[實用新型]激光器相對螺旋運動重建煙氣濃度溫度分布的測量裝置

無效

• 申請號: 200820085304.2
• 申請日: 2008-04-03
• 公開（公告）號: CN201191270Y
• 公開（公告）日: 2009-02-04
• 發明（設計）人: 岑可法;王飛;嚴建華;池涌;倪明江;李曉東;黃群星;蔣旭光;馬增益;楊家林;金余其;陸勝勇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01J5/58
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司
• 代理人: 唐銀益

技術領域

本實用新型涉及一種煙氣濃度和溫度三維空間分布的測量系統。更具體地說，本實用新型涉及一種激光器相對螺旋運動重建煙氣濃度和溫度空間分布的測量裝置。

背景技術

煙氣在線動態測量對環境保護和污染控制具有重要的意義。煙氣的動態測量，一方面可以為環保監測部門提供直接的監測數據，另一方面，也是研究污染物生成機理和控制技術的重要手段。同時，煙氣的動態監測也是在生產過程中對污染物生成進行控制、對生產過程進行優化和調整的前提。

傳統的氣體測量裝置，如利用化學發光原理或熱導式的氣體測試儀，需要對氣體進行取樣，無法實現對過程中的氣體進行在線實時測量的要求。因此，采用光學的、非接觸式的方法進行氣體的測量，從而實現對污染物的監測和對生成過程進行控制，是燃燒測試領域研究的難點和熱點。九十年代后，由于光信息技術的迅猛發展，一些關鍵元器件如半導體激光器和光纖元件發展迅速，性能大大提高，價格大幅下降。室溫工作、長壽命、單模特性和較寬波長調諧范圍的半導體激光器可從商業渠道獲得，并且一些高靈敏度的光譜技術(如wavelengthmodulation?spectroscopy)也逐漸成熟，可調諧半導體激光吸收光譜技術(Tunable?diode?laser?absorption?spectroscopy)開始被較多地應用于科學和工程研究。半導體激光器發射出“窄線寬”的特定波長的激光束穿過被測氣體時，被測氣體對激光束進行吸收導致激光強度產生衰減，激光強度的衰減與被測氣體含量成正比，因此，通過測量激光強度衰減信息就可以分析獲得被測氣體的濃度和溫度信息。

目前的測量大都在單一光路上進行，測量結果為光路上的平均值，而無法獲知內部的具體分布。隨著在計算機斷層成像技術(Computed?Tomography)在醫學診斷和工業無損探測領域中的大量廣泛應用，使得利用光學技術重建煙道內的氣體濃度和溫度分布成為可能。但是對于三維測量，采用層析成像方法對不同截面分別進行測量，再匯集成三維數據的方法，對于動態的燃燒過程，還缺乏實時性。本實用新型采用探測器圍繞被測的流動煙氣旋轉，在激光器的一個旋轉周期即可實現對一段煙氣的空間三維測量，這樣的測量系統還未見報道。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種激光器相對螺旋運動重建煙氣濃度溫度分布的測量裝置。

為了解決上述技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的。

一種激光器相對螺旋運動重建煙氣濃度溫度分布的測量裝置，包括信號發生器、激光源和光纖輸出端，還包括設于電動旋轉臺邊緣的光束整形透鏡，聚焦柱面鏡位于與光束整形透鏡相對應的電動旋轉臺另一側邊緣；電動旋轉臺與煙道的橫截面平行，電動旋轉臺與煙道具有同一個旋轉軸心；聚焦柱面鏡通過信號線依次與線性陣列探測器和計算機連接。

作為本實用新型的一種改進，有一旋轉臺控制器與電動旋轉臺連接。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

(1)使用本實用新型的裝置，利用煙氣在煙道中流動的特點，使激光呈螺旋狀掃描一定長度的煙氣，實現在短時間(通常小于1秒)內對經過測量截面的一定體積的氣體濃度溫度的三維重建。

(2)使用本實用新型的裝置，不用移動激光器-探測器截面，僅通過程序計算實現三維重建，系統造價低，操作運行簡單。

(3)通過增加或者更換激光二極管，可以對各種不同的氣體(如O₂，H₂O，CO，CO₂，NO，NO₂，NH₃，HF，H₂S和CH₄等)進行三維測量。

附圖說明

圖1為本實用新型中測量系統的結構示意圖；

圖2為本實用新型中測量系統的立面結構示意圖；

圖3為本實用新型中激光掃描實現方式的示意圖。

具體實施方式

參考附圖，下面將對本實用新型進行詳細描述。

一種激光器相對螺旋運動重建煙氣濃度溫度分布的測量裝置，包括信號發生器1、激光源2和光纖輸出端3，還包括設于電動旋轉臺10邊緣的光束整形透鏡4，聚焦柱面鏡6位于與光束整形透鏡4相對應的電動旋轉臺10另一側邊緣。電動旋轉臺10與煙道5的橫截面平行，電動旋轉臺10與煙道5具有同一個旋轉軸心，有一旋轉臺控制器9與電動旋轉臺10連接。聚焦柱面鏡6通過信號線依次與線性陣列探測器7和計算機8連接。

利用上述測量裝置以及螺旋CT原理重建氣體濃度和溫度三維分布的步驟為：