CN203894167U - 一种拉曼光谱气体检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种拉曼光谱气体检测系统，包括：第一拉曼气体分析装置、第二拉曼气体分析装置和信号处理输出装置；第一拉曼气体分析装置包括：第一气体分析腔、第一激光发射单元、第一光学仪器组和检测烃类气体的第一光传感器组；第一气体分析腔用于容置待检测烃类气体；第二拉曼气体分析装置包括：第二气体分析腔、第二激光发射单元、第二光学仪器组和检测非烃类气体的第二光传感器组；第二气体分析腔用于容置待检测非烃类气体。本实用新型提供的拉曼光谱气体检测系统，通过设置两个拉曼气体分析装置及不同的光传感器组，可以使测试人员同时获取多种气体的检测数据，满足了复杂气体成分检测的需求。

Description

一种拉曼光谱气体检测系统

技术领域

本实用新型涉及石油勘探开发技术领域，具体涉及一种拉曼光谱气体检测系统。

背景技术

气测检测技术是录井中关键的技术。目前常用的烃类检测采用氢火焰色谱技术，非烃检测采用热导TCD鉴定器。氢火焰色谱仪主要问题是附属设备较多，气路系统复杂，易出现故障，需对样品进行预处理、数据分析的影响因素多；组分不能连续监测；检测速度和检测精度不能达到高效统一。热导非烃检测种类少，而且精度较低。硫化氢需要专用的检测仪器，精度较低，使用寿命较短。

国内外使用红外吸收光谱分析技术进行烃类与非烃的检测，其不再使用氢火焰鉴定器、空气压缩机、氢气发生器等辅助设备，工艺流程大大简化。但红外吸收光谱技术烃类气体组分解谱难度大，很难做到同机检测多种成分的气体，因此与油气勘探开发的需求存在较大的差距。

拉曼光谱气体检测仪近年来在国内外气体检测领域发展迅速，它以拉曼光谱为原理检测气体，主要在钢铁、冶金、化工等行业广泛应用。但是，现有的每台拉曼光谱气体检测仪仅能同时检测8种气体。随着高含硫气井、空气钻井、页岩气、煤层气等非常规气藏的勘探开发，越来越需要同时检测更多种类的气体，现有的拉曼光谱气体检测仪不能满足需求。

实用新型内容

本实用新型提供一种拉曼光谱气体检测系统，用于解决现有的拉曼光谱气体检测仪仅能同时检测8种气体，无法满足复杂气体成分检测的问题。

本实用新型提供一种拉曼光谱气体检测系统，包括：第一拉曼气体分析装置、第二拉曼气体分析装置和信号处理输出装置；

第一拉曼气体分析装置包括：第一气体分析腔、第一激光发射单元、第一光学仪器组和检测烃类气体的第一光传感器组；第一激光发射单元发射激光，经第一光学仪器组处理后，照射第一气体分析腔内的待检测气体；第一光传感器组将光信号转换为电信号输出至信号处理输出装置；

第二拉曼气体分析装置包括：第二气体分析腔、第二激光发射单元、第二光学仪器组和检测非烃类气体的第二光传感器组；第二激光发射单元发射激光，经第二光学仪器组处理后，照射第二气体分析腔内的待检测气体；第二光传感器组将光信号转换为电信号输出至信号处理输出装置；

信号处理输出装置对接收到的电信号进行放大和模数转换后输出。

进一步，第一气体分析腔连接有第一进气管和第一出气管；第一进气管依次设有第一微粒过滤器、第一压力传感器、第一流量传感器、第一抽气泵和第一流量针型阀；

第二气体分析腔连接有第二进气管和第二出气管；第二进气管依次设有第二微粒过滤器、第二压力传感器、第二流量传感器、第二抽气泵和第二流量针型阀。

进一步，第一光学仪器组包括：第一反射镜、第一棱镜和第一偏振镜；

第二光学仪器组包括：第二反射镜、第二棱镜和第二偏振镜。

进一步，本实用新型的拉曼光谱气体检测系统还包括：预处理装置；

预处理装置分别与第一拉曼气体分析装置以及第二拉曼气体分析装置密封连接并将待检测气体经过预处理后分别输送至第一拉曼气体分析装置以及第二拉曼气体分析装置。

进一步，预处理装置依次包括有：滤球过滤器、干燥筒和冷凝器。

进一步，第一光传感器组包括：多个与烃类气体的拉曼光谱频率对应的光传感器；

第二光传感器组包括：多个与非烃类气体的拉曼光谱频率对应的光传感器。

进一步，多个与烃类气体的拉曼光谱频率对应的光传感器包括：与甲烷拉曼光谱频率对应的光传感器、与乙烷拉曼光谱频率对应的光传感器、与丙烷拉曼光谱频率对应的光传感器、与异丁烷拉曼光谱频率对应的光传感器、与正丁烷拉曼光谱频率对应的光传感器、与异戊烷拉曼光谱频率对应的光传感器、与正戊烷拉曼光谱频率对应的光传感器和与硫化氢拉曼光谱频率对应的光传感器；

多个与非烃类气体的拉曼光谱频率对应的光传感器包括：与总碳氢拉曼光谱频率对应的光传感器、与氢气拉曼光谱频率对应的光传感器、与二氧化碳拉曼光谱频率对应的光传感器、与氮气拉曼光谱频率对应的光传感器、与水拉曼光谱频率对应的光传感器、与氧气拉曼光谱频率对应的光传感器、与一氧化碳拉曼光谱频率对应的光传感器和与二氧化硫拉曼光谱频率对应的光传感器。

进一步，信号处理输出装置具有多个输入端口，每个输入端口与一个光传感器对应并接收光传感器的电信号。

进一步，信号处理输出装置具有多个输出端口，每个输出端口与一个输入端口对应并将输入端口接收的电信号进行放大和模数转换后输出。

进一步，本实用新型的拉曼光谱气体检测系统还包括：存储器；

存储器接收所述信号处理输出装置的多个输出端口输出的数字信号并且存储各个所述待检测气体的检测数据。

本实用新型提供的一种拉曼光谱气体检测系统，通过设置两个拉曼气体分析装置及不同的光传感器组，使同时检测的气体种类扩展了一倍，信号处理输出装置对每种气体的检测信号进行输出，可以使测试人员同时获取多种气体的检测数据，满足了复杂气体成分检测的需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例的拉曼光谱气体检测系统的结构示意图。

具体实施方式

为充分了解本实用新型之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本实用新型做详细说明,但本实用新型并不仅仅限于此。

图1为本实用新型实施例的拉曼光谱气体检测系统的结构示意图，如图1所示，本实用新型实施例的拉曼光谱气体检测系统包括：第一拉曼气体分析装置1、第二拉曼气体分析装置2、信号处理输出装置3、预处理装置4和存储器5。

第一拉曼气体分析装置1包括：第一气体分析腔11、第一激光发射单元12、第一光学仪器组和检测烃类气体的第一光传感器组；第一激光发射单元12发射激光，经第一光学仪器组处理后，照射第一气体分析腔11内的待检测气体；第一光传感器组将光信号转换为电信号输出至信号处理输出装置3。第一气体分析腔11连接有第一进气管111和第一出气管112，第一出气管112用于排出气体；第一进气管111依次设有第一微粒过滤器1111、第一压力传感器1112、第一流量传感器1113、第一抽气泵1114和第一流量针型阀1115。第一光学仪器组包括：第一反射镜131、第一棱镜和第一偏振镜133。

第一光传感器组包括：多个与烃类气体的拉曼光谱频率对应的光传感器；多个与烃类气体的拉曼光谱频率对应的光传感器包括：与甲烷拉曼光谱频率对应的光传感器141、与乙烷拉曼光谱频率对应的光传感器142、与丙烷拉曼光谱频率对应的光传感器143、与异丁烷拉曼光谱频率对应的光传感器144、与正丁烷拉曼光谱频率对应的光传感器145、与异戊烷拉曼光谱频率对应的光传感器146、与正戊烷拉曼光谱频率对应的光传感器147和与硫化氢拉曼光谱频率对应的光传感器148。

第二拉曼气体分析装置2包括：第二气体分析腔21、第二激光发射单元22、第二光学仪器组和检测非烃类气体的第二光传感器组；第二激光发射单元22发射激光，经第二光学仪器组处理后，照射第二气体分析腔21内的待检测气体；第二光传感器组将光信号转换为电信号输出至信号处理输出装置3。第二气体分析腔21连接有第二进气管211和第二出气管212，第二出气管212用于排出气体；第二进气管依次设有第二微粒过滤器2111、第二压力传感器2112、第二流量传感器2113、第二抽气泵2114和第二流量针型阀2115。第二光学仪器组23包括：第二反射镜231、第二棱镜和第二偏振镜233。

第二光传感器组包括：多个与非烃类气体的拉曼光谱频率对应的光传感器。多个与非烃类气体的拉曼光谱频率对应的光传感器包括：与总碳氢拉曼光谱频率对应的光传感器241、与氢气拉曼光谱频率对应的光传感器242、与二氧化碳拉曼光谱频率对应的光传感器243、与氮气拉曼光谱频率对应的光传感器244、与水拉曼光谱频率对应的光传感器245、与氧气拉曼光谱频率对应的光传感器246、与一氧化碳拉曼光谱频率对应的光传感器247和与二氧化硫拉曼光谱频率对应的光传感器248。

信号处理输出装置3对接收到的电信号进行放大和模数转换后输出。信号处理输出装置3具有多个输入端口，每个输入端口与一个光传感器对应并接收该光学传感器的电信号。信号处理输出装置3具有多个输出端口，每个输出端口与一个输入端口对应并将该输入端口接收的电信号进行放大和模数转换后输出。

预处理装置4与第一拉曼气体分析装置1以及第二拉曼气体分析装置2密封连接并将待检测气体经过预处理后分别输送至第一拉曼气体分析装置1以及第二拉曼气体分析装置2。预处理装置4依次包括有：滤球过滤器41、干燥筒42和冷凝器43。

存储器5接收所述信号处理输出装置3的多个输出端口输出的数字信号并且存储所述待检测气体各种成分的检测数据。

当使用本实用新型的实施例的拉曼光谱气体检测系统检测时，将待检测气体通入预处理装置4，首先待检测气体通过滤球过滤器41的30目砂芯滤球初步过滤气体内粉尘；然后通过内装变色硅胶干燥剂的干燥筒42以及通过冷凝器43进行干燥；最后将经过上述预处理的待检测气体通过第一进气管111输送至第一气体分析腔11，通过第二进气管211输送至第二气体分析腔21。

在待检测气体通过第一进气管111时，第一微粒过滤器1111进一步过滤直径<0.2μm的粉尘颗粒，第一压力传感器1112检测通过气体的压强，第一流量传感器1113检测通过气体的流量，第一流量针型阀1115根据压强和流量控制通过的气体量，第一抽气泵1114将待检测气体抽入第一气体分析腔11。在待检测气体通过第二进气管211时，第二微粒过滤器2111进一步过滤直径<0.2μm的粉尘颗粒，第二压力传感器2112检测通过气体的压强，第二流量传感器2113检测通过气体的流量，第二流量针型阀2115根据压强和流量控制通过的气体量，第二抽气泵2114将待检测气体抽入第二气体分析腔21。

待检测气体进入第一气体分析腔11后，第一气体分析腔11一侧的第一激光发射单元12发射激光照射第一气体分析腔11内的待检测气体，第一激光发射单元12为氦－氖激光等离子发射器，其发射的激光束经过第一气体分析腔11两侧的第一反射镜131的反射、第一偏振镜133的分光以及第一棱镜对于激光束的方向调整，加强了激光束的能量并且调整了激光束的位置和方向，使激光束对于待检测气体达到更好的照射效果。第一气体分析腔11内的与甲烷拉曼光谱频率对应的光传感器141、与乙烷拉曼光谱频率对应的光传感器142、与丙烷拉曼光谱频率对应的光传感器143、与异丁烷拉曼光谱频率对应的光传感器144、与正丁烷拉曼光谱频率对应的光传感器145、与异戊烷拉曼光谱频率对应的光传感器146、与正戊烷拉曼光谱频率对应的光传感器147和与硫化氢拉曼光谱频率对应的光传感器148分别获取到甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷和硫化氢共8种烃类气体所对应的8道电信号，并分别输入至信号处理输出装置3的8个输入端口。

待检测气体进入第二气体分析腔21后，第二气体分析腔21一侧的第二激光发射单元22发射激光照射第二气体分析腔21内的待检测气体，第二激光发射单元22为氦－氖激光等离子发射器，其发射的激光束经过第二气体分析腔21两侧的第二反射镜231的反射、第二偏振镜233的分光以及第二棱镜对于激光束的方向调整，加强了激光束的能量并且调整了激光束的位置和方向，使激光束对于待检测气体达到更好的照射效果。第二气体分析腔21内的与总碳氢拉曼光谱频率对应的光传感器241、与氢气拉曼光谱频率对应的光传感器242、与二氧化碳拉曼光谱频率对应的光传感器243、与氮气拉曼光谱频率对应的光传感器244、与水拉曼光谱频率对应的光传感器245、与氧气拉曼光谱频率对应的光传感器246、与一氧化碳拉曼光谱频率对应的光传感器247和与二氧化硫拉曼光谱频率对应的光传感器248分别获取到总碳氢（C_xH_y）、氢气、二氧化碳、氮气、水（H₂O）、氧气、一氧化碳和二氧化硫共8种非烃类气体所对应的8道电信号，并分别输入至信号处理输出装置3的另外8个输入端口。

信号处理输出装置3对接收到的共16道烃类气体和非烃类气体的电信号进行处理后，通过输出端口输出至存储器5。存储器5存储16道烃类气体和非烃类气体的监测数据，主控采集单元将16道监测数据根据标定转化为浓度数值，通过UDP、RS232或OPC服务器，将分析结果输出给信号输出显示单元。

本实用新型的实施例的拉曼光谱气体检测系统中，第一拉曼气体分析装置1用于采集待检测气体中的甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷和硫化氢共8种烃类气体所对应的8道电信号，第二拉曼气体分析装置2用于采集待检测气体中的总碳氢、氢气、二氧化碳、氮气、水、氧气、一氧化碳和二氧化硫共8种非烃类气体所对应的8道电信号，由一台工控计算机对采集的数据进行分析，在显示屏同时显示所有16道待检测气体成分的分析参数，能够同时检测待检测气体中的16种烃类与非烃类气体。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，包括：第一拉曼气体分析装置、第二拉曼气体分析装置和信号处理输出装置；

所述第一拉曼气体分析装置包括：第一气体分析腔、第一激光发射单元、第一光学仪器组和检测烃类气体的第一光传感器组；所述第一激光发射单元发射激光，经所述第一光学仪器组处理后，照射所述第一气体分析腔内的待检测气体；所述第一光传感器组将光信号转换为电信号输出至所述信号处理输出装置；

所述第二拉曼气体分析装置包括：第二气体分析腔、第二激光发射单元、第二光学仪器组和检测非烃类气体的第二光传感器组；所述第二激光发射单元发射激光，经所述第二光学仪器组处理后，照射所述第二气体分析腔内的待检测气体；所述第二光传感器组将光信号转换为电信号输出至所述信号处理输出装置；

所述信号处理输出装置对接收到的电信号进行放大和模数转换后输出。

2.根据权利要求1所述的拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，

所述第一气体分析腔连接有第一进气管和第一出气管；所述第一进气管依次设有第一微粒过滤器、第一压力传感器、第一流量传感器、第一抽气泵和第一流量针型阀；

所述第二气体分析腔连接有第二进气管和第二出气管；所述第二进气管依次设有第二微粒过滤器、第二压力传感器、第二流量传感器、第二抽气泵和第二流量针型阀。

3.根据权利要求1所述的拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，

所述第一光学仪器组包括：第一反射镜、第一棱镜和第一偏振镜；

所述第二光学仪器组包括：第二反射镜、第二棱镜和第二偏振镜。

4.根据权利要求1所述的拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，还包括：预处理装置；

所述预处理装置分别与所述第一拉曼气体分析装置以及所述第二拉曼气体分析装置密封连接并将待检测气体经过预处理后分别输送至所述第一拉曼气体分析装置以及所述第二拉曼气体分析装置。

5.根据权利要求4所述的拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，所述预处理装置依次包括有：滤球过滤器、干燥筒和冷凝器。

6.根据权利要求1-5任一项所述的拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，

所述第一光传感器组包括：多个与烃类气体的拉曼光谱频率对应的光传感器；

所述第二光传感器组包括：多个与非烃类气体的拉曼光谱频率对应的光传感器。

7.根据权利要求6所述的拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，

所述多个与烃类气体的拉曼光谱频率对应的光传感器包括：与甲烷拉曼光谱频率对应的光传感器、与乙烷拉曼光谱频率对应的光传感器、与丙烷拉曼光谱频率对应的光传感器、与异丁烷拉曼光谱频率对应的光传感器、与正丁烷拉曼光谱频率对应的光传感器、与异戊烷拉曼光谱频率对应的光传感器、与正戊烷拉曼光谱频率对应的光传感器和与硫化氢拉曼光谱频率对应的光传感器；

所述多个与非烃类气体的拉曼光谱频率对应的光传感器包括：与总碳氢拉曼光谱频率对应的光传感器、与氢气拉曼光谱频率对应的光传感器、与二氧化碳拉曼光谱频率对应的光传感器、与氮气拉曼光谱频率对应的光传感器、与水拉曼光谱频率对应的光传感器、与氧气拉曼光谱频率对应的光传感器、与一氧化碳拉曼光谱频率对应的光传感器和与二氧化硫拉曼光谱频率对应的光传感器。

8.根据权利要求6所述的拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，所述信号处理输出装置具有多个输入端口，每个输入端口与一个光传感器对应并接收所述光传感器的电信号。

9.根据权利要求8所述的拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，所述信号处理输出装置具有多个输出端口，每个输出端口与一个所述输入端口对应并将所述输入端口接收的电信号进行放大和模数转换后输出。

10.根据权利要求9所述的拉曼光谱气体检测系统，其特征在于，还包括：存储器；

存储器接收所述信号处理输出装置的多个输出端口输出的数字信号并且存储各个所述待检测气体的检测数据。