基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀，可現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)幾乎所有工業(yè)過(guò)程氣體，適合復(fù)雜混合氣體檢測(cè)，響應(yīng)時(shí)間快，檢測(cè)間隔短?；诶?yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀，包括：氣體控制模塊；激光器檢測(cè)裝置；供電模塊；控制模塊；顯示模塊。本發(fā)明涉及光、機(jī)、電、氣、算各個(gè)模塊，可以同時(shí)檢測(cè)出混合氣體中4-16個(gè)成分的氣體，可用于成分復(fù)雜的氣體成分分析，分析過(guò)程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制器程序控制，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠；可以實(shí)現(xiàn)多種成分氣體的定量檢測(cè)，成本低。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于石油化工、鋼鐵冶金、水泥建材、生化制藥、微電子、煤礦安全、科學(xué)研究、航空航天等行業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)多成分混合氣體的實(shí)時(shí)定性定量檢測(cè)。
【專利說(shuō)明】基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分析化學(xué)專業(yè)中的分析儀器，特別是涉及一種基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀。

【背景技術(shù)】
[0002]過(guò)程分析儀器又稱在線分析儀器，是用于工業(yè)生產(chǎn)流程中對(duì)物質(zhì)的成分及性質(zhì)進(jìn)行自動(dòng)分析與測(cè)量?jī)x器的總稱，顯示的數(shù)據(jù)反映生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)狀況。工業(yè)過(guò)程分析儀器包括液體分析儀器、氣體分析儀器和固體分析儀器三種，工業(yè)過(guò)程氣體分析儀器用于工業(yè)過(guò)程中氣體濃度或成分的在線實(shí)時(shí)分析。
[0003]根據(jù)行業(yè)的不同，過(guò)程氣體分析儀器的應(yīng)用領(lǐng)域和檢測(cè)氣體如下表:
[0004]

【權(quán)利要求】
1.基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀，其特征在于，包括: 氣體控制模塊:將待檢測(cè)氣體通入到檢測(cè)腔(5)中； 激光器檢測(cè)裝置:激光(7)照射檢測(cè)腔(5)中的待檢測(cè)氣體，產(chǎn)生拉曼散射光； 供電模塊:將標(biāo)準(zhǔn)電壓值轉(zhuǎn)換為不同的電壓值并提供工作電壓； 控制模塊:實(shí)時(shí)監(jiān)控、采集工作狀態(tài)信息，并通過(guò)軟件轉(zhuǎn)化成所需要的氣體濃度值； 顯示模塊:顯示監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、標(biāo)定數(shù)據(jù)和檢測(cè)的氣體濃度值，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互； 所述檢測(cè)腔(5)設(shè)置于激光器檢測(cè)裝置的反射鏡(30)和輸出鏡(10)之間。
2.如權(quán)利要求1所述的基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀，其特征在于，所述氣體控制模塊依次包括輸入連接口(I)、過(guò)濾閥(2)、氣室(3)、輸入氣管(4)、檢測(cè)腔(5)、輸出氣管(19)、電磁閥(20)、壓力傳感器(21)、真空泵(23)和輸出連接口(24)，所述氣室(3)與檢測(cè)腔(5)通過(guò)輸入氣管(4)連接。
3.如權(quán)利要求2所述的基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀，其特征在于，所述壓力傳感器(21)采用MEMS壓力傳感器；所述檢測(cè)腔(5)兩側(cè)各設(shè)置1-8個(gè)選波長(zhǎng)、聚焦和接收光信號(hào)并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的檢測(cè)窗口(6)。
4.如權(quán)利要求3所述的基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀，其特征在于，在所述各個(gè)檢測(cè)窗口(6)上依次設(shè)置有透鏡、檢測(cè)特定中心波長(zhǎng)的拉曼濾光片(14)、聚焦鏡片組(15)和雪崩光電二極管(16)。
5.如權(quán)利要求1所述的基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀，其特征在于，所述激光器檢測(cè)裝置依次包括激光器電源(29)、激光管(8)、輸出鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)(9)和輸出腔(13)，在所述輸出腔(13)內(nèi)設(shè)置有輸出鏡(10)、濾光片(11)和光電探測(cè)器(12)，所述輸出鏡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(9)用于調(diào)節(jié)輸出激光功率。
6.如權(quán)利要求5所述的基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀，其特征在于，所述激光管(8)前端設(shè)置有反射鏡(30)，所述激光管(8)后端采用布儒斯特窗口(31)密封；所述激光器檢測(cè)裝置采用半內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，在所述布儒斯特窗口(31)和輸出鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)(9)之間設(shè)置檢測(cè)腔(5);所述反射鏡(30)固定不可調(diào)，所述輸出鏡(10)固定在輸出腔(13)上，并通過(guò)輸出鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)(9)微調(diào)；所述激光管(8)、輸出鏡(10)和濾光片(11)同軸；所述檢測(cè)腔(5)前端與激光管(8)密封連接，檢測(cè)腔(5)后端與激光器輸出鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)(9)密封連接；所述激光管(8)、激光器輸出鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)(9)、輸出鏡(10)、濾光片(11)構(gòu)成半內(nèi)腔式激光器，用來(lái)作為產(chǎn)生拉曼效應(yīng)的激發(fā)光源。
7.如權(quán)利要求1所述的基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀，其特征在于，所述控制模塊包括總控制板(18)、控制電路(17)、氣壓流量控制板(26)、功率電阻(32)和NTC熱敏電阻(33)。
8.如權(quán)利要求7所述的基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀，其特征在于，所述電磁閥(20)和壓力傳感器(21)的供電及控制由氣壓流量控制板(26)實(shí)現(xiàn)；所述壓力傳感器(21)進(jìn)行氣壓監(jiān)測(cè)，與氣壓流量控制板(26) —起實(shí)現(xiàn)待檢測(cè)氣體的恒壓精密控制；所述真空泵(23)的轉(zhuǎn)速通過(guò)脈寬調(diào)制模塊(25)中PWM專用芯片UC3524構(gòu)成的脈寬調(diào)制電路直接調(diào)節(jié)，同時(shí)利用真空泵(23)的FG電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)給氣壓流量控制板(26)，控制氣體流量；所述功率電阻(32)設(shè)置在檢測(cè)腔(5)的外表面，用于控制檢測(cè)腔(5)的加熱；所述NTC熱敏電阻(33)有2個(gè)，一個(gè)設(shè)置在檢測(cè)腔(5)的外表面，用于檢測(cè)檢測(cè)腔(5)的溫度，另一個(gè)設(shè)置在雪崩光電二極管(16)的制冷片上，用于檢測(cè)雪崩光電二極管(16)的溫度。
9.如權(quán)利要求1所述的基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀，其特征在于，所述供電模塊包括配電板(28)和各種連接線。
10.如權(quán)利要求1所述的基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀，其特征在于，所述顯示模塊包括PC機(jī)(27)，所述PC機(jī)(27)與總控制板(18)連接。
11.采用權(quán)利要求1所述的基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀的檢測(cè)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)待檢測(cè)氣體進(jìn)入檢測(cè)腔(5)中，激光器檢測(cè)裝置的激光管⑶產(chǎn)生的激光(7)在檢測(cè)腔(5)內(nèi)與待檢測(cè)氣體作用發(fā)生拉曼效應(yīng)，產(chǎn)生拉曼散射光； 2)拉曼散射光通過(guò)檢測(cè)窗口(6)選波長(zhǎng)、聚焦和接收光信號(hào)并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)以及控制電路(17)的信號(hào)處理后，將處理后信號(hào)輸送到總控制板(18)； 3)總控制板(18)與控制電路(17)、光電探測(cè)器(12)、氣壓控制流量板(25)通過(guò)顯示模塊軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，并將得出的測(cè)試和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)最終顯示在PC機(jī)(27)上。
12.如權(quán)利要求11所述的基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀的檢測(cè)方法，其特征在于，所述激光器檢測(cè)裝置的輸出腔(13)中的光電探測(cè)器(12)實(shí)時(shí)檢測(cè)激光光強(qiáng)變化，當(dāng)光強(qiáng)變化超過(guò)預(yù)定值時(shí)，儀器給出報(bào)警提示。
13.如權(quán)利要求11所述的基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀的檢測(cè)方法，其特征在于，所述總控制板(18)中設(shè)置信號(hào)分析模塊，可以完成對(duì)控制電路(17)、光電探測(cè)器(12)、氣壓流量控制板(26)和功率電阻(32)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)采集工作狀態(tài)信息及關(guān)鍵信號(hào)，并通過(guò)分析軟件轉(zhuǎn)化成所需要的氣體濃度值。
14.如權(quán)利要求11所述的基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀的檢測(cè)方法，其特征在于，通過(guò)總控制板(18)監(jiān)控檢測(cè)腔(5)上的NTC熱敏電阻(33)阻值的變化，來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制檢測(cè)腔(5)的溫度，當(dāng)檢測(cè)腔(5)的溫度低于預(yù)定溫度時(shí)，由功率電阻(32)、NTC熱敏電阻(33)及總控制板(18)構(gòu)成的溫度監(jiān)控電路控制開(kāi)啟加熱功率電阻(32);當(dāng)檢測(cè)腔(5)溫度高于預(yù)定溫度時(shí)，功率電阻(32)停止工作；檢測(cè)腔(5)中氣體的恒壓狀態(tài)通過(guò)壓力傳感器(21)和氣壓流量控制板(26)來(lái)控制。
15.如權(quán)利要求11所述的基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀的檢測(cè)方法，其特征在于，當(dāng)激光在反射鏡(30)和輸出鏡(10)之間反射時(shí)，光能量在激光管(8)中被激活介質(zhì)放大，最終發(fā)出強(qiáng)的激光光束。
16.如權(quán)利要求11所述的基于拉曼效應(yīng)的工業(yè)過(guò)程氣體分析儀的檢測(cè)方法，其特征在于，待檢測(cè)氣體經(jīng)過(guò)位于檢測(cè)腔(5)前后兩側(cè)的輸出氣管(19)后，分別進(jìn)入由電磁閥(20)、壓力傳感器(21)、真空泵(23)組成的氣壓流量控制系統(tǒng)，最終通過(guò)輸出連接口(24)輸出到廢氣處理裝置。
【文檔編號(hào)】G01N21/65GK104198461SQ201410458029
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】閆曉磊, 劉建軍, 雷偉國(guó), 李紅星 申請(qǐng)人:寧波海恩光電儀器有限責(zé)任公司