CN219320095U - 一种烟气成分分析装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种烟气成分分析装置，由于在样品池中设置有包括同轴相对设置的第一反射镜和第二反射镜的光学器件，通过光学器件在样品池内多次来回反射激光信号，其中该激光信号在样品池传输时与待检测气体样品发生拉曼散射得到光谱信号，由于激光信号来回反射，可以对待测气体进行多次激发，实现了光谱信号几十个数量级的增强，有效地提高了检测的灵敏度，进而能够准确地检测出微量气体；且该装置结构简单，第一反射镜和第二反射镜之间的距离短，使得光谱信号的增强更好。
Description
技术领域
本申请涉及气体分析技术领域，特别是涉及一种烟气成分分析装置。
背景技术
激光与物体内的粒子发生碰撞时就产生了散射现象，大部分的散射光子与入射光具有相同的频率，具有不同频率的散射光现象是拉曼散射，拉曼散射是单色光与分子或者晶体物质发生非弹性散射的结果，介质分子本身振动或转动造成入射光与介质分子之间交换能量使得散射光频率发生改变，于是研究拉曼光谱可以有效的研究分子结构分子振动能级，拉曼光谱已经成为物质鉴定的有效手段。
加热不燃烧卷烟制品在加热过程中释放所的烟气化学成分复杂，其对感官品质的影响是烟草行业研究的重点之一，目前主流的检测方法是将烟气采样后离线分析，但该通过该检测方法无法获取烟气成分的变化趋势，现有的拉曼分析仪中，由于气体分子的密度小，同时拉曼散射很弱，导致拉曼散射的信号强度较弱，检测的灵敏度低，尤其对于待检测气体中含有的微量气体，无法进行准确测定。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本申请的目的为提供一种烟气成分分析装置，本申请提供的烟气成分分析装置，更容易检测到光谱信号，有效地提高了检测的灵敏度，进而能够准确地检测出微量气体。
本申请提供的技术方案如下：
一种烟气成分分析装置，包括：样品池、激光发射装置、光学器件、光谱采集装置和光谱仪；
所述光学器件设置在所述样品池内，包括同轴相对设置的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜两者之间的间距小于两者之间的焦距之和；
所述激光发射装置的激光输出端设置在所述第一反射镜上的激光入口，所述激光发射装置用于向所述样品池内发射激光信号；
所述样品池中包括待检测气体；
所述光学器件，用于在所述样品池内多次来回反射所述激光信号，其中所述激光信号在所述样品池传输时与所述待检测气体发生拉曼散射得到光谱信号；
所述光谱采集装置设置在所述样品池内，用于采集所述样品池内的光谱信号并向所述光谱仪发送所述光谱信号；
所述光谱仪，用于根据接收到的所述光谱信号分析烟气成分。
优选地，所述光谱采集装置包括：
沿所述光谱信号的传播方向依次设置的第一聚焦透镜、陷波滤光片和第二聚焦透镜。
优选地，还包括设置在所述样品池中的宽带反射镜；
所述宽带反射镜设置在所述光学器件的一侧，与所述光谱采集装置相对设置。
优选地，还包括：设置在所述光学器件所述光谱采集装置之间的窗口玻片；
所述光谱信号透过所述窗口玻片由所述光谱采集装置接收。
优选地，
所述第一反射镜和所述第二反射镜均镀有高反介质膜。
优选地，所述光谱采集装置和所述光谱仪之间设置有传感光纤。
优选地，所述第一反射镜和所述第二反射镜的直径均为25mm。
优选地，所述窗口玻片上镀有增透膜。
优选地，
所述激光发射装置包括激光器和激发光纤，所述激光器的输出端和所述激发光纤的一端连接，所述激发光纤的另一端设置在所述第一反射镜上的激光入口。
优选地，还包括单向阀、吸烟机和抽气泵，其中：
所述样品池的一端通过所述单向阀和所述吸烟机连接，所述样品池的另一端和所述抽气泵连接。
与现有技术相比较，本申请提供的一种烟气成分分析装置，由于在样品池中设置有包括同轴相对设置的第一反射镜和第二反射镜的光学器件，通过光学器件在样品池内多次来回反射激光信号，其中该激光信号在样品池传输时与待检测气体样品发生拉曼散射得到光谱信号，由于激光信号来回反射，可以对待测气体进行多次激发，实现了光谱信号几十个数量级的增强，有效地提高了检测的灵敏度，进而能够准确地检测出微量气体；且该装置结构简单，第一反射镜和第二反射镜之间的距离短，使得光谱信号的增强更好。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中提供的一种烟气成分分析装置的结构示意图；
图2为本申请实施例中提供的另一种烟气成分分析装置的结构示意图；
附图标记：10-样品池；20-激光发射装置；30-光学器件；40-光谱采集装置；50-光谱仪；60-宽带反射镜；70-窗口玻片；80-传感光纤；
20-激光发射装置；21-激光器；22-激发光纤；
30-光学器件；31-第一反射镜；32-第二反射镜；
40-光谱采集装置；41-第一聚焦透镜；42-陷波滤光片；43-第二聚焦透镜；91-单向阀；92-吸烟机；93-抽气泵。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
如图1所示，本申请实施例提供一种烟气成分分析装置，包括：样品池10、激光发射装置20、光学器件30、光谱采集装置40和光谱仪50；光学器件30设置在样品池10内，包括同轴相对设置的第一反射镜31和第二反射镜32，第一反射镜31和第二反射镜32两者之间的间距小于两者之间的焦距之和；激光发射装置20的激光输出端设置在第一反射镜31上的激光入口，激光发射装置20用于向样品池10内发射激光信号；样品池10中包括待检测气体；光学器件30，用于在样品池10内多次来回反射激光信号，其中激光信号在样品池10传输时与待检测气体发生拉曼散射得到光谱信号；光谱采集装置40设置在样品池10内，用于采集样品池10内的光谱信号并向光谱仪50发送光谱信号；光谱仪50，用于根据接收到的光谱信号分析烟气成分。
本实施例中，光谱仪50采用色散型拉曼光谱仪，色散型拉曼光谱仪测量速度快，一次测量即可得到全波段范围的拉曼散射信号，可以有效地分析出烟气成分。
本实施例中，第一反射镜31上的激光入口可以是直径为3mm的通孔。第一反射镜31和第二反射镜32均采用直径和曲率半径相同的凹面反射镜，激光信号反射次数为
其中，D为凹面反射镜的直径，r为凹面反射镜的曲率半径，θ为激光入射角度。
与现有技术相比较，本申请提供的一种烟气成分分析装置，由于在样品池10中设置有包括同轴相对设置的第一反射镜31和第二反射镜32的光学器件30，通过光学器件30在样品池10内多次来回反射激光信号，其中该激光信号在样品池10传输时与待检测气体样品发生拉曼散射得到光谱信号，由于激光信号来回反射，可以对待测气体进行多次激发，实现了光谱信号几十个数量级的增强，有效地提高了检测的灵敏度，进而能够准确地检测出微量气体；且该装置结构简单，第一反射镜31和第二反射镜32之间的距离短，使得光谱信号的增强更好。
如图2所示，作为一种实施方式，本申请实施例中，光谱采集装置40包括：沿光谱信号的传播方向依次设置的第一聚焦透镜41、陷波滤光片42和第二聚焦透镜43。第一聚焦透镜41和第二聚焦透镜43采用凸透镜，本实施例中，各个方向的散射光经过第一聚焦透镜41平行射入陷波滤光片42，通过陷波滤光片42滤除样品池10反射回来的入射光及瑞丽散射光后，滤除后的光谱信号射入第二聚焦透镜43，由第二聚焦透镜43汇聚到传感光纤80，通过传感光纤80传输至光谱仪50中进行信号处理。
如图2所示，作为一种实施方式，本申请实施例中，还包括设置在样品池10中的宽带反射镜60；宽带反射镜60设置在光学器件30的一侧，与光谱采集装置40相对设置。本实施例中，宽带反射镜60可以有效提高光谱信号的收集效率。
如图2所示，作为一种实施方式，本申请实施例中，还包括：设置在光学器件30光谱采集装置40之间的窗口玻片70；光谱信号透过窗口玻片70由光谱采集装置40接收。本实施例中，窗口玻片70用于对由光学器件30和宽带反射镜60构成的增强腔起密封作用。
作为一种实施方式，本申请实施例中，第一反射镜31和第二反射镜32均镀有高反介质膜。高反介质膜可以有效提高第一反射镜31和第二反射镜32的反射率。
如图2所示，作为一种实施方式，本申请实施例中，光谱采集装置40和光谱仪50之间设置有传感光纤80。传感光纤80用于将从光谱采集装置40输入的光谱信号进行传输后发送至光谱仪50。
作为一种实施方式，本申请实施例中，第一反射镜31和第二反射镜32的直径均为25mm。直径为25mm的反射镜的反射效果更好。
作为一种实施方式，本申请实施例中，窗口玻片70上镀有增透膜。通过在窗口玻片70上镀增透膜，可以有效地提高窗口玻片70的透光性。
如图2所示，作为一种实施方式，本申请实施例中，激光发射装置20包括激光器21和激发光纤22，激光器21的输出端和激发光纤22的一端连接，激发光纤22的另一端设置在第一反射镜31上的激光入口。本实施例中，激光器21发出的激光信号经过激发光纤22发射至样品池10中。
如图2所示，作为一种实施方式，本申请实施例中，还包括单向阀91、吸烟机92和抽气泵93，其中：样品池10的一端通过单向阀91和吸烟机92连接，样品池10的另一端和抽气泵93连接。
该烟气成分分析装置的使用方法为：启动吸烟机92，打开单向阀91，待检测的烟气定量进入向样品池10内，用激光发射装置20向样品池10内发射激光信号，设置在样品池10内的包括第一反射镜31和第二反射镜32的光学器件30将样品池10内的激光信号经过多次来回反射，激光信号经过多次反射的同时与待检测气体样品发生拉曼散射得到光谱信号，通过光谱采集装置40采集样品池10内的光谱信号，再将光谱信号通过传感光纤80传输至光谱仪50，光谱仪50测量接收到的光谱信号，进而分析出烟气的具体成分，烟气成分分析完成后，可以开启抽气泵93将样品池10中的烟气排出。
本说明书中各实施例采用递进方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例不同之处，各个实施例之间相同或相似部分相互参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种烟气成分分析装置，其特征在于，包括：样品池、激光发射装置、光学器件、光谱采集装置和光谱仪；
所述光学器件设置在所述样品池内，包括同轴相对设置的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜两者之间的间距小于两者之间的焦距之和；
所述激光发射装置的激光输出端设置在所述第一反射镜上的激光入口，所述激光发射装置用于向所述样品池内发射激光信号；
所述样品池中包括待检测气体；
所述光学器件，用于在所述样品池内多次来回反射所述激光信号，其中所述激光信号在所述样品池传输时与所述待检测气体发生拉曼散射得到光谱信号；
所述光谱采集装置设置在所述样品池内，用于采集所述样品池内的光谱信号并向所述光谱仪发送所述光谱信号；
所述光谱仪，用于根据接收到的所述光谱信号分析烟气成分。
2.根据权利要求1所述的烟气成分分析装置，其特征在于，所述光谱采集装置包括：
沿所述光谱信号的传播方向依次设置的第一聚焦透镜、陷波滤光片和第二聚焦透镜。
3.根据权利要求1或2所述的烟气成分分析装置，其特征在于，还包括设置在所述样品池中的宽带反射镜；
所述宽带反射镜设置在所述光学器件的一侧，与所述光谱采集装置相对设置。
4.根据权利要求1或2所述的烟气成分分析装置，其特征在于，还包括：设置在所述光学器件所述光谱采集装置之间的窗口玻片；
所述光谱信号透过所述窗口玻片由所述光谱采集装置接收。
5.根据权利要求1或2所述的烟气成分分析装置，其特征在于，
所述第一反射镜和所述第二反射镜均镀有高反介质膜。
6.根据权利要求1或2所述的烟气成分分析装置，其特征在于，所述光谱采集装置和所述光谱仪之间设置有传感光纤。
7.根据权利要求1或2所述的烟气成分分析装置，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜的直径均为25mm。
8.根据权利要求4所述的烟气成分分析装置，其特征在于，所述窗口玻片上镀有增透膜。
9.根据权利要求1或2所述的烟气成分分析装置，其特征在于，
所述激光发射装置包括激光器和激发光纤，所述激光器的输出端和所述激发光纤的一端连接，所述激发光纤的另一端设置在所述第一反射镜上的激光入口。
10.根据权利要求1或2所述的烟气成分分析装置，其特征在于，还包括单向阀、吸烟机和抽气泵，其中：
所述样品池的一端通过所述单向阀和所述吸烟机连接，所述样品池的另一端和所述抽气泵连接。
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