，导流压板3-10将光学窗口3-11和垫片3-9压紧固定在空气冷却通道壳体3-2的凸台上。隔圈3-15位于卡环3-18和光纤接口安装座3-17之间，用以精确调节光纤接口3-6距离耦合透镜3-7之间的距离，使得光纤接口3-6的端面正好位于耦合透镜3-7的焦点。
进一步，耦合透镜安装座3-16外壁面有凸台结构3-19，凸台结构3-19通过拉紧弹簧3-14与光学安装座3-4右端盖连接，调节机构3-5连接凸台结构3-19与光学安装座3-4右端盖，调节机构3-5用以旋转调节凸台结构3-19距离光学安装座3-4右端盖的距离，并用以微调耦合透镜安装座3-16的倾角，调节机构3-5和拉紧弹簧3-14共同作用保持耦合透镜安装座3-16稳定。
优选地，导流槽2-13、3-13紧贴光学窗口2-5、3-11，并沿导流压板2-4、3-10圆周均匀分布。导流槽2-13、3-13形状为矩形或扇形凹槽。
本发明的有益效果在于：集成小型化的光学模块设计，兼具光路微调、冷却、炭黑清吹设计，安装方便，适用性广。采用可调谐吸收光谱与光纤耦合技术，耦合效率高，实现温度组分的高精度非接触式测量。本发明创新性地实现了受限空间被测设备内部的温度和组分在线实时测量，具有高时间分辨率、高精度、受限空间集成化安装的特点。
附图说明
图1是本发明系统的整体结构框架示意图；
图2是本发明系统中的发射端装置的结构图；
图3是本发明系统中的耦合接收端装置结构图。
冷却空气进口2-1、空冷通道壳体2-2、螺纹接口2-3、导流压板2-4、光学窗口2-5、石墨垫片2-6、内部冷却孔2-7、光学支撑座2-8、调节结构2-9、光纤接口2-10、准直透镜2-11、内层通道2-12、导流槽2-13、拉紧弹簧2-14；螺纹接口3-1、空气冷却通道壳3-2、内部冷却孔3-3、光学安装座3-4、调节结构3-5、光纤接口3-6、耦合透镜3-7、冷却空气进口3-8、石墨垫片3-9、导流压板3-10、光学窗口3-11、冷却空气通道3-12、导流槽3-13、拉紧弹簧3-14、隔圈3-15、耦合透镜安装座3-16、光纤接口安装座3-17、卡环3-18、凸台结构3-19。
具体实施方式
下面结合附图及实施例详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，为本发明的一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统。整个系统包括激光发射与调制系统、发射端装置、耦合接收端装置、信号接收与处理系统。
激光发射与调制系统通常包括激光器、激光控制器、信号控制板卡，激光器发出的激光经过激光控制器调制后，形成具有特定调制波形调制的波长，并由光纤传输到发射端装置。受限空间设备内部被测对象的温度和组分测量时间分辨率由调制频率决定，例如以100Hz锯齿波对激光器波长进行调制，得到测量数据的时间分辨率为10ms。本发明系统可以实现高时间分辨率的在线实时测量。在以煤油为燃料的模型燃烧室中，本发明测量系统具有很好的时间响应，当激光波长扫描周期为1kHz时，响应时间可达1ms，能够及时反映燃烧室内部的温度变化。
发射端装置和耦合接收端装置都为集成化的。发射端装置安装在受限空间设备壁面。由激光发射与调制系统发射来的激光束经发射端装置准直整合后穿过待测区域，之后由安装在受限空间设备另一壁面的耦合接收端装置耦合至光纤，再由光纤传输至信号接收与处理系统。信号接收与处理系统包括探测器、计算机采集板卡，实现对光学信号的采集和实时在线处理。
图2为发射端装置结构图。如图2所示，发射端装置整体呈圆柱形，分为壳体结构和内部光学结构。壳体结构采用不锈钢材料，主要包括冷却空气进口2-1、空冷通道壳体2-2、螺纹接口2-3和内部冷却孔2-7，内层通道2-12。螺纹接口2-3设置在空冷通道壳体2-2的外壁面，整个发射端装置通过螺纹接口2-3与受限空间设备连接。在空冷通道壳体2-2外壁面上还设置有单个冷却空气进口2-1，作为外部冷却空气的进口；多个内部冷却孔2-7位于空冷通道壳体2-2内壁面上，沿空冷通道壳体2-2内壁面圆周均匀排列；内部冷却孔2-7的数量优选为12个；冷却空气通过内层通道2-12由内部冷却孔2-7进入内部光学结构，对内部光学结构进行冷却。
内部光学结构主要包括导流压板2-4、光学窗口2-5、石墨垫片2-6、光学支撑座2-8、调节结构2-9、光纤接口2-10、导流槽2-13和准直透镜2-11。光纤接口2-10和准直透镜2-11安装在光学支撑座2-8上，光纤接口2-10通过光纤与激光发射和调制系统连接。光学支撑座2-8为套筒壳体结构，壳体套筒左端面由端盖封闭，在端盖中心开孔便于光纤接口2-10与光纤连接；导流压板2-4为具有一定厚度(厚度优选为5mm)的圆环结构，圆环宽度优选为3mm,在导流压板靠近光学窗2-5的镜片的一侧开若干导流槽2-13，导流槽2-13的厚度优选为2mm,导流槽2-13紧贴光学窗口2-5的镜片，冷却空气通过内层通道2-12由导流槽2-13进入，穿过圆环状导流压板2-4，经圆环状导流压板2-4的中间通道进入被测设备，同时对光学窗口2-5的表面污染物(燃烧炭黑等)进行清吹。导流压板2-4上设置有多个导流槽2-13,并沿圆周方向均匀分布，优选有三个导流槽。导流槽2-13优选为矩形或扇形截面凹槽。
导流压板2-4将光学窗口2-5和石墨垫片2-6压紧固定在空冷通道壳体2-2的内壁面凸台上。其中，光学窗口2-5的材料具有宽光谱透过特性，如石英、蓝宝石等。导流通道2-13紧贴光学窗口2-5，通道形状为矩形或扇形凹槽状，沿圆周均匀分布，数量优选为3个。光学支撑座2-8外壁面通过螺纹与空冷通道壳体2-2内壁面连接；光纤接口2-10为标准FC/PC、FC/APC或SMA接口结构，可与光纤进行连接，激光发射与调制系统发出的激光通过光纤与光纤接口2-10进入发射端装置。准直透镜2-11为不同焦距的平凸透镜，安装在光纤接口2-10的末端，用于对激光光束进行整形准直。光纤接口2-10和准直透镜2-11的中心位于同一轴线上。光纤接口2-10的外壳体通过拉紧弹簧2-14与光学支撑座2-8连接，共有三根拉紧弹簧均匀分布在圆周方向，并通过调节结构2-9与拉紧弹簧2-14保持平衡，调节结构2-9为顶丝结构，共有三个均匀分布在圆周方向，可旋转调节结构2-9使光纤接口2-10发生不同方向上的倾斜，实现激光入射方向的微调。激光光束从激光器发出，由光纤进入光纤接口2-10，并经过准直透镜2-11准直，透过光学窗口2-5，进入受限空间设备内部。
图3示出了耦合接收端装置的结构。如图3所示，耦合接收端装置同样分为壳体结构和内部光学结构。壳体结构整体呈圆柱形，为不锈钢材料。壳体结构包括螺纹接口3-1、空气冷却通道壳3-2、内部冷却孔3-3和冷却空气进口3-8；内部光学结构包括光学安装座3-4、耦合透镜安装座3-16、调节结构3-5、拉紧弹簧3-14、光纤接口3-6、耦合透镜3-7、垫片3-9、隔圈3-15、导流压板3-10、导流槽3-13、和光学窗口3-11等。
在壳体结构中，螺纹接口3-1位于空气冷却通道壳3-2外壁面，整个耦合接收端装置通过螺纹接口3-1与受限空间设备连接；单个冷却气进口3-8设置在空气冷却通道壳3-2上，冷却空气通过冷却气进口3-8进入冷却空气通道3-12。导流压板3-10为圆环结构，内径优选为18mm，外径优选为26mm,导流压板3-10的厚度优选为5mm，中间内径部分掏空，导流槽3-13开在圆环上，气流通过导流槽3-13紧贴光学窗口3-11的镜片表面吹出，完成对光学窗口3-11的清吹，同时气流穿过导流压板3-10的中间通道进入被测设备内部。导流压板3-10上设置有多个导流槽3-13,并沿圆周方向均匀分布，优选有三个导流槽。导流槽3-13优选为矩形或扇形截面凹槽，导流槽3-13的厚度优选为2mm。多个内部冷却孔3-3位于空气冷却通道壳3-2内壁面，沿圆周方向均匀分布。优选有12个内部冷却孔3-3。冷却空气一方面通过导流压板3-10上的导流槽3-13进入受限空间设备内部，对光学窗口3-11靠近受限空间设备内部的表面进行清吹；另一方面冷却空气通过内部冷却孔3-3进入光学结构，对光学结构进行冷却。导流压板3-10将光学窗口3-11和垫片3-9压紧固定在空气冷却通道壳体3-2的凸台上。
在内部光学结构中，光学安装座3-4为套筒壳体结构，壳体套筒右端面由端盖封闭，在端盖中心开孔便于光纤接口3-6与光纤连接；光学安装座3-4外壁面通过螺纹与空气冷却通道壳3-2内壁面进行连接；耦合透镜安装座3-16为套筒结构，左端内表面有耦合透镜3-7安装凸台，并由卡环3-18将耦合透镜3-7压紧，耦合透镜3-7为宽谱线可透过的非球面透镜，可以将入射激光束汇聚到焦点；光纤接口3-6安装在光纤接口安装座3-17上，为标准FC/PC、FC/APC或SMA接口结构，可与光纤进行连接；光纤接口3-6为光纤接口安装座3-17通过外壁面螺纹与耦合透镜安装座3-16连接；隔圈3-15位于卡环3-18和光纤接口安装座3-17之间，可以精确调节光纤接口3-6距离耦合透镜3-7之间的距离，使得光纤接口3-6的端面正好位于耦合透镜3-7的焦点，使光纤耦合效率达到最大，隔圈3-15优选不同厚度铜制薄片，最小厚度为0.2mm。耦合透镜安装座3-16外壁面有凸台结构3-19，凸台结构3-19通过拉紧弹簧3-14与光学安装座3-4右端盖连接，优选沿圆周方向有三根拉紧弹簧3-14均匀分布；调节机构3-5连接凸台结构3-19与光学安装座3-4右端盖，调节机构3-5为顶丝结构，可以旋转调节凸台结构3-19距离光学安装座3-4右端盖的距离，调节机构3-5为多个，沿圆周方向均匀分布，优选三个，，调节机构3-5和拉紧弹簧3-14共同作用保持耦合透镜安装座3-16稳定，并且可以使用调节机构3-5微调耦合透镜安装座3-16的倾角，可消除由于受限空间被测设备内部介质和受热变形对光束传播方向的影响，从而达到最佳的耦合效果，使系统具有更高的热稳定性和鲁棒性。
集成化发射端和耦合接收端装置集合了准直器、激光窗口、耦合透镜等，通过标准光纤接口和光纤连接，直接可以安装在受限空间的被测设备上，避免了在外部自由空间进行光路的调节和空间上的占用。通过双通道的冷却结构和清吹炭黑的流体通道设计，保证了光学系统可以在高温条件下和炭黑污染条件下稳定工作。本发明采用多套管式的冷却方式和集成化的光学结构，可以实现约为1800℃以上的工作环境耐受温度，整体装置可在受限空间内进行便捷安装使用。整个测量装置无需外部光学平台和光学元件。
工作时，如图1-图3所示，由激光发射和调制系统发出的激光光束通过光纤传输到发射端装置，通过准直透镜2-11对光束进行准直整形，然后通过光学窗口2-5穿过被测设备的待测区域。激光束在经过准直透镜2-11准直之前，可用调节结构2-9调整激光光束的角度和方向。穿过待测区域的激光光束带有被测设备内部组分的吸收光谱信号，该激光光束通过光学窗口3-11进入耦合接收端装置的光学结构，进入该光学结构的激光光束通过耦合透镜3-7汇聚之后进入连接在光纤接口3-6的光纤里，再由光纤将带有吸收光谱信号的激光光束传输到信号接收与处理系统，实现在线实时测量。
本发明系统中，将通过测量区域的激光光束耦合进光纤便于受限空间的光束信号传输。通过光束质量分析仪测得耦合进光纤的耦合效率达到70％以上。耦合信号通过光纤到达信号接收与处理系统，可以明显得到特征组分的吸收峰信号，信噪比达到60以上。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统，包括激光发射与调制系统、发射端装置、耦合接收端装置、信号接收与处理系统；所述发射端装置和耦合接收端装置分别与受限空间设备进行连接，所述激光发射与调制系统通过光纤与所述发射端装置连接，所述耦合接收端装置通过光纤与所述信号接收与处理系统连接；其特征在于：所述激光发射与调制系统用于实现特定波长激光的发射和波长随时间的调制，所述发射端装置对来自所述激光发射与调制系统发射的激光准直并传输到所述受限空间设备的待测区域，所述耦合接收端装置用于将穿过所述受限空间设备的待测区域的激光耦合并经光纤传输给所述信号接收与处理系统；所述信号接收与处理系统用于对接收到的光学信号进行采集和在线实时处理。
2.根据权利要求1所述的一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统，其特征在于：所述激光发射与调制系统包括激光器、激光控制器、信号控制板卡。
3.根据权利要求1所述的一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统，其特征在于：所述信号接收与处理系统包括探测器、计算机采集板卡。
4.根据权利要求1所述的一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统，其特征在于：所述发射端装置包括壳体结构和光学结构，所述壳体结构包括冷却空气进口(2-1)、空冷通道壳体(2-2)、螺纹接口(2-3)、多个内部冷却孔(2-7)和内层通道(2-12)；所述螺纹接口(2-3)设置在空冷通道壳体(2-2)的外壁面，用于将所述发射端装置与所述受限空间设备连接；所述冷却空气进口(2-1)设置在所述空冷通道壳体(2-2)外壁面上；多个内部冷却孔(2-7)位于所述空冷通道壳体(2-2)内壁面上，并沿所述空冷通道壳体(2-2)内壁面圆周均匀排列；所述冷却空气通过所述冷却空气进口(2-1)进入所述内层通道(2-12)，并经由所述内部冷却孔(2-7)进入所述内部光学结构，对所述内部光学结构进行冷却。
5.根据权利要求4所述的一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统，其特征在于：所述内部光学结构包括导流压板(2-4)、光学窗口(2-5)、石墨垫片(2-6)、光学支撑座(2-8)、调节结构(2-9)、光纤接口(2-10)、准直透镜(2-11)和导流槽(2-13)；所述光纤接口(2-10)和准直透镜(2-11)安装在所述光学支撑座(2-8)上，光纤接口(2-10)和准直透镜(2-11)的中心位于同一轴线上，所述光学支撑座左端面端盖中心开孔使得所述光纤接口(2-10)与光纤连接，所述光纤接口(2-10)通过光纤与所述激光发射和调制系统连接，所述光学支撑座(2-8)外壁面通过螺纹与所述空冷通道壳体(2-2)内壁面连接；从所述激光器发射与调制系统发出的光束由光纤进入所述光纤接口(2-10)，经所述准直透镜(2-11)准直后透过所述光学窗口(2-5)，进入所述受限空间设备内部。
6.根据权利要求5所述的一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统，其特征在于：导流压板(2-4)将光学窗口(2-5)和石墨垫片(2-6)压紧固定在空冷通道壳体(2-2)的内壁面凸台上，冷却空气通过所述内层通道(2-12)由所述导流压板(2-4)上的导流槽(2-13)进入，对光学窗口(2-5)的表面污染物进行清吹。
7.根据权利要求5所述的一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统，其特征在于：所述光纤接口(2-10)的外壳体通过拉紧弹簧(2-14)与光学支撑座(2-8)连接，并通过调节结构(2-9)与拉紧弹簧(2-14)保持平衡，通过旋转调节结构(2-9)使光纤接口(2-10)发生不同方向上的倾斜，实现激光入射方向的微调。
8.根据权利要求1所述的一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统，其特征在于：所述耦合接收端装置包括壳体结构和内部光学结构，所述壳体结构包括螺纹接口(3-1)、空气冷却通道壳(3-2)、多个内部冷却孔(3-3)和冷却空气进口(3-8)和冷却空气通道(3-12)；螺纹接口(3-1)位于空气冷却通道壳(3-2)外壁面，用于将整个耦合接收端装置与受限空间设备连接；冷却空气进口(3-8)设置在空气冷却通道壳(3-2)上，多个内部冷却孔(3-3)位于空气冷却通道壳(3-2)内壁面，沿圆周方向均匀分布，冷却空气通过冷却空气进口(3-8)进入冷却空气通道(3-12)，并经内部冷却孔(3-3)进入光学结构，对光学结构进行冷却。
9.根据权利要求8所述的一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统，其特征在于：所述内部光学结构包括光学安装座(3-4)、调节结构(3-5)、光纤接口(3-6)、耦合透镜(3-7)、垫片(3-9)、导流压板(3-10)、光学窗口(3-11)、冷却空气通道(3-12)、多个导流槽(3-13)、拉紧弹簧(3-14)、隔圈(3-15)、耦合透镜安装座(3-16)和光纤接口安装座(3-17)、卡环(3-18)、凸台结构(3-19)；导流压板(3-10)上设置有多个导流槽(3-13)，冷却空气通过导流压板(3-10)上的导流槽(3-13)进入，对光学窗口(3-11)靠近受限空间设备内部的表面进行清吹；光学安装座(3-4)外壁面通过螺纹与空气冷却通道壳(3-2)内壁面进行连接；耦合透镜安装座(3-16)左端内表面有耦合透镜(3-7)安装凸台，并由卡环(3-18)将耦合透镜(3-7)压紧，光纤接口安装座(3-17)通过外壁面螺纹与耦合透镜安装座(3-16)连接，光纤接口(3-6)安装在光纤接口安装座(3-17)上。
10.根据权利要求9所述的一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统，其特征在于：导流压板(3-10)将光学窗口(3-11)和垫片(3-9)压紧固定在空气冷却通道壳体(3-2)的凸台上，隔圈(3-15)位于卡环(3-18)和光纤接口安装座(3-17)之间，用以精确调节光纤接口(3-6)距离耦合透镜(3-7)之间的距离，使得光纤接口(3-6)的端面正好位于耦合透镜(3-7)的焦点。
11.根据权利要求9所述的一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统，其特征在于：耦合透镜安装座(3-16)外壁面有凸台结构(3-19)，凸台结构(3-19)通过拉紧弹簧(3-14)与光学安装座(3-4)右端盖连接，调节机构(3-5)连接凸台结构(3-19)与光学安装座(3-4)右端盖，调节机构(3-5)用以旋转调节凸台结构(3-19)距离光学安装座(3-4)右端盖的距离，并用以微调耦合透镜安装座(3-16)的倾角，调节机构(3-5)和拉紧弹簧(3-14)共同作用保持耦合透镜安装座(3-16)稳定。
12.根据权利要求5或9所述的一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统，其特征在于：所述导流槽(2-13、3-13)紧贴光学窗口(2-5、3-11)，并沿导流压板(2-4、3-10)圆周均匀分布；所述导流槽(2-13、3-13)形状为矩形或扇形凹槽。
CN202110159754.1A 2021-02-05 2021-02-05 一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统 Active CN112964667B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110159754.1A CN112964667B (zh) 2021-02-05 2021-02-05 一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110159754.1A CN112964667B (zh) 2021-02-05 2021-02-05 一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112964667A true CN112964667A (zh) 2021-06-15
CN112964667B CN112964667B (zh) 2022-11-25

Family

ID=76274366

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110159754.1A Active CN112964667B (zh) 2021-02-05 2021-02-05 一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112964667B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020031737A1 (en) * 2000-03-10 2002-03-14 American Air Liquide, Inc. Method for continuously monitoring chemical species and temperature in hot process gases
EP1230535A1 (en) * 1999-11-04 2002-08-14 L'air Liquide, S.A. à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Method for continuously monitoring chemical species and temperature in hot process gases
US20060176486A1 (en) * 2005-02-08 2006-08-10 General Electric Company Method and apparatus for optical detection for multi-phase combusion systems
CN201081762Y (zh) * 2008-01-24 2008-07-02 潘连富 一种多组分激光在线气体分析仪
CN101226147A (zh) * 2008-01-16 2008-07-23 浙江大学 一种气体浓度定量分析仪
CN201402247Y (zh) * 2008-12-30 2010-02-10 中国科学院安徽光学精密机械研究所 可调谐激光二极管双光程工业烟道在线监测装置
CN102288555A (zh) * 2011-07-26 2011-12-21 山西维力科技有限责任公司 一种对射型耐高温烟尘传感器及实时检测方法
US20190195784A1 (en) * 2017-12-27 2019-06-27 Fuji Electric Co., Ltd. Gas analyzing apparatus
CN110954501A (zh) * 2019-12-13 2020-04-03 中国航空工业集团公司北京长城航空测控技术研究所 一种耐高温可调谐激光吸收光谱探头结构
CN112285025A (zh) * 2020-10-26 2021-01-29 北京航空航天大学 基于tdlas检测的反射式探头装置及检测系统

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1230535A1 (en) * 1999-11-04 2002-08-14 L'air Liquide, S.A. à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Method for continuously monitoring chemical species and temperature in hot process gases
US20020031737A1 (en) * 2000-03-10 2002-03-14 American Air Liquide, Inc. Method for continuously monitoring chemical species and temperature in hot process gases
US20060176486A1 (en) * 2005-02-08 2006-08-10 General Electric Company Method and apparatus for optical detection for multi-phase combusion systems
CN101226147A (zh) * 2008-01-16 2008-07-23 浙江大学 一种气体浓度定量分析仪
CN201081762Y (zh) * 2008-01-24 2008-07-02 潘连富 一种多组分激光在线气体分析仪
CN201402247Y (zh) * 2008-12-30 2010-02-10 中国科学院安徽光学精密机械研究所 可调谐激光二极管双光程工业烟道在线监测装置
CN102288555A (zh) * 2011-07-26 2011-12-21 山西维力科技有限责任公司 一种对射型耐高温烟尘传感器及实时检测方法
US20190195784A1 (en) * 2017-12-27 2019-06-27 Fuji Electric Co., Ltd. Gas analyzing apparatus
CN110954501A (zh) * 2019-12-13 2020-04-03 中国航空工业集团公司北京长城航空测控技术研究所 一种耐高温可调谐激光吸收光谱探头结构
CN112285025A (zh) * 2020-10-26 2021-01-29 北京航空航天大学 基于tdlas检测的反射式探头装置及检测系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
关少奎: "焦饼中心温度自动测量系统的应用", 《燃料与化工》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112964667B (zh) 2022-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7036979B2 (en) Photothermal transducing spectroscopic analyzer
CN102305757B (zh) 高压燃烧碳黑颗粒浓度测量装置及测量方法
CN101477044B (zh) 一种表面等离子共振传感器
JP2011501121A (ja) 流体分析用の分光測定デバイス
CN111398171A (zh) 一种检测装置及检测方法
CN111769870B (zh) 空间激光通信终端中继光路装配检测装置及检测方法
CN112964667B (zh) 一种受限空间设备内温度和组分集成化在线测量系统
CN105738372A (zh) 一种光热弱吸收测试系统及方法
CN113390820A (zh) 一种多源光谱轻质燃料油品质检测系统
CN115452804B (zh) 一种体液的拉曼光谱检测装置及检测方法
CN112504993B (zh) 一种用于矩形燃烧流场的一对多高密度光纤光学探测装置
CN116165166A (zh) 基于单光子探测的同轴激光扫描甲烷气云成像系统及方法
CN211527779U (zh) 一种固体隙fp标准具的测试装置
CN107064060B (zh) 一种用于燃烧场测量的光纤阵列光学探头
CN113074912B (zh) 一种激光器发散角检测装置及方法
CN219369553U (zh) 一种长光程吸收池结构
CN111442833B (zh) 一种红外激光功率检测装置及其应用
CN110501298B (zh) 一种提高热湿法光路系统稳定性的方法及其气室、测量仪
CN219454985U (zh) 一种光谱黑洞共焦测量装置
CN220367217U (zh) 一种用于气体浓度测量的拉曼探头
CN113916151B (zh) 一种光谱黑洞共焦测量面型或厚度的装置及方法
CN102589699B (zh) 一种用于燃烧检测系统的校直对准系统及校直对准方法
CN220650461U (zh) 一种太赫兹光纤光谱仪小型面振扫描探头及检测系统
CN217506253U (zh) 一种双远心光机结构及用于煤质分析的光路系统
CN101261217A (zh) 自动生化分析仪分光光度计用光学系统

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