CN2856986Y

CN2856986Y - 集成化激光气体分析系统

Info

Publication number: CN2856986Y
Application number: CN 200620100346
Authority: CN
Inventors: 王健; 马海波; 熊志才
Original assignee: Juguang Sci & Tech (hangzhou) Co Ltd
Current assignee: Focused Photonics Hangzhou Inc
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2016-01-13

Abstract

一种集成化激光气体分析系统，包括：光发射装置，光接收装置，信号分析装置，光发射装置和光接收装置通过机械连接结构配接在被测气体管道上；所述的分析系统还包括吹扫装置，所述的吹扫装置与光发射装置(1)连通；在光发射装置内安装被测气体传感器(17)及其传感器处理电路，被测气体传感器(17)连接传感器处理电路的输入端，传感器处理电路的输出端连接信号分析装置。本实用新型提供了一种气体变送器误差小、经济、便于安装和维护的集成化激光气体分析系统，适用于在线分析管道中气体的浓度。

Description

集成化激光气体分析系统

(一)技术领域

本实用新型涉及气体分析系统，特别涉及一种集成化激光气体分析系统。

(二)背景技术

可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)气体分析系统(下面简称激光气体分析系统)具有系统简单、可靠性高、测量响应速度快、分析精度高等优点，在现代工业、科研和环保等领域得到了越来越广泛的应用。随着科技的日益发展，激光气体分析系统逐步朝着便于安装和维护的集成化方向发展。

现有的激光气体分析系统通常包括：用于发射激光的光发射装置，用于接收激光的光接收装置，对接收信号进行处理得到气体的浓度等参量的信号分析装置。测量的过程气体中常含有粉尘等颗粒物，因此还有吹扫气源、过滤器、管道等组成的吹扫装置对系统的光学视窗进行吹扫，避免颗粒物粘附在系统的视窗上导致光束透过率大幅下降。另外，当空气中含有被测气体成分时，也需要用氮气等气体对分析系统的发射、接收装置进行吹扫，避免发射、接收装置中的空气中的被测气体对测量结果产生很大影响。还有，在分析系统应用于易燃易爆危险区域时，需要对分析系统进行防爆设计，一种方案是正压防爆，它也需要对光发射和光接收装置进行正压吹扫。

由于上述吹扫气体都占据测量光程的一部分，当吹扫气体中含有被测气体成分时就会对测量产生一定影响，为了提高测量准确性就需要从测量数据中扣除吹扫气体中的被测气体含量的影响。现有做法是：在吹扫气体通入分析系统的吹扫管道前接一个气体变送器，该气体变送器通常由该被测气体的传感器、信号处理电路、温度补偿电路、信号传输电路(如4-20mA传输电路)、显示屏和安装壳体组成。当吹扫气体流经该气体变送器时，传感器会产生与吹扫气体中被测气体浓度相对应的电信号，该信号依次经信号处理、温度补偿等电路处理，然后可直观地显示在模拟显示表上；或者经信号处理放大后的传感信号经模数转换后输入一微处理器，然后输出显示在数码显示屏上；同时测量获得的浓度信号通过信号传输(如4-20mA)电路输出与被测气体浓度对应的信号，再把这个信号通过传输电缆送入激光气体分析系统的信号分析装置。

现有技术可以较好地测出吹扫气体中的被测气体浓度，但也存在诸多不足：(1)误差较大，一些温度补偿电路的效果不佳；(2)成本高，在气体变送器中设有显示屏、温度补偿电路或微处理器、信号传输电路，还需要传输电缆来把浓度信号传输到激光气体分析系统的信号分析装置；如果该气体变送器安装于爆炸危险区内还要采用隔爆外壳或安全栅等防爆措施；(3)不便安装和维护，通常需要把该变送器安装于一保护柜内；另外，由于是在吹扫气体管线上安装该气体变送器，因此需要把变送器输出信号通过电缆输入到激光气体分析系统的信号分析装置，在工业现场通常还需要铺设桥架或镀锌钢管等来保护传输线缆；隔爆设计的气体变送器的标定和传感器替换过程繁琐等。

(三)发明内容

为了解决现有激光气体分析系统中气体变送器误差较大，成本高，安装和维护不便等不足，本实用新型提供了一种误差小、经济、便于安装和维护的集成化激光气体分析系统。

本实用新型采用的技术方案是：

一种集成化激光气体分析系统，包括：光发射装置，光接收装置，信号分析装置，光发射装置和光接收装置通过机械连接结构配接在被测气体管道上；所述的分析系统还包括吹扫装置，所述的吹扫装置与光发射装置连通；在光发射装置内安装被测气体传感器及其传感器处理电路，被测气体传感器连接传感器处理电路的输入端，传感器处理电路的输出端连接信号分析装置。

作为优选，光发射装置内还安装温度传感器及其温度信号处理电路，温度传感器连接温度信号处理电路的输入端，温度信号处理电路的输出端连接信号分析装置。

作为优选，在光发射装置上安装标定用通气接头，通气接头上安装用于控制标定气体的流量的限流装置，被测气体传感器与限流装置配合。

作为优选，光发射装置内安装被测气体传感器卡座，所述的被测气体传感器卡接在所述的卡座上。

作为优选，在光发射装置内还有过滤器，所述的过滤器安装在吹扫气体的进气口内。

作为优选，所述的信号分析装置也安装在光发射装置内。

作为优选，所述的光接收装置和信号分析装置安装在光发射装置内，被测气体管道内安装光折返装置，所述的光折返装置与所述的光接收装置、光发射装置配合。

当被测气体环境含有粉尘等颗粒物时，需要用吹扫气体对系统的光学视窗进行吹扫，当吹扫气体中含有被测气体成分时还需要把吹扫气体通入光发射装置中，利用光发射装置中的被测气体传感器测得吹扫气体中含有的被测气体浓度并加以扣除；当被测气体环境较干净时，不需要吹扫系统的光学视窗，但一些场合，例如被测气体是氧气时，需要用氮气等吹扫气吹扫光发射装置、光接收装置，这样在系统中有一段测量光程内含有吹扫气，当吹扫气中含有被测气体成分时，就需要利用光发射装置中的被测气体传感器测得吹扫气中的被测气体浓度并加以扣除；对于应用于易燃易爆危险区域的正压防爆型分析系统，需要通入正压吹扫气体对危险区内的光发射和光接收装置进行正压吹扫，系统测量光程中含有一段吹扫气体，当正压吹扫气体中含有被测气体成分时，就需要利用光发射装置中的被测气体传感器测得吹扫气中的被测气体浓度并加以扣除。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：(1)误差小，由于把温度传感器传感到的温度信号输入信号分析装置，信号分析装置可以利用其智能化部件(如微处理器)来修正温度对气体传感器的影响，同时也避免了信号传输电路和线缆传输过程带来的测量误差；(2)成本低，由于把被测气体传感器、温度传感器和信号分析装置集成在光发射装置中，被测气体传感器和温度传感器的信号输入到信号分析装置中的微处理器，计算得到吹扫气体中的被测气体的浓度，并显示在信号分析装置中的显示屏上，充分利用了信号分析装置的资源，省掉了现有技术中独立气体变送器的信号传输电路、人机交互装置(如显示装置、键盘等)和壳体等，同时省掉了气体变送器到激光气体分析系统之间的连接线缆及相应的镀锌钢管或桥架；另外，在需要防爆的场合可以利用气体分析系统的防爆设计，避免了独立考虑气体变送器的防爆设计；(3)便于安装和维护，被测气体传感器、温度传感器集成在光发射装置中；安装了可快速拆卸和安装的被测气体传感器的支架，方便替换气体传感器时的拆装；标定时只需将标气通入标定用通气接头，标气会通过限流装置吹到被测气体传感器上；标定时可在分析系统的人机交互装置上进行标定操作，使标定方便简单。

(四)附图说明

图1是一种集成化激光气体分析系统结构示意图；

图2是一种光发射装置的结构图；

图3是一种限流装置的剖面图；

图4是一种传感器卡座结构示意图；

图5是第二种集成化激光气体分析系统结构示意图；

图6是第三种集成化激光气体分析系统结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1：

如图1、图2、图3和图4所示，一种集成化激光气体分析系统，包括：光发射装置1，光接收装置2，信号分析装置，光发射装置1和光接收装置2通过机械连接结构配接在被测气体管道7上；所述的分析系统还包括吹扫装置，所述的吹扫装置与光发射装置1连通；在光发射装置1内安装被测气体传感器17及其传感器处理电路，被测气体传感器17连接传感器处理电路的输入端，传感器处理电路的输出端连接信号分析装置。

本实施例是一套测量管道中氧气浓度的集成化激光气体分析系统，包括光发射装置1、光接收装置2和信号分析装置。光发射装置1内安装有氧气传感器17及其信号处理电路、温度传感器15及其信号处理电路组成的氧表模块13、激光器和激光器驱动电路组成的激光器模块10，氧气传感器和温度传感器通过各自的信号处理电路连接信号分析装置。卡座18安装在光发射装置1内，用于卡紧氧气传感器17，便于氧气传感器17的拆装。在光发射装置1上安装有通气接头14，包括阻流片16的限流装置安装在通气接头14上，阻流片是一个中心开有小孔的金属片，用于降低气体流量，压帽19压紧阻流片并通过螺纹安装在通气接头14上；氧气传感器17对着阻流片16的小孔。信号分析装置包括LCD显示和触摸屏模块12、浓度测量模块11，浓度测量模块11中存储有氧气传感器的温度特性，安装在光发射装置1内。过滤器41安装在光发射装置1内。光接收装置2内安装有光电传感器和传感器信号放大电路组成的传感器模块21、信号处理电路22和电源模块23，外接电源通过电源模块23转接到各用电装置。光发射装置1和光接收装置2通过机械连接结构安装在被测气体管道7上；光接收装置2通过电源和信号电缆51与光发射装置1连接。由于被测气体环境中含有粉尘，因此使用现场工业氮气作为吹扫气对系统的光学视窗进行吹扫，工业氮气通过一级过滤器71和减压阀72后分为三路，其中两路分别用于吹扫分析系统发射装置和接收装置侧的吹扫管道，另一路通过过滤器41后通入发射装置1。

分析系统工作时，激光器驱动电路驱动激光器发射激光；同时，吹扫气体通入光发射装置1中，氧气传感器和温度传感器得到的信号经过各自信号处理电路后送入浓度测量模块11中的微处理器，微处理器根据温度传感信号对氧气传感器的温度特性进行修正，得出光发射装置1内的吹扫氮气中的氧气浓度，显示于触摸屏模块12中的LCD屏；激光通过系统的内部管道和被测气体后被光电传感器接收，传感器信号经过信号处理电路22后通过电缆51输进浓度测量模块中的微处理器，微处理器对该信号进行处理并扣除吹扫气体内的氧气影响后得出被测管道中的氧气浓度，显示在LCD屏上。

氧气传感器17需要标定时，氧气标气气源通过针阀和通气接头14连接，氧气标气通过阻流片16后吹到氧气传感器17上。当氧气传感器17中的传感单元和阻流片16上小孔足够近，并且标定气流足够大时，氧气传感器17中的传感单元感知到的气体就是通入的标定气体。可通过操作发射装置上的触摸屏输入标气浓度来实现对氧气测量模块的标定。该标定通过在微处理器中设置相应的标定系数来实现。

实施例2：

如图2、图3、图4和图5所示，一套测量被测管道中氧气浓度的集成化激光气体分析系统。与实施例1不同的是，由于被测气体比较干净，因此不需吹扫系统的光学视窗，但用现场工业氮气吹扫光发射装置；其他与实施例1相同。

实施例3：

如图2、图3、图4和图6所示，一套测量被测管道中氧气浓度的集成化激光气体分析系统，包括光发射装置1和测量探头6，光发射装置1和测量探头6通过机械连接结构安装在被测气体管道7上，光折返装置61安装在测量探头6的端部；光接收装置和信号分析装置安装在光发射装置1内；其它和实施例1相同。由于被测气体中含有粉尘，因此需要吹扫系统的光学视窗。现场工业氮气作为吹扫气通过过滤器71和减压阀72后分为两路，一路通过针阀73和过滤器41后通入光发射装置1，之后排出，另一路吹扫分析系统的内部管道。

分析系统工作时，激光器发射激光；同时，氧气传感器17和温度传感器18的传感信号经过各自的信号处理电路处理后输入浓度测量模块，计算出光发射装置内的吹扫氮气中的氧气浓度，并可在显示模块12中的LCD屏上显示；激光通过分析系统的内部管道和被测气体后被折返装置61折返，再通过被测气体和内部管道后被光电传感器转化为电信号，信号通过传感器模块21和信号处理电路22后输入浓度测量模块11，对信号进行处理并扣除吹扫光程内氧气的影响后得到被测氧气的浓度，并显示在LCD屏上。

标定过程和实施例1相同。

Claims

1、一种集成化激光气体分析系统，包括：光发射装置，光接收装置，信号分析装置，光发射装置和光接收装置通过机械连接结构配接在被测气体管道上；其特征在于：所述的分析系统还包括吹扫装置，所述的吹扫装置与光发射装置(1)连通；在光发射装置内安装被测气体传感器(17)及其传感器处理电路，被测气体传感器(17)连接传感器处理电路的输入端，传感器处理电路的输出端连接信号分析装置。

2、根据权利要求1所述的集成化激光气体分析系统，其特征在于：光发射装置内还安装温度传感器(15)及其温度信号处理电路，温度传感器(15)连接温度信号处理电路的输入端，温度信号处理电路的输出端连接信号分析装置。

3、根据权利要求1所述的集成化激光气体分析系统，其特征在于：在光发射装置上安装标定用通气接头(14)，通气接头上安装用于控制标定气体的流量的限流装置，被测气体传感器(17)与限流装置配合。

4、如权利要求2所述的集成化激光气体分析系统，其特征在于：在光发射装置上安装标定用通气接头(14)，通气接头上安装用于控制标定气体的流量的限流装置，被测气体传感器(17)与限流装置配合。

5、根据权利要求1-4之一所述的集成化激光气体分析系统，其特征在于：光发射装置(1)内安装被测气体传感器卡座(18)，所述的被测气体传感器卡接在所述的卡座上。

6、根据权利要求5所述的集成化激光气体分析系统，其特征在于：在光发射装置内还有过滤器(41)，所述的过滤器安装在吹扫气体的进气口内。

7、根据权利要求1或2或3或4或6所述的集成化激光气体分析系统，其特征在于：所述的信号分析装置也安装在光发射装置(1)内。

8、根据权利要求1或2或3或4或6所述的集成化激光气体分析系统，其特征在于：所述的光接收装置和信号分析装置安装在光发射装置(1)内，被测气体管道内安装光折返装置(61)，所述的光折返装置(61)与所述的光接收装置、光发射装置(1)配合。