[發(fā)明專利]一種氣體在線光譜分析中的光譜儀氣室切換裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110091432.4
• 申請(qǐng)日: 2011-04-12
• 公開（公告）號(hào): CN102230886A
• 公開（公告）日: 2011-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯曉君;朱凌建;劉君華;李玉軍;張鐘華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/25
• 分類號(hào): G01N21/25;G01N21/01
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陸萬(wàn)壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣體成分及濃度的光譜在線分析領(lǐng)域，特別涉及單光路光譜儀的氣體成分及濃度的光譜在線分析。?

背景技術(shù)

光譜儀可以實(shí)現(xiàn)幾乎所有氣體的定量分析，且光譜儀工作過(guò)程中不消耗任何材料，不帶來(lái)任何污染，稱之為“綠色”儀器。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)，光譜儀已開始應(yīng)用于氣體成分及濃度的在線分析領(lǐng)域。但由于光源、探測(cè)器等器件在長(zhǎng)時(shí)間工作過(guò)程中會(huì)發(fā)生一定的特性變化，致使在長(zhǎng)時(shí)間在線分析過(guò)程中，光譜會(huì)發(fā)生一定的漂移，甚至是畸變。為減小光譜儀某些器件特性漂移給分析結(jié)果帶來(lái)的影響，需要適當(dāng)進(jìn)行背景掃描。?

光譜儀有單光路光譜儀和雙光路兩種。在進(jìn)行光譜儀在線氣體成分及濃度分析時(shí)，前者需要掃描背景光譜，掃描背景前需要用氮?dú)饣蛘邩?biāo)準(zhǔn)空氣對(duì)氣室進(jìn)行清洗，這一方面需要幾分鐘甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，以至于造成了氣體成分與濃度信息的漏測(cè)，另一方面，如果測(cè)量氣室清洗不夠干凈，則殘余氣體將給后續(xù)分析結(jié)果引入系統(tǒng)偏差；后者由于是兩路理論上是由兩路完全一樣的光路構(gòu)成，只不過(guò)一路用于測(cè)量，另一路作為參考，理論上可以消除環(huán)境變化等因素給分析結(jié)果帶來(lái)的影響，不需要掃描背景。但雙光路光譜儀并不能解決長(zhǎng)時(shí)間在線工作過(guò)程中器件特性漂移給分析結(jié)果帶來(lái)的影響。首先，理想的完全?一樣的光路是不存在的，兩路光路上的元器件的漂移特性也不太可能完全一樣。因此，長(zhǎng)時(shí)間的在線工作以后，雙光路光譜儀的分析結(jié)果也難免會(huì)受到光譜儀元器件特性漂移帶來(lái)的影響，而且這種影響可能會(huì)比較大。其次，光譜儀的探測(cè)器、分光鏡的價(jià)格在2萬(wàn)人民幣左右，雙光路光譜儀的價(jià)格比單光路光譜儀高很多，不利于光譜儀的推廣應(yīng)用。?

如附圖1所示，圖中給出了石油勘探現(xiàn)場(chǎng)掃描獲得的傅立葉變換中紅外氣體吸收光譜，0.01％濃度甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷光譜，以及0.1％濃度二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)氣光譜。正常情況下，由于獲得的傅立葉變換中紅外氣體吸收光譜是實(shí)際吸收光譜與背景光譜的比值，因此，所獲得光譜的基線應(yīng)為縱坐標(biāo)數(shù)值為1的直線，但明顯地，附圖1中現(xiàn)場(chǎng)掃描光譜的基線明顯地發(fā)生了傾斜。此外，對(duì)于以透射率為輸出的傅立葉變換中紅外氣體吸收光譜，吸收峰的方向均應(yīng)朝下，而不是朝上。波數(shù)3016.6處為甲烷的吸收峰，而現(xiàn)場(chǎng)掃描光譜在該處有向上凸起。這表明，光譜儀氣室清洗不干凈，在掃描背景光譜時(shí)存在甲烷等殘余氣體。掃描背景光譜時(shí)甲烷殘余氣體的存在，使得隨后的分析結(jié)果中甲烷的濃度偏小。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種有效節(jié)省光譜儀在線氣體成分與濃度分析過(guò)程中氣室清洗時(shí)間的裝置，提高氣體分析的在線實(shí)時(shí)性，減少漏測(cè)數(shù)據(jù)，避免掃描背景光譜時(shí)因測(cè)量氣室沖洗不干凈，殘余氣體?引入系統(tǒng)偏差。?

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的光譜氣室切換裝置技術(shù)方案是，在光譜儀中增加一個(gè)材料、結(jié)構(gòu)、尺寸完全一樣的氣室，其中一個(gè)氣室用于測(cè)量，稱之為測(cè)量氣室，另一個(gè)氣室用于存放純氮?dú)饣驑?biāo)準(zhǔn)空氣，稱之為樣氣氣室。正常測(cè)量時(shí)，測(cè)量氣室置于光路中，需要重新掃描背景時(shí)，切換裝置在計(jì)算機(jī)控制下，通過(guò)電機(jī)將樣氣氣室置于光路中。掃描完背景光譜后，切換裝置重新把測(cè)量氣室置于光路中，使得光譜儀恢復(fù)正常的光譜掃描與光譜分析。?

所述的氣體在線光譜分析中的光譜儀氣室切換裝置，包括測(cè)量氣室、樣氣氣室、直線軸承、垂直移動(dòng)機(jī)構(gòu)、限位傳感器等組成；所述測(cè)量氣室和樣氣氣室固定安裝在氣室底座上，氣室底座與連接安裝板用緊定螺釘進(jìn)行固定連接；所述直線軸承由導(dǎo)桿和軸承座構(gòu)成，導(dǎo)桿固定安裝在地板上，軸承座固定安裝在連接安裝板上；所述垂直移動(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)、電機(jī)安裝座、螺桿、可移動(dòng)螺組成，電機(jī)安裝在電機(jī)安裝座上，可進(jìn)行連續(xù)的正反轉(zhuǎn)，電機(jī)安裝座通過(guò)緊定螺釘固定安裝在底板上，螺桿與電機(jī)的輸出軸固連，可移動(dòng)螺母固定安裝在連接安裝板上，連接安裝板上安裝有氣室底座、2個(gè)軸承座、一個(gè)螺母。當(dāng)需要掃描背景光譜時(shí)，控制電機(jī)正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)與螺桿配合的螺母向上移動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)連接安裝板、氣室順著直線軸承中心向上移動(dòng)，直至上限位傳感器檢測(cè)到到位信號(hào)為止，即將標(biāo)準(zhǔn)氣室移至到光路中，完成背景光譜掃描；掃描完背景光譜后，控制電機(jī)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)連接安裝板、氣室順著直線軸承中心向下移動(dòng)，直至下限位傳感器檢測(cè)到到位信號(hào)為止，即把測(cè)量氣室重新置于光路中，使得光譜儀恢復(fù)正常的光譜掃描與光譜分析，從而達(dá)到光譜掃描的目的。?