[实用新型]烟气气体含量激光在线检测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种敏感烟气中气体含量的方法以及相应的光学式气体传感器。

背景技术

在炼油厂的生产过程中，对烟气中氧气、一氧化碳、二氧化碳含量的控制不仅关系到炼油的品质和产量，而且涉及主风机电能的消耗。现在对烟气中氧气、一氧化碳、二氧化碳含量的检测主要采用安装在三级旋风分离器进出口的光学式气体传感器系统。

光学式气体传感器主要是以光谱吸收原理为基础的气体传感器，以红外吸收式气体分析仪为主。由于不同气体的红外吸收峰不同，通过测量和分析红外吸收峰来检测气体。光学式气体传感器主要优点是响应时间快，灵敏度高，可靠性好。光学式气体传感器属于非接触性测量，可在石油、化工等行业易燃、易爆、高温、高腐蚀的恶劣环境条件下使用。

在光学式气体传感器中，由于光谱吸收的信号强度非常微弱，通常被噪声湮没。为了能够检测到微弱的吸收信号强度变化，系统必须有非常高的信噪比。

在现有的石化系统的烟气气体含量激光在线检测系统中，光学系统虽然有吹扫风，可保持窗玻璃的清洁，但是长时间运转，不可避免的会沾染灰尘，阻挡测量光束的通过，影响测量精度。

发明内容

为了解决现有的光学式气体传感器无法实现精确测量的技术问题，本实用新型提供一种烟气气体含量激光在线检测系统。

本实用新型的技术解决方案：

一种烟气气体含量激光在线检测系统，包括光驱动单元、光发射单元、光信号探测单元、电信号传输单元、中央控制柜、工控机；所述光驱动单元用于生成调制激光，所述光发射单元将激光整成准直平行光束，所述光信号探测单元可将激光信号转换成电信号，所述电信号传输单元用于将电信号传输至中央控制柜，所述中央控制柜将电信号处理后送入工控机进行计算、存储和显示；其特殊之处是：所述光驱动单元包括函数发生器及双频调制信号合成电路、半导体激光器、半导体激光器驱动电路、半导体激光器温度控制电路；所述函数发生器产生两个不同频率的信号并将两个不同频率信号进行合成；所述半导体激光器驱动电路用合成后的频率信号对半导体激光器进行双频调制；所述半导体激光器温度控制电路将激光波长固定在气体特征光谱特定的波长谱线上；所述光信号探测单元包括分光镜、参考端光探测单元以及测量端光探测单元；所述参考端光探测单元包括背景气体密封管、第一光轴调节机构、参考端光探测器；所述测量端光探测单元包括第二光轴调节机构、标定管和测量端光探测器；所述背景气体密封管、第一光轴调节机构、分光镜、烟气管道、第二光轴调节机构、标定管和测量端光探测器依次设置在光发射单元的光轴上；所述参考端光探测器设置在分光镜的反射光路上；所述第一光轴调节机构和第二光轴调节机构分别通过闸阀法兰与烟气管道相通。

上述中央控制柜包括电信号处理单元，所述电信号处理单元包括信号预处理电路、锁相放大器、信号采集及通信电路；所述信号预处理电路用于参考端信号和测量端信号的滤波、放大和整合处理，包括滤波电路、放大电路和整合电路；所述锁相放大器用于解调整合后的参考端信号和测量端信号，所述信号采集及通信电路用于采集解调信号并送入工控机。

上述整合电路包括分别接参考端信号和测量端信号的参考端信号射随器U2A、测量端信号射随器U2B，分别与参考端信号射随器U2A和测量端信号射随器U2B输出端相接的模拟电子开关U3，所述模拟电子开关U3的控制端接在计数器U5A的输出端，所述计数器U5A的输入端输入函数发生器及双频调制信号合成电路的其中一个低频率信号，所述模拟电子开关U3的输出端输出整合后的分时顺序信号。

上述闸阀法兰的内径为100mm。

上述第一光轴调节机构包括第一转换器6、设置在第一转换器两端面的两块石英玻璃25、设置在第一转换器两侧面的两个观察窗26、设置在背景气体密封管和第一转换器之间的球面调节法兰，所述球面调节法兰与背景气体密封管同轴固连，并通过四个调整螺钉与第一转换器的侧面连接；所述第二光轴调节机构包括第二转换器29、设置在第二转换器两端面的两块石英玻璃25、设置在第二转换器两侧面的两个观察窗26、设置在第二转换器和标定管之间的球面调节法兰，所述球面调节法兰与标定管同轴固连，并通过四个调整螺钉与第二转换器的侧面连接。

本实用新型所具有的优点：

1、本实用新型采用两路光束的传感结构，其中一路是会被被测气体吸收而带上被测气体的光谱吸收信息，另外一路则不被被测气体吸收，用作提供参考光路。当这两路采用相同参数的器件时，光源的不稳定及光电器件的漂移对两路信号的影响相同，则检测信号与参考信号的比值将只与气体的浓度有关，可实现精确测量。