[發(fā)明專利]一種多組分復用測量的激光氣體分析儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210106086.7
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN102654455A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發(fā)明（設計）人: 閻杰;黃文平;劉平
• 申請（專利權）人: 安徽皖儀科技股份有限公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

????本發(fā)明涉及一種激光氣體分析儀，尤其涉及一種多組分復用測量的激光氣體分析儀。

背景技術

半導體激光氣體分析儀是一種“實時”、“在線”的氣體監(jiān)測裝置，常用于石化、鋼鐵、水泥、環(huán)保、工業(yè)在線監(jiān)控等領域。激光氣體分析儀是一種高靈敏度的氣體分析手段，其原理是特定波長的激光通過氣體后，因受氣體特定吸收峰的吸收，產(chǎn)生光強的衰減。光強的衰減可用Beer-Lambert定律準確描述：

其中分別是激光通過氣體后，通過氣體前的光強，v是激光的頻率，P，X和L分別是氣體的壓力、濃度和光程。線強S（T）是溫度T的函數(shù)，線性函數(shù)表示吸收譜線的形狀。由Beer-Lambert定律可知，光強的衰減和被測氣體的濃度成正比，從而可以通過測量激光通過氣體后的衰減獲得被測氣體的濃度。同時，由于DFB激光器的發(fā)射峰很窄（小于15MHz），工作時可以選擇單根氣體吸收譜線進行測量，不受其他氣體的干擾，具有很高的測量靈敏度。

相對于傳統(tǒng)的點接觸式傳感器（如氧化鋯等），激光氣體分析儀由于采用“原位”式測量，能夠檢測一條光路上的待測氣體濃度，所以能夠更真實的反應測量現(xiàn)場的氣體濃度。特別對于一些測量體積較大的環(huán)境，如大型鍋爐中的過程氣體測量等，激光氣體分析儀能夠更“準確”，更“實時”的反應過程氣體的濃度，同時維護少，具有很大的應用優(yōu)勢。

工業(yè)生產(chǎn)領域，可能需要在多個位置，同時測量多種組分的過程氣體濃度。如大型燃燒鍋爐中需要準確測量CO，CO2，O2等多種特征氣體濃度才能對燃燒效率進行優(yōu)化控制。同時，由于大型鍋爐體積較大，單個探測點不能有效反映鍋爐整體濃度，所以還需要在多個測量點對多種特征氣體濃度進行測量。但是，普通的激光氣體分析儀每臺儀器只能測量一種特征氣體的濃度，如果在現(xiàn)場多個位置測量多種特征氣體的濃度，就要布置許多臺分析儀，現(xiàn)場安裝會非常復雜、混亂。甚至在一些位置無法提供如此多的焊接法蘭開孔，無法進行特征氣體濃度的測量。解決這種問題最好的方法是將測量多種氣體的各種波長激光復用到同一條光路上，只通過一對焊接法蘭即可獲得多種特征氣體的濃度。

發(fā)明內容

????本發(fā)明目的就是為了克服已有技術的缺陷，提供一種結構簡單、加工容易、引入光學噪聲可能性最小的多組分復用測量的激光氣體分析儀。

????本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種多組分復用測量的激光氣體分析儀，包括有激光器驅動控制電路、三個封裝激光器、光纖合束器、準直透鏡、光接收模塊和信號處理與顯示模塊，第一個封裝激光器測量氧氣的濃度，第二和第三個封裝激光器分別測量一氧化碳和二氧化碳的濃度，所述的激光器驅動控制電路調制、驅動所述的三個封裝激光器發(fā)出不同波長的激光，其中第一個封裝激光器發(fā)出的激光波長為0.7μm,第二和第三個封裝激光器發(fā)出的激光波長均為1.5μm，三個封裝激光器的尾纖上分別接有一根單模光纖，三根單模光纖經(jīng)過所述的光纖合束器后合成為光纖束，激光從光纖束的尾部射出并入射到所述的準直透鏡上，經(jīng)過準直后的激光穿過待測氣體進入所述的光接收模塊進行收集光、分光探測，將經(jīng)過分光探測后的光信號傳輸?shù)剿龅男盘柼幚砼c顯示模塊，信號處理與顯示模塊對光信號進行平均、濾波、非線性擬合算法處理后，獲得三種氣體的濃度，并分別將濃度值顯示出來。??

本發(fā)明的特征還在于：所述的單模光纖的截止波長大于各種激光中最大的波長，保證各種激光在單模光纖中傳輸保持單模，避免了光纖多模引起的光學噪聲；所述的光接收模塊通過電纜將信號傳輸?shù)叫盘柼幚砼c顯示模塊；所述的分光探測具體方法為時分復用或波分復用方法；所述的光接收模塊內使用了大直徑的聚焦透鏡收集激光，以補償由于光纖束中各光纖發(fā)光位置不一引起的準直發(fā)射角有所差別的問題，如圖2所示的軟件模擬結果，可知采用大直徑的聚焦透鏡完全可以補償光纖束帶來的發(fā)射角差別的影響；可根據(jù)所要測量的氣體的不同，使封裝激光器發(fā)出與所要測量的氣體相對應波長的激光；根據(jù)所要測量的氣體種類的多少，可增加或減少封裝激光器的數(shù)量，達到測量多種氣體濃度的目的。