[发明专利]管道气体在线检测的原位标定装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于激光吸收光谱技术的管道气体在线检测的原位标定装置及其方法，属于气体分析技术领域。

背景技术

近20年来，随着中国经济的高速发展，厂矿、企业逐渐增多，能源需求逐年增加，大气环境污染问题也日益突出。大气环境污染不但制约了经济的持续发展，而且也给人民健康带来严重危害。随着国家环保意识的提高，提出可持续发展战略，要求整顿高能耗、高污染的行业，提高资源能源利用率，加强污染物排放监控，改善自然环境，提高身体健康状况。其中，大量消耗资源，产生大量有害气体的工矿等行业是整顿治理的重要方面。治理的根本途径是对工业生产过程产生的有毒有害气体进行实时检测，然后根据检测结果对生产过程进行控制，优化生产过程，提高资源能源利用率，最终降低有害气体的排放量，保护大气环境。

60年代中期，铅盐可调谐二极管激光器出现后，立即被发现可用作高分辨率红外激光吸收光谱技术的光源。随后，一种新的痕量气体检测技术得到了应用，这个技术被称为可调谐二极管激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy－TDLAS)。随着光通讯和光电子技术的发展，二极管激光器也迅速商品化，特别是近红外二极管激光器具有体积小、长寿命和高电光转换效率等特点，使其成为工业环境痕量分子检测的理想光源。相对于其他光谱技术，该技术具有高灵敏度、高选择性、实时、动态、多组分同时测量等优点，在大气痕量气体探测和工业控制、工业污染排放的非接触实时在线检测方面近年来在国际上被广泛采用。

在TDLAS技术应用于管道气体浓度在线检测过程中时，其要求必须采用标准气体进行系统的标定。常用的标定方法均为离线方式，其过程如下：系统标定时将现有检测对射装置发射单元和接收单元，正压保护单元拆卸下来，然后安装于提供的标定管两端，调整好光路以后在标定管中充入高纯氮气然后记录其为背景信号。背景信号获得以后再对标定管中充入高浓度的待测气体采集此时的高浓度信号。上述信号获取以后与前面采集到的背景信号相减即为所要获取的标定信号。标定信号保存完毕后关闭系统，拆卸下安装在标定管两端的发射和接收单元，重新装回测量管道两侧，再次进行光路的调整，光路调整好和正压保护安装好以后打开系统电源即可进行在线检测。以上标定过程繁琐，且要求标定人员具有较好的专业技能和判断能力，对于厂矿企业检测人员来说具有一定的难度，且增加了运行成本。

因此研发一种不拆卸原位在线管道标定装置及其方法将具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于激光吸收光谱技术的管道气体在线检测的原位标定装置及其方法，旨在解决目前离线标定方法的拆卸过程复杂、易产生人为干扰、标定误差、标定时间长等不足。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

管道气体在线检测的原位标定装置，特点是：包括激光发射单元、激光接收单元和标定单元，所述激光发射单元与激光接收单元相连，激光发射单元的腔室内布置有DFB激光器及位于其输出端的一分二光开关，一分二光开关的一输出端经管道与激光接收单元的光电探测器相对接，另一输出端经铠装光纤与标定单元相对接，标定单元的腔室内布置有高反射镜，高反射镜的输出端经约束孔与激光接收单元腔室内的全透全反镜相对接，激光接收单元腔室内两侧分别密封安装高透射镜片形成标定气室，全透全反镜的输出端经标定气室与光电探测器相对接，氮气供给管路分别接入至激光发射单元的腔室、标定单元的腔室和标定气室。

进一步地，上述的管道气体在线检测的原位标定装置，所述DFB激光器为分布反馈式尾纤输出可调谐半导体激光器。

更进一步地，上述的管道气体在线检测的原位标定装置，所述高反射镜为平面镜，由控制俯仰角的细调螺栓和控制前后位置的调节螺钉相连接。

更进一步地，上述的管道气体在线检测的原位标定装置，所述约束孔有两个。

更进一步地，上述的管道气体在线检测的原位标定装置，所述全透全反镜为双面镀膜的镜片，一面为全透，一面为全反。

更进一步地，上述的管道气体在线检测的原位标定装置，所述激光接收单元腔室上安装有与标定气室相通的进气阀门和出气阀门。

再进一步地，上述的管道气体在线检测的原位标定装置，所述高透射镜片为非平行安装，其倾斜角度为5度。

再进一步地，上述的管道气体在线检测的原位标定装置，所述激光发射单元的腔室上安装有窗片，窗片为平面镜结构。