[發(fā)明專利]一種基于前向散射方向探測的激光氣體拉曼光譜檢測系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810256186.5
• 申請(qǐng)日: 2018-03-27
• 公開（公告）號(hào): CN108459005A
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張雨樂;張雷洪;焦子傲;熊銳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 張雨樂
• 主分類號(hào): G01N21/65
• 分類號(hào): G01N21/65;G01N21/01
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 陸惠中;王永偉

本發(fā)明涉及氣體檢測方法，特別是一種基于前向散射方向探測的激光氣體拉曼光譜檢測系統(tǒng)。包括左腔鏡、右腔鏡、高壓氦氖管、三棱鏡、透鏡、干涉光譜儀和氣體室，左腔鏡和高壓氦氖管置于氣體室左方，三棱鏡和右腔鏡置于氣體室中，干涉光譜儀和透鏡置于氣體室右方，左腔鏡、高壓氦氖管、三棱鏡、右腔鏡和透鏡從左至右依次放置、且中心點(diǎn)在同一軸線上，干涉光譜儀置于透鏡右側(cè)；高壓氦氖管兩端帶布魯斯特窗，氣體室的上側(cè)連接進(jìn)氣管、下側(cè)連接出氣管，透鏡中心部位設(shè)置有黑色吸收膜。本發(fā)明基于前向散射方向探測，增加光通量，使信號(hào)得到了增強(qiáng)；本檢測系統(tǒng)能夠在線實(shí)時(shí)測量多種氣體，具有結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好，可靠性高，檢測效果優(yōu)良等特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石油、天然氣勘探開發(fā)領(lǐng)域，涉及氣體檢測方法，特別是一種基于前向散射方向探測的激光氣體拉曼光譜檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

能源是我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，錄井是油氣勘探開發(fā)的“眼睛”，氣體檢測技術(shù)是錄井的關(guān)鍵技術(shù)。石油，天然氣等能源的開采存在著大量的混合氣體，如何有效地將油氣混合氣體中不同氣體檢測分離出來是油氣開采中的關(guān)鍵。氣體檢測的目的主要有以下三點(diǎn)：一是直接發(fā)現(xiàn)油氣層；二是做好有毒有害氣體的監(jiān)測預(yù)警；三是發(fā)現(xiàn)非烴類氣體。

傳統(tǒng)的多組分氣體分析方法有：氣相色譜法、紅外光譜分析法、紫外差分光度法、熱導(dǎo)分析法以及以各種電化學(xué)式氣體傳感器為代表的電化學(xué)分析法，這些方法大都難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)及無機(jī)氣體的同時(shí)檢測。其中氣相色譜法需要利用色譜柱對(duì)氣體進(jìn)行分離富集，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)用高，且儀器所需耗材眾多、維護(hù)復(fù)雜，導(dǎo)致其檢測效率偏差，難以滿足工業(yè)氣體實(shí)時(shí)檢測的需求。紅外光譜分析法和紫外差分光度法無法檢測非極性氣體成分，而熱導(dǎo)分析法為非特異性物理檢測技術(shù)，其傳感器應(yīng)用范圍較窄，使用時(shí)限制因素較多，無法滿足工業(yè)氣體特別是復(fù)雜氣體的多組分同時(shí)檢測。電化學(xué)式氣體傳感器雖然體積小、價(jià)格低，但其對(duì)氣體的識(shí)別度不高，使用中經(jīng)常受到環(huán)境氣體干擾而出現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)的情況，且傳感器易中毒、使用壽命低，因此無法滿足工業(yè)氣體檢測的精度要求。

拉曼光譜法是研究化合物分子受光照射后所產(chǎn)生的散射，散射光與入射光能級(jí)差和化合物振動(dòng)頻率、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的關(guān)系的分析方法。與紅外光譜類似，拉曼光譜是一種振動(dòng)光譜技術(shù)。所不同的是，前者與分子振動(dòng)時(shí)偶極矩變化相關(guān)，而拉曼效應(yīng)則是分子極化率改變的結(jié)果，被測量的是非彈性的散射輻。目前拉曼光譜分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于物質(zhì)的鑒定，分子結(jié)構(gòu)的研究譜線特征，幾乎所有包含真實(shí)的分子鍵的物質(zhì)都可以用于拉曼光譜分析，即固體、粉末、軟膏、液體、膠體和氣體都可以使用拉曼光譜進(jìn)行分析。在激光氣體拉曼光譜技術(shù)中，需要檢測的氣體與激光混合產(chǎn)生拉曼信號(hào)，混合光通過探測模塊收集，探測模塊處理信號(hào)后送計(jì)算機(jī)分析生成拉曼光譜圖，通過分析拉曼光譜圖，即可得到被檢測氣體的分子結(jié)構(gòu)，獲知不同氣體成分。

現(xiàn)有的激光氣體拉曼檢測系統(tǒng)中，存在量程范圍窄導(dǎo)致的采樣精度低等問題，由于拉曼信號(hào)是個(gè)極弱信號(hào)，量程范圍探測極限濃度只能達(dá)到10個(gè)ppm，因此造成采樣精度低的問題。若需在氣體濃度含量極低的環(huán)境下進(jìn)行檢測，則需要探測的極限濃度需提升到幾十個(gè)ppm。石油、天然氣中所含其它非烴類氣體的含量通常極低，現(xiàn)有的激光氣體拉曼光譜檢測技術(shù)，仍然無法滿足檢測痕量氣體的能力。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上不足，本發(fā)明提供了一種基于前向散射方向探測的激光氣體拉曼光譜檢測系統(tǒng)，可以有效增強(qiáng)拉曼光譜信號(hào)，適用于石油、天然氣中痕量非烴類氣體的檢測。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于前向散射方向探測的激光氣體拉曼光譜檢測系統(tǒng)，包括左腔鏡、右腔鏡、高壓氦氖管、三棱鏡、透鏡、干涉光譜儀和氣體室，所述左腔鏡和高壓氦氖管置于氣體室左方，三棱鏡和右腔鏡置于氣體室中，干涉光譜儀和透鏡置于氣體室右方，左腔鏡、高壓氦氖管、三棱鏡、右腔鏡和透鏡從左至右依次放置、且中心點(diǎn)在同一軸線上，干涉光譜儀置于透鏡右側(cè)；所述高壓氦氖管兩端帶布魯斯特窗，所述氣體室的上側(cè)連接進(jìn)氣管、下側(cè)連接出氣管，所述透鏡中心部位設(shè)置有黑色吸收膜。

所述黑色吸收膜為圓形，其半徑為2mm。