一种气体浓度测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种气体浓度测量装置，涉及烟气检测技术领域。该气体浓度测量装置，包括用于产生激光束的可调谐半导体激光调制系统、用于生成各种标准气体的标准气体配制系统、用于使所述激光束产生长光程的长光程光路系统和用于对所述标准气体或待检测气体在所述长光程光路系统中产生的吸收信号进行探测并处理的信号探测处理系统，所述信号探测处理系统能够通过软件分析获得待检测气体的浓度值。本发明专利技术提出的一种气体浓度测量装置，克服了以往装置只能检测较高浓度的气体的问题，本发明专利技术的装置能够检测到的气体浓度值更低，能够将多反射系统应用到较小体积的检测环境中，还能适用于高温环境下的直接测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及烟气检测
，尤其涉及一种气体浓度测量装置。
技术介绍
工业中化石燃料燃烧过程伴随着H2O和0)2的生成，当氧气含量不足时，就会有另一种产物CO产生。因此，CO浓度可以作为衡量燃烧效率的指标之一，在燃烧过程中的高温条件下对CO的监测有助于提高燃烧效率，同时也能很大程度上减少CO向大气中的排放。大气中90%的CO会被OH自由基氧化成CO2，所消耗的OH占总量的70%。过多的CO将导致大气中OH自由基含量的降低，从而影响对其他痕量污染气体的氧化，减小了大气的自净化能力，因此需要监测燃烧过程中的高温条件下CO含量，防止CO的过多排放。传统的CO测量方法主要是电化学和气相色谱技术，这些方法都局限于常温条件下进行，无法实时在线测量CO在高温条件下的浓度，其检测手段都是通过将CO转化为其他物质，通过对该物质的测量反推算出CO浓度，不具备直接测量的优势。可调谐半导体激光吸收光谱法(TDLAS)以其具有实时在线、原位、直接测量的优势被广泛应用于气体分析领域。该方法基于朗伯比尔定律，可调谐半导体激光被气体组分吸收后，由探测器得到的吸收峰与组分浓度和光程成正比，通过已知光程即可推算出气体组分浓度。虽然波长调制技术能够有效抑制噪音提高信噪比，但是目前很多仪器对CO的检测限依旧维持在几十个ppm量级，且绝大多数的仪器仅限于常温条件下。结合长光程技术可以有效降低气体浓度的检测限。目前的方法多是通过直角平面镜反射，该方法激光出射口与直角平面镜距离较远，仅有一次往返，光程内的待测气体组分波动性大，完全不适用于高温、体积小的检测环境。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种气体浓度测量装置，能够对气体浓度进行实时观测，且使得激光束产生长光程，使得该装置能够检测到较低浓度限值，并且使该装置适用于高温体积小的检测环境。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案:一种气体浓度测量装置，包括用于产生激光束的可调谐半导体激光调制系统、用于生成各种标准气体的标准气体配制系统、用于使所述激光束产生长光程的长光程光路系统和用于对所述标准气体或待检测气体在所述长光程光路系统中产生的吸收信号进行探测并处理的信号探测处理系统，所述信号探测处理系统能够通过软件分析获得待检测气体的浓度值。进一步的技术方案，所述长光程光路系统包括多反射系统，用于使得所述激光束产生长多次反射，获得较长的光程。进一步的技术方案，所述长光程光路系统还包括高温系统，所述高温系统包括输入端连接所述标准气体配制系统的石英管，所述石英管置于高温炉内或贯穿所述高温炉，所述石英管的输出端连接大气。进一步的技术方案，所述标准气体配制系统包括某种气体源系统，水汽源系统以及氮气源系统，所述某种气体源系统和氮气源系统分别与三通阀的两输入端连接，所述三通阀的输出端与三通烧瓶的一个输入端连接，所述三通烧瓶设于所述水汽源系统内，所述水汽源系统的输出端与所述石英管输入端连接。进一步的技术方案，所述信号探测处理系统包括探测器、锁相放大器、采集卡以及电脑，所述长光程光路系统射出的激光束由所述探测器接收，所述激光束经过光电转化后连接到所述锁相放大器的输入端，所述锁相放大器的输出端与所述采集卡相连接。进一步的技术方案，所述可调谐半导体激光调制系统包括DFB半导体激光器及其温度电流控制模块，所述温度电流控制模块的输出端与所述DFB半导体激光器的输入端相连接；所述可调谐半导体激光调制系统还包括函数发生器和加法器，所述函数发生器的输出端和所述锁相放大器的输出端均与所述加法器的输入端连接，所述加法器的输出端与所述温度电流控制模块的输入端连接。进一步的技术方案，所述某种气体源系统包括充有某种气体的第一气瓶，还包括沿第一气瓶至所述三通阀方向依次设置的用于控制气体流速的第一气体调节针阀和用于读取气体流速的第一质量流量计。进一步的技术方案，所述氮气源系统包括充有氮气的第二气瓶，还包括沿第二气瓶至所述三通阀方向依次设置的用于控制氮气流速的第二气体调节针阀和用于读取氮气流速的第二质量流量计。进一步的技术方案，所述水汽源系统包括装有注射器的注射泵和三通烧瓶，所述注射器中含有去离子水，所述注射器的输出端与所述三通烧瓶的其中一个输入端连接，所述三通烧瓶的输出端与所述石英管输入端连接，所述三通烧瓶的下方设置加热炉，所述三通烧瓶的外部包覆有保温材料，所述三通烧瓶还连接有温度计，用于显示所述三通烧瓶内温度。本专利技术的有益效果:本专利技术的气体浓度测量装置，包括长光程光路系统，该系统种包括多反射系统，利用多反射系统，激光束能够在待检测气体中实现多次反射，较现有直角平面镜反射只能往返一次的方法效果更好，能够检测到的气体浓度值更低，能够将多反射系统应用到较小体积的检测环境中；在现有气体浓度测量方法中只能在常温下进行，本专利技术的长光程光路系统中还包括高温系统，通过高温炉提供高温环境，本专利技术还考虑到高温下水汽对激光束的吸收明显增强，会对待检测气体吸收激光束的信号产生干扰，需要消除水汽的干扰信号，因此本装置还包括水汽源系统，通过与其他系统结合能够建立高温条件下水汽吸收峰的水汽背景库。【附图说明】图1是本专利技术实施例1提供的气体浓度测量装置的结构原理图；图2是本专利技术实施例1提供的多反射系统的结构示意图。其中，1、DFB半导体激光器；2、温度电流控制模块；3、函数发生器；4、加法器；5、锁相放大器；6、第一平凹面镜；7、第二平凹面镜；8、第三平凹面镜；9、第一棱镜；10、第二棱镜；11、第三棱镜；12探测器；13、石英管；14、高温炉；15、第一双凸透镜；16、第二双凸透镜；17、三通阀；18、第一气瓶；19、第一气体调节针阀；20、第一质量流量计；21、第二气瓶；22、第二气体调节针阀；23、第二质量流量计；24、注射器；25、注射泵；26、三通烧瓶；27、加热炉；28、温度计；29、保温带；30、采集卡；31、电脑。【具体实施方式】下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本专利技术的技术方案。本专利技术中提到的“某种气体”指的是待检测气体的名称，例如当利用本专利技术的装置检测CO的浓度时，此处的“某种气体”指的是CO，“某种气体源系统”即可称为“CO源系统”;本专利技术中提到的“长光程”指的是大于5m的光程；本专利技术中提到的“高温”所指的范围是 300-1000°C。实施例1本实施例中将待检测气体以CO为例。一种气体浓度测量装置，包括用于产生激光束的可调谐半导体激光调制系统、用于生成各种标准气体的标准气体配制系统、用于使激光束产生长光程的长光程光路系统和用于对标准气体或待检测气体在长光程光路系统中产生的吸收信号进行探测并处理的信号探测处理系统，信号探测处理系统能够通过软件分析获得待检测气体的浓度值。可调谐半导体激光调制系统包括DFB半导体激光器I及其温度电流控制模块2，温度电流控制模块2的输出端与DFB半导体激光器I的输入端相连接；可调谐半导体激光调制系统还包括函数发生器3和加法器4，函数发生器3的输出端和信号探测处理系统种的锁相放大器5的输出端均与加法器4的输入端连接，加法器4的输出端与温度电流控制模块2的输入端连接，加法器4的输出电压对温度电流控制模块2进行控制，进而对DFB半导体激光器I的温度和电流进行调制。其中，函数发生器3输出频率为9.9Hz本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体浓度测量装置，其特征在于，包括用于产生激光束的可调谐半导体激光调制系统、用于生成各种标准气体的标准气体配制系统、用于使所述激光束产生长光程的长光程光路系统和用于对所述标准气体或待检测气体在所述长光程光路系统中产生的吸收信号进行探测并处理的信号探测处理系统，所述信号探测处理系统能够通过软件分析获得待检测气体的浓度值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭艳林，黄晓，洪义，程平，黄正旭，高伟，董俊国，周振，
申请(专利权)人：昆山禾信质谱技术有限公司，上海大学，广州禾信分析仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32