CN211856349U - 基于激光吸收光谱的热湿法气体监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于激光吸收光谱的热湿法气体监测系统，包括取样单元、样气传输管线、恒温预处理单元、测量单元和电器控制单元，所述分析气室的左端安装有激光发射及接收端，所述分析气室的右端安装有激光反射端，所述二级过滤器采用三通结构设计，且二级过滤器背部为平面结构。本实用新型中，首先，采用气吸式过滤结构，增加了样气的流通速度，提高了样气的净化效率，实现了该装置在进行样气抽取的过程中，降低了样气抽取的损失，从而提高了测量结果的准确性的效果，其次，激光光源被反射镜片反射后两次穿过分析气室，最后被聚焦镜聚焦在接收器上，激光光束两次穿过分析气室，相较于传统的对射方式，对被测气体的响应灵敏度提高了一倍。

Description

基于激光吸收光谱的热湿法气体监测系统

技术领域

本实用新型涉及工业过程和环保尾排气体成分检测技术领域，尤其涉及基于激光吸收光谱的热湿法气体监测系统。

背景技术

基于激光吸收光谱的气体检测技术由于其具有响应速度快、与气体非接触式测量、不受其它背景气体干扰和极低的检测下限等优良特性，在工业过程气体成分监测及环境保护尾气排放监测中得到广泛应用。

当前激光吸收光谱气体检测技术主要有两种应用形式，一种是原位检测形式，一种是热湿抽取检测形式，原位检测形式由于其结构简单，成本相对较低，在激光吸收光谱气体检测技术应用之初在我国得到大量应用，但随之也暴露出其存在的较多弊端：现场光路对准十分困难；安装管道震动时，仪表测量稳定性无法保证；待测气体中粉尘量较大时，激光无法穿透样气到达信号接收端，导致测量失败；无法进行标定，仪表准确性无法判断。为应对原位式检测方法存在的诸多现场不适用情况，抽取式检测形式在许多应用现场开始取代原位检测形式，而其中的热湿式抽取检测形式主要被应用来检测NH3、HCL、HF等易溶于水，易吸附的气体，热湿式抽取检测形式解决了原位检测形式存在的诸多问题，但也有其不足之处，主要是在样气在被抽取到测量仪器的过程中，容易因传输管路的吸附效应而损失，造成最终测量结果误差，并且现有的测量仪器受体积限制，具有光程较短，测量灵敏度不高的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：为了解决现有的激光吸收光谱的仪器，在进行测量的过程中，因样气损失而导致测量结果有误差，并且容易受体积限制，导致灵敏度不高的问题，而提出的基于激光吸收光谱的热湿法气体监测系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：基于激光吸收光谱的热湿法气体监测系统，包括取样单元、样气传输管线、恒温预处理单元、测量单元、电气控制单元，所述恒温预处理单元、测量单元、电气控制单元均安装于同一系统机柜中，所述取样单元包括取样杆、探头滤芯组件、采样电磁阀和反吹电磁阀，所述恒温预处理单元包括恒温盒加热组件、二级过滤器、射流泵、射流泵气源电磁阀、射流泵气源调压阀、标定阀、标定流量计和电接点压力表，所述测量单元包括信号处理箱、信号电缆、分析气室、激光发射及接收端和激光反射端，所述电气控制单元包括PLC、操作按钮、指示灯、空开、温度控制器和固态继电器。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述取样单元采样电磁阀与样气传输管线电性连接，所述样气传输管线与恒温盒加热组件电性连接，且恒温盒加热组件分为两路，一路与分析气室的进气口相连，一路与标定回路的标定阀相连。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述标定阀与标定流量计电性连接，所述分析气室的出气口与射流泵电性连接，所述射流泵分为两路，一路与射流泵气源电磁阀相连，且射流泵气源电磁阀与射流泵气源调压阀相连，射流泵气源调压阀通过三通与压缩气源总管路相连，一路与系统尾气排放接口相连。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述压缩气源总管路上通过三通与电接点压力表电性连接，所述压缩气源总管路上通过三通与节流针形阀电性连接，所述节流针形阀的出口管路与激光发射及接收端电性连接，所述压缩气源总管路前端安装有气源调压阀。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述测量单元的信号处理箱安装于系统机柜内，并通过信号电缆与激光发射及接收端电性连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述电气控制单元的PLC输入接口与操作按钮电性连接，且输出接与各受控阀门之间电性连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述电气控制单元的温度控制器通过温度传感器检测采样探头滤芯组件、样气传输管线和恒温盒加热组件的温度，并通过固态继电器实施温度控制。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述恒温盒加热组件包括上加热铝块、下加热铝块、分别安装于两个加热铝块上的两块加热片、两个齿形散热片、一个温度安全开关和一个与温度控制器相连接的温度传感器，所述上加热铝块与下加热铝块之间嵌设有分析气室，所述上加热铝块和下加热铝块的外侧均安装有齿形散热片，所述下加热铝块的侧面安装有温度安全开关，所述下加热铝块的侧面还设有与温度传感器直径相配合的小孔，且温度传感器贯穿于小孔内，与下加热铝块固定连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述分析气室的左端安装有激光发射及接收端，所述分析气室的右端安装有激光反射端，所述分析气室的内部安装有呈对称分布的两组窗口片。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述激光发射及接收端的内部装设有激光器散热模块，且激光器散热模块的进气口与节流针形阀的出气口相连。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中，在取样单元中设有样气传输管线、系统机柜、二级过滤器、射流泵、分析气室、取样杆和探头滤芯组件，样气在射流泵的抽力作用下，由取样杆进入监测系统，然后由探头滤芯组件过滤大部分粉尘颗粒，再经样气传输管线传送至二级过滤器，达到分析标准的洁净样气进入分析气室，再由分析气室的出气口，经射流泵最后排出系统，实现了该装置在进行样气抽取的过程中，降低了样气抽取的损失，从而提高了测量结果的准确性的效果。

2、本实用新型中，在分析气室中设有激光发射与接收端、激光反射端和窗口片，在系统机柜中设有信号处理箱和信号电缆，激光发射与接收端内设的激光光源，发射一束特定波长的激光束，经窗口片穿过分析气室，并被气体选择性吸收，然后被反射镜片反射，穿过分析气室，最后被激光发射与接收端内设的聚焦镜聚焦在接收器上，接收器将光信号转换为电信号，通过信号电缆传送到信号处理箱，信号处理箱通过分析计算得到待测气体的浓度，在本测量单元中，激光光束两次穿过分析气室，相较于传统的对射方式，对被测气体的响应灵敏度提高了一倍。

附图说明

图1示出了根据本实用新型实施例提供的系统结构示意图；

图2示出了根据本实用新型实施例提供的分析气室结构示意图；

图3示出了根据本实用新型实施例提供的A-A剖面图；

图例说明：

1、取样单元；2、样气传输管线；3、系统机柜；4、电气控制单元；5、信号处理箱；6、二级过滤器；7、射流泵；8、激光发射及接收端；9、分析气室；10、加热片；11、激光反射端；12、电接点压力表；13、节流针形阀；14、标定阀；15、标定流量计；16、射流泵气源电磁阀；17、射流泵气源调压阀；18、信号电缆；19、气源调压阀；20、反吹电磁阀；21、采样电磁阀；22、取样杆；23、探头滤芯组件；24、恒温盒加热组件；25、散热片；26、上加热铝块；27、下加热铝块；28、温度安全开关；29、温度传感器；30、窗口片。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：基于激光吸收光谱的热湿法气体监测系统，包括取样单元1、样气传输管线2、恒温预处理单元、测量单元、电气控制单元4，恒温预处理单元、测量单元、电气控制单元4均安装于同一系统机柜3中，取样单元1包括取样杆22、探头滤芯组件23、采样电磁阀21和反吹电磁阀20，恒温预处理单元包括恒温盒加热组件24、二级过滤器6、射流泵7、射流泵气源电磁阀16、射流泵气源调压阀17、标定阀14、标定流量计15和电接点压力表12，测量单元包括信号处理箱5、信号电缆18、分析气室9、激光发射及接收端8和激光反射端11，电气控制单元4包括PLC、操作按钮、指示灯、空开、温度控制器和固态继电器。

具体的，如图1和图2所示，取样单元1采样电磁阀21与样气传输管线2电性连接，样气传输管线2与恒温盒加热组件24电性连接，且恒温盒加热组件24分为两路，一路与分析气室9的进气口相连，一路与标定回路的标定阀14相连，标定阀14与标定流量计15电性连接，分析气室9的出气口与射流泵7电性连接，射流泵7分为两路，一路与射流泵气源电磁阀16相连，且射流泵气源电磁阀16与射流泵气源调压阀17相连，射流泵气源调压阀17通过三通与压缩气源总管路相连，一路与系统尾气排放接口相连。

具体的，如图1和图2所示，压缩气源总管路上通过三通与电接点压力表12电性连接，压缩气源总管路上通过三通与节流针形阀13电性连接，节流针形阀13的出口管路与激光发射及接收端8电性连接，压缩气源总管路前端安装有气源调压阀19，测量单元的信号处理箱5安装于系统机柜3内，并通过信号电缆18与激光发射及接收端8电性连接，电气控制单元4的温度控制器通过温度传感器29检测采样探头滤芯组件23、样气传输管线2和恒温盒加热组件24的温度，并通过固态继电器实施温度控制。

具体的，如图1和图2所示，恒温盒加热组件24包括上加热铝块26、下加热铝块27、分别安装于两个加热铝块上的两块加热片10、两个齿形散热片25、一个温度安全开关28和一个与温度控制器相连接的温度传感器29，上加热铝块26与下加热铝块27之间嵌设有分析气室9，上加热铝块26和下加热铝块27的外侧均安装有齿形散热片25，下加热铝块27的侧面安装有温度安全开关28，下加热铝块27的侧面还设有与温度传感器29直径相配合的小孔，且温度传感器29贯穿于小孔内，与下加热铝块27固定连接。

具体的，如图2和图3所示，分析气室9的左端安装有激光发射及接收端8，分析气室9的右端安装有激光反射端11，分析气室9的内部安装有呈对称分布的两组窗口片30，激光发射及接收端8的内部装设有激光器散热模块，且激光器散热模块的进气口与节流针形阀13的出气口相连。

优选地，分析气室9内壁喷涂防腐防吸附且耐高温涂层。

优选地，分析气室9两端设有倾斜安装的密封窗口片30。

优选地，所述二级过滤器6采用三通结构设计，过滤器中装有金属过滤片；三通的一个接口与采样传输管线相连，一个接口与分析气室9的进气口相连，第三个接口与标定回路的标定阀14相连；所述二级过滤器6背部为平面结构，与下加热铝块27紧密贴合固定。

优选地，所述激光发射及接收端8内设有激光器散热模块，激光器散热模块的进气口与节流针形阀13出气口相连，节流针形阀13进气口通过三通连接到压缩气源总管上。

优选地，所述激光发射及接收端8安装于分析气室9的一侧，内设有激光光源、聚焦镜、接收器，所述激光反射端11安装于分析气室9的另一侧，内设有可调整角度的反射镜片。

工作原理：使用时，使用者需要将系统启动，样气在射流泵7的抽力作用下，由取样杆22进入监测系统，然后由探头滤芯组件23过滤大部分粉尘颗粒，再经样气传输管线2传送进入系统机柜3中的二级过滤器6，进一步除去粉尘颗粒，达到分析标准的洁净样气进入分析气室9，分析后再由分析气室9的出气口，经射流泵7，最后排出系统，样气流经的管路和元件均加热至180-200度范围，整个系统的运行均由PLC实现自动控制，包括采样、反吹、标定、报警等操作，实现了该装置在进行样气抽取的过程中，降低了样气抽取的损失，从而提高了测量结果的准确性的效果；测量单元采用可调谐激光吸收光谱技术(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy，简称TDLAS)的原理，遵循朗伯比尔定律，利用了气体分子对特定波长激光的选择性吸收特点，分析激光吸收光强的变化来获得气体的浓度，分析气室9两端分别安装有激光发射及接收端8和激光反射端11，激光发射及接收端8内设的激光光源发射一束特定波长的激光束，经窗口片30穿过分析气室9并被气体选择性吸收，然后被安装在分析气室9另一侧的激光反射端11内设的反射镜片反射，再次经窗口片30穿过分析气室9，最后被激光发射及接收端8内设的聚焦镜聚焦在接收器上，接收器将光信号转换为电信号，通过信号电缆18传送到信号处理箱5，信号处理箱5通过分析计算得到待测气体的浓度，在本测量单元中，激光光束两次穿过分析气室9，相较于传统的对射方式，对被测气体的响应灵敏度提高了一倍。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于激光吸收光谱的热湿法气体监测系统，包括取样单元(1)、样气传输管线(2)、恒温预处理单元、测量单元、电气控制单元(4)，其特征在于，所述恒温预处理单元、测量单元、电气控制单元(4)均安装于同一系统机柜(3)中，所述取样单元(1)包括取样杆(22)、探头滤芯组件(23)、采样电磁阀(21)和反吹电磁阀(20)，所述恒温预处理单元包括恒温盒加热组件(24)、二级过滤器(6)、射流泵(7)、射流泵气源电磁阀(16)、射流泵气源调压阀(17)、标定阀(14)、标定流量计(15)和电接点压力表(12)，所述测量单元包括信号处理箱(5)、信号电缆(18)、分析气室(9)、激光发射及接收端(8)和激光反射端(11)，所述电气控制单元(4)包括PLC、操作按钮、指示灯、空开、温度控制器和固态继电器。

2.根据权利要求1所述的基于激光吸收光谱的热湿法气体监测系统，其特征在于，所述取样单元(1)采样电磁阀(21)与样气传输管线(2)电性连接，所述样气传输管线(2)与恒温盒加热组件(24)电性连接，且恒温盒加热组件(24)分为两路，一路与分析气室(9)的进气口相连，一路与标定回路的标定阀(14)相连。

3.根据权利要求2所述的基于激光吸收光谱的热湿法气体监测系统，其特征在于，所述标定阀(14)与标定流量计(15)电性连接，所述分析气室(9)的出气口与射流泵(7)电性连接，所述射流泵(7)分为两路，一路与射流泵气源电磁阀(16)相连，且射流泵气源电磁阀(16)与射流泵气源调压阀(17)相连，射流泵气源调压阀(17)通过三通与压缩气源总管路相连，一路与系统尾气排放接口相连。

4.根据权利要求3所述的基于激光吸收光谱的热湿法气体监测系统，其特征在于，所述压缩气源总管路上通过三通与电接点压力表(12)电性连接，所述压缩气源总管路上通过三通与节流针形阀(13)电性连接，所述节流针形阀(13)的出口管路与激光发射及接收端(8)电性连接，所述压缩气源总管路前端安装有气源调压阀(19)。

5.根据权利要求4所述的基于激光吸收光谱的热湿法气体监测系统，其特征在于，所述测量单元的信号处理箱(5)安装于系统机柜(3)内，并通过信号电缆(18)与激光发射及接收端(8)电性连接。

6.根据权利要求5所述的基于激光吸收光谱的热湿法气体监测系统，其特征在于，所述电气控制单元(4)的PLC输入接口与操作按钮电性连接，且输出接与各受控阀门之间电性连接。

7.根据权利要求6所述的基于激光吸收光谱的热湿法气体监测系统，其特征在于，所述电气控制单元(4)的温度控制器通过温度传感器(29)检测采样探头滤芯组件(23)、样气传输管线(2)和恒温盒加热组件(24)的温度，并通过固态继电器实施温度控制。

8.根据权利要求7所述的基于激光吸收光谱的热湿法气体监测系统，其特征在于，所述恒温盒加热组件(24)包括上加热铝块(26)、下加热铝块(27)、分别安装于两个加热铝块上的两块加热片(10)、两个齿形散热片(25)、一个温度安全开关(28)和一个与温度控制器相连接的温度传感器(29)，所述上加热铝块(26)与下加热铝块(27)之间嵌设有分析气室(9)，所述上加热铝块(26)和下加热铝块(27)的外侧均安装有齿形散热片(25)，所述下加热铝块(27)的侧面安装有温度安全开关(28)，所述下加热铝块(27)的侧面还设有与温度传感器(29)直径相配合的小孔，且温度传感器(29)贯穿于小孔内，与下加热铝块(27)固定连接。

9.根据权利要求8所述的基于激光吸收光谱的热湿法气体监测系统，其特征在于，所述分析气室(9)的左端安装有激光发射及接收端(8)，所述分析气室(9)的右端安装有激光反射端(11)，所述分析气室(9)的内部安装有呈对称分布的两组窗口片(30)。

10.根据权利要求9所述的基于激光吸收光谱的热湿法气体监测系统，其特征在于，所述激光发射及接收端(8)的内部装设有激光器散热模块，且激光器散热模块的进气口与节流针形阀(13)的出气口相连。

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