[發(fā)明專(zhuān)利]氣體監(jiān)測(cè)用多波段探測(cè)的收發(fā)同側(cè)光路結(jié)構(gòu)、裝置及應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010575286.1
• 申請(qǐng)日: 2020-06-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111879727A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳邊;張樂(lè)文;張志榮;孫鵬帥;龐濤;夏滑
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/39
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/39;G01N21/01
• 代理公司: 合肥市上嘉專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 34125
• 代理人: 郭華俊

本發(fā)明涉及工業(yè)加熱爐爐內(nèi)氣體氛圍的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種氣體監(jiān)測(cè)用多波段探測(cè)的收發(fā)同側(cè)光路結(jié)構(gòu)、裝置及應(yīng)用。該光路結(jié)構(gòu)包括激光收發(fā)單元和全角反射單元，激光收發(fā)單元用于產(chǎn)生發(fā)射光以及用于接收經(jīng)全角反射單元反射后的反射光。該裝置包括用于設(shè)置激光收發(fā)單元的激光發(fā)射接收筒和用于設(shè)置全角反射單元的反射鏡固定筒。該應(yīng)用將激光發(fā)射接收筒和反射鏡固定筒相配合地設(shè)于加熱爐側(cè)壁處，以對(duì)加熱爐內(nèi)的氣體氛圍進(jìn)行在線原位檢測(cè)。本發(fā)明通過(guò)利用全角反射鏡使發(fā)射光原路返回的特點(diǎn)，能夠增加了一倍的檢測(cè)光程，故能夠較佳地提高監(jiān)測(cè)精度；通過(guò)運(yùn)用分光鏡的半透半反原理，能夠較佳地實(shí)現(xiàn)多組分氣體的同時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)加熱爐爐內(nèi)氣體氛圍的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種氣體監(jiān)測(cè)用多波段探測(cè)的收發(fā)同側(cè)光路結(jié)構(gòu)、裝置及應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋼鐵的冶煉過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是原材料、燃料和成品的流轉(zhuǎn)過(guò)程。在流轉(zhuǎn)中會(huì)伴隨著大量的氣體產(chǎn)生，而在線檢測(cè)分析這些過(guò)程中產(chǎn)生的氣體是冶金工業(yè)生產(chǎn)工藝優(yōu)化控制、安全和環(huán)保監(jiān)控必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一，這對(duì)降低能源消耗、保證生產(chǎn)安全等均起著十分重要的作用。

其中，加熱爐是鋼坯生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備，其對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量、節(jié)能、降耗、減排及生產(chǎn)成本控制等多個(gè)方面均有較大影響。故就鋼鐵行業(yè)而言，加熱爐的最優(yōu)化控制對(duì)保障產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能減排至關(guān)重要。但傳統(tǒng)的燃燒控制中，由于無(wú)法實(shí)時(shí)在線地獲取爐內(nèi)氣體濃度(如O₂、CO、CO₂及H₂O等)這項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，故只能憑借人為經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行燃燒配比控制，這樣會(huì)存在很大的誤差，輕則導(dǎo)致燃燒不充分造成能耗提高，重則會(huì)對(duì)所生產(chǎn)的鋼坯產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。

目前，在工業(yè)加熱爐上原位安裝的各類(lèi)氣體監(jiān)測(cè)儀器，大都是抽取式或收發(fā)分離的對(duì)射式裝置，這兩類(lèi)監(jiān)測(cè)儀器均有其不足之處。其中，抽取式氣體監(jiān)測(cè)儀器只能對(duì)抽取點(diǎn)的樣本氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無(wú)法對(duì)加熱爐內(nèi)部空間的氣體進(jìn)行探測(cè)。其中，收發(fā)分離的對(duì)射式裝置在吸收光程上受到單光程吸收的限制，進(jìn)而影響爐內(nèi)氣體探測(cè)精度。而且，這兩種裝置只能探測(cè)一種氣體，無(wú)法滿足加熱爐內(nèi)多組分氣體在線探測(cè)的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種氣體監(jiān)測(cè)用多波段探測(cè)的收發(fā)同側(cè)光路結(jié)構(gòu)，其能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的某種或某些缺陷。

根據(jù)本發(fā)明的氣體監(jiān)測(cè)用多波段探測(cè)的收發(fā)同側(cè)光路結(jié)構(gòu)，其包括激光收發(fā)單元和全角反射單元，激光收發(fā)單元用于產(chǎn)生發(fā)射光以及用于接收經(jīng)全角反射單元反射后的反射光；

激光收發(fā)單元包括探頭聚焦透鏡，探頭聚焦透鏡采用平凸型聚焦透鏡；探頭聚焦透鏡中部設(shè)有通孔，通孔內(nèi)自平面?zhèn)戎镣姑鎮(zhèn)纫来卧O(shè)有激光輸出頭、光纖準(zhǔn)直器和擴(kuò)束鏡；激光輸出頭、光纖準(zhǔn)直器和擴(kuò)束鏡共同構(gòu)成發(fā)射光路，激光輸出頭用于輸出2種波段的發(fā)射光；

激光收發(fā)單元還包括設(shè)于探頭聚焦透鏡的平面?zhèn)忍幵O(shè)有分光鏡、第一光電探頭和第二光電探頭；

全角反射單元包括全角反射鏡，全角反射鏡、分光鏡、第一光電探頭和第二光電探頭構(gòu)成反射光路；

全角反射鏡用于將發(fā)射光路處的發(fā)射光反射至探頭聚焦透鏡的凸面?zhèn)忍?，聚焦透鏡用于將全角反射鏡的反射光聚焦至分光鏡處；分光鏡用于對(duì)所述2種波段的發(fā)射光的反射光進(jìn)行分離，其中一路分離光經(jīng)分光鏡透射至第一光電探頭處，其中另一路分離光反射至第二光電探頭處。

通過(guò)本發(fā)明中的收發(fā)同側(cè)光路結(jié)構(gòu)使得，傳感器主機(jī)能夠通過(guò)多個(gè)光纖激光器輸出不同波段的激光，所輸出的激光能夠傳輸至激光輸出頭處，并經(jīng)光纖準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直和擴(kuò)束鏡的擴(kuò)束后形成發(fā)射光平行射出，之后發(fā)射光能夠經(jīng)過(guò)氣體探測(cè)區(qū)域并經(jīng)全角反射鏡反射后形成反射光，反射光有所擴(kuò)展后沿原路返回并經(jīng)聚焦透鏡聚焦后輸出至分光鏡處，分光鏡能夠?qū)Ψ瓷涔膺M(jìn)行分離，進(jìn)而將不同波段的光分別輸出至第一光電探頭和第二光電探頭處進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳感器主機(jī)通過(guò)對(duì)第一光電探頭和第二光電探頭處的信號(hào)的采集，即可較佳地獲取探測(cè)信號(hào)。