[实用新型]一种基于TDLAS技术的原位式激光气体分析仪

说明书

技术领域

本实用新型属于激光光谱吸收技术检测领域，具体涉及一种基于TDLAS的原位式激光气体分析仪。

背景技术

基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术的激光气体分析仪，采用垂直腔面发射激光器（VCSEL）或分布式反馈激光器（DFB）作为可调谐激光光源，通过三角波或锯齿波扫描被测气体的吸收谱线。通过获取待测气体特征吸收的光谱谱线信息，从而进行的定量分析。

激光气体分析仪可以采用无须采样预处理的原位测量方式，对样气组分中被测气体含量进行快速、准确和可靠的测量。但是随着长时间的使用，激光气体分析仪由于激光器、光电检测器或者电路等方面的原因，会出现漂移从而导致测量偏差过大。此时，需要对激光气体分析仪进行零点校准和量程校准。目前的原位式激光气体分析仪校准方式采用离线校准方式，即：将激光气体分析仪的接收单元和发射单元从烟囱管道两侧拆卸下来，在拆卸两端的同时还要拆卸吹扫管路、电源线缆和信号线缆，再安装在校准气体室上进行离线通气校准（如图3所示）。离线校准完成后，再将接收单元和发射单元安装回烟囱管道上，该校准方法费时费力，校准过程较繁琐、效率低下。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种无需将接收单元和发射单元从法兰上拆卸再安装在校准气体室即可进行在线标定，且结构简单、可靠性高、操作方便和标定精度高的一种原位式激光气体分析仪。

本实用新型的技术方案：一种基于TDLAS技术的原位式激光气体分析仪，包括：发射单元、参比单元、接收单元、隔爆接线盒、发射单元连接模块、接收单元连接模块和吹扫单元，所述发射单元内含有激光器模块、激光器驱动电路板及激光器温度控制板、透镜和保护窗片；所述参比单元含有反射镜、参比测量池和光电检测器以及信号处理电路板；所述接收单元含有光电二极管、透镜以及信号处理电路板；所述隔爆接线盒含有I/O接口；所述发射单元连接模块和接收单元连接模块分别含有焊接法兰、根部阀和仪器法兰。

优选地，所述发射单元内含激光器数量为一支，采用VCSEL激光器或者DFB激光器，将频率发生电路产生的三角波信号和正弦波信号叠加在激光器驱动电流上，对半导体激光器输出波长进行扫描和调制。

优选地，所述参比单元内含光电检测器一支，通过将准直激光分成两路，一路用于测量，另一路用于参比校准。

优选地，所述接收单元内含光电检测器一支，将接收的调制光信号转换为电信号，并将输出电信号通过锁相放大器的同步检波得到二次谐波信号，再将二次谐波信息转化为浓度信息。

优选地，：所述隔爆接线盒内含有输入输出信号接口，方便用户接入电源信号以及对外接出4~20mA 输出信号、4~20mA输入信号和开关量输出信号。

优选地，所述接收单元通过接收单元连接模块安装在烟囱管道一侧，所述发射单元通过发射单元连接模块安装在烟囱管道另一侧，且发射单元连接模块和接收单元连接模块上均具有光路调节螺栓，能够对光路进行调节。

优选地，所述吹扫单元内含有过滤器、减压阀和稳流装置，对吹扫气体压力和流量进行控制，保证激光气体分析仪窗片不受污染。

优选地，所述吹扫单元外还设有防雨外壳。

本实用新型可以将调制的激光通过准直透镜后被分成两路，一路用于气体测量，一路用于参比校准。通过参比气室与校准气室之间气体特征谱线之间的吸收关系，从而完成在线标定。

本实用新型使用一支激光器和两支光电检测器，所述激光器采用垂直腔面发射激光器或者分布式反馈激光器。

激光器温控部分含有热敏电阻和半导体TEC制冷器，热敏电阻作为激光器工作温度的感应元件，反馈激光器工作温度状态，半导体TEC制冷器根据热敏电阻反馈的温度对激光器进行加热或者制冷。从而使激光器工作在一定温度范围内，保证控温精度。两支光电检测器分别安装在参比气室和接收单元中，对接收到的调制光信号转换为电信号。

其中，激光器发出的激光经过准直透镜后被分成两路，一路按照原路准直射入接收端，另一路被反射进入参比气室中。

本实用新型无需将接收单元和发射单元从法兰上拆卸再安装在校准气体室即可进行在线标定，且结构简单、可靠性高、操作方便，解决了目前原位式激光气体分析仪离线校准的繁琐，提高了校准效率，标定结果准确性好。

附图说明

图1为本实用新型现场测量示意图；

图2为本实用新型中在线标定参比单元光路示意图；

图3为原位式激光气体分析仪的离线通气校准示意图；