水泥转炉窑尾辐射光谱检测系统的制作方法与工艺

本发明属于窑炉尾气体温度、浓度检测领域，具体涉及一种水泥转炉窑尾辐射光谱检测系统。

背景技术：
燃烧是一个复杂的多相反应过程，对燃烧机理和过程的研究有利于燃烧过程的控制、污染排放的抑制以及燃烧效率的提高，其中燃烧温度的检测是上述研究中的关键技术，同时也是国内外燃烧分析技术所关注的热点问题。从总体上分类，测量温度的方法有两种：接触式测量和非接触式测量。传统的热电偶接触式测量，虽然测量准确且精度高，但在高温，有毒等特殊条件下无法应用，必须采用非接触的遥感测量。由于工业窑炉高温、高粉尘环境特性，传统点式气体分析仪器和温度测量仪器难以满足燃烧过程参数长期、可靠、精确测量的要求。另外，燃烧过程中气体组分浓度的检测也是上述研究中的关键技术，对于水泥转炉窑尾主要针对的是二氧化硫和一氧化碳。水泥工业过程中SO2气体主要来源于水泥原料或燃料中的含硫化合物，及在高温氧化条件下生成的硫氧化物。SO2是含硫大气污染物中最重要的一种。SO2为无色、有刺激性臭味的有毒气体，不可燃，易液化。SO2是造成全球大范围酸雨的主要原因。水泥工业过程中CO的主要来源是水泥煅烧过程中碳的不完全燃烧，属易燃物质。使用电除尘器处理窑尾废气时，常因废气中CO浓度过高而引起爆炸。CO为无色无嗅气体,不易液化和固化，微溶于水。CO燃烧时在空气中呈蓝色火焰，能与许多金属或非金属反应，与氯气反应生成极毒的光气(COCL2)。在立窑窑面或检修除尘器时，不时发生中毒事件。目前传统的浓度检测方法大都采用抽取式测量，抽取式测量的不足之处在于，抽取过程中样品受吸附、其他物质污染、人为因素等干扰，对测量精度有一定的影响，收取过程耗时较长，测量结果不能实时的反应气体浓度的变化。然而，根据现有理论知识可知，气体的温度和浓度都可以采用红外辐射信号的光谱分析得出，因此就需要一种能够对窑炉的红外辐射信号进行精确检测的系统。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种能够检测水泥转炉窑尾红外辐射光谱的水泥转炉窑尾辐射光谱检测系统。为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种水泥转炉窑尾辐射光谱检测系统，包括水泥转炉窑尾的侧壁上开设的通光窗口，所述通光窗口外侧设有光谱仪，所述光谱仪与通光窗口之间设有光学导入装置用于将通光窗口中散射的红外辐射准直为平行光束并将该平行光束导入光谱仪内；所述光谱仪包括用于接收所述平行光束并对该平行光束进行干涉调制的干涉仪，干涉仪的出射平行光束经抛物面反射镜汇聚后进入红外探测器。本发明的技术效果在于：采用光学导入装置将红外辐射会聚成平行光束，然后再通过干涉仪对平行光束进行干涉调制，调制后的光束经聚焦后进入红外探测器，对探测器获取的电信号进行数据处理后可得包含有待测组分吸收信息的光谱数据。附图说明图1是本发明实施例1的结构示意图；图2、3是本发明中的干涉仪的立体结构示意图；图4、5是本发明的干涉仪的俯视图；图6是本发明实施例2的结构示意图。具体实施方式如图1所示，一种水泥转炉窑尾辐射光谱检测系统，包括水泥转炉窑尾60的侧壁上开设的通光窗口61，所述通光窗口61外侧设有光谱仪70，所述光谱仪70与通光窗口61之间设有光学导入装置80用于将通光窗口61中散射的红外辐射准直为平行光束并将该平行光束导入光谱仪70内；所述光谱仪70包括用于接收所述平行光束并对该平行光束进行干涉调制的干涉仪72，干涉仪72的出射平行光束经抛物面反射镜73聚焦后进入红外探测器71。本发明采用光学导入装置80将红外辐射会聚成平行光束，然后再通过干涉仪72对平行光束进行干涉调制，调制后的光束经聚焦后进入红外探测器71，对探测器获取的电信号进行数据处理后可得包含有待测组分吸收信息的光谱数据。优选的，如图2、5所示，所述干涉仪72包括固定设置的分束镜10，平行光束入射到该分束镜10上，形成透射光束和反射光束；还包括由相互平行且相对设置的第一反射镜21和第二反射镜22构成的反射通道，所述分束镜10位于该反射通道的一端，所述透射光束和反射光束进入该反射通道并在第一、第二反射镜21、22之间反射，所述透射光束和反射光束至少分别在第一、第二反射镜21、22上反射一次，然后从反射通道另一端射出，该射出端设有与透射光束垂直的第一后向反射镜31以及与反射光束垂直的第二后向反射镜32，所述透射光束和反射光束分别经第一、第二后向反射镜31、32反射后由原路径返回，并在分束镜10汇合形成干涉平行光束；所述第一、第二反射镜21、22相对于底座40同步转动设置，且转轴垂直于透射光束和反射光束所在的平面。本发明采用四平面镜双臂扫摆式干涉仪系统,用于傅立叶变换光谱仪，通过转动第一、第二反射镜21、22,可以同时改变两路不同光路的光程,从而通过转动较小的角度,即可获得较大的光程差，进而提高了仪器的分辨率。优选的，所述分束镜10、第一、第二反射镜21、22以及第一、第二后向反射镜31、32均安装在一底座40上，所述底座40上设有转动平台20，所述转动平台20由驱动单元驱动旋转，所述第一、第二反射镜21、22均安装在转动平台40上且分置于转动平台40两侧。进一步的，如图3所示，所述第一、第二后向反射镜31、32安装在调节支架上，所述调节支架包括立式设置的第一弹性安装板33和第二弹性安装板34，所述第一弹性安装板33的一条竖边与底座40上设置的框架30固接，第二弹性安装板34的一条横边与该框架30固接，第一、第二弹性安装板33、34由于自身弹性可绕固定边摆动，所述第一、第二弹性安装板33、34的摆动端均设有螺纹孔，所述螺纹孔内设有调节螺钉35，所述调节螺钉35顶在框架30上，所述框架上还设有两导销36，所述两导销36分别穿过第一、第二弹性安装板33、34且外端设有凸肩，所述导销上套设有复位弹簧37，所述第一后向反射镜31安装在第一弹性安装板33的内侧，所述第二后向反射镜32安装在第二弹性安装板34的内侧。第一弹性安装板33能够对第一后向反射镜31的左右偏转角进行微调，进而调整所述透射光束的水平位移，第二弹性安装板34能够对第二后向反射镜32的俯仰角进行微调，进而调整反射光束的纵向位移，两者协同调节，就能够使分束镜上汇合的透射光束和反射光束重合。本发明提供了两种光学导入装置的具体实施例：实施例1如图1所示，作为本发明的优选实施例，所述光学导入装置80包括筒状壳体81，筒状壳体81内远离通光窗口61的一端设有凹面镜82，所述凹面镜82的焦点处设有一凸面镜83，所述凹面镜82的中心处设有一通孔，通光窗口61射出的辐射光束经所述凹面镜82聚焦后入射到凸面镜83，经凸面镜83反射后成为平行光束，该平行光束穿过凹面镜82的中心的通孔入射到所述干涉仪72内。实施例2如图6所示，所述光学导入装置80包括筒状壳体81，所述筒状壳体81内设有一凸透镜85，所述凸透镜85的焦点位置处设有用于将聚焦光转化成平行光的透镜86，通光窗口61内射出的辐射光束经凸透镜85聚焦，然后经透镜86转化成平行光束，并入射到干涉仪72内。所述透镜86可以使凸透镜也可以是凹透镜，具体根据其与凸透镜85焦点之间的位置关系而定，当透镜86位于凸透镜85焦点的内侧时选用凹透镜，反之当透镜86位于凸透镜85的焦点外侧时，则选用凸透镜。在以上两个实施例的基础上，本发明又对光学导入装置进行了如下改进：如图1、6所示，所述筒状壳体81靠近通光窗口61的一端设有防护窗片84。进一步的，所述光谱仪70设置在一封闭壳体内，该壳体上设有供干涉仪72的入射光进入的通光孔，所述光学导入装置80的筒状壳体81与该通光孔相接，所述通光孔上设有硒化锌窗片74。本发明的红外光谱检测系统可以为温度检测和气体浓度检测提供光谱数据。温度检测的大致过程如下：首先通过实验测得标准辐射谱对应的理论温度值，建立数据模型，然后将本装置实测的红外辐射光谱带入数据库与标准辐射光谱进行非线性最小二乘拟合，找出偏差最小的标准辐射谱对应的温度，把它作为测量温度。而气体浓度的检测过程则可以根据待测气体的红外吸收特性，通过光谱分析得出。