专利名称：激光气体浓度测量设备的探头装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光气体浓度测量设备的探头装置，具体涉及一种利用激光气体光谱吸 收原理制成的，对电力行业、化学工业、水泥工业、钢铁工业、垃圾焚烧工业、危险废弃物 焚烧、各种工业锅炉、窑炉及其它工业过程中产生的固定排放源所排放气体的浓度进行在线 连续测量设备的探头装置，属于气体浓度测量技术领域。
背景技术：
对于电力行业、化学工业、水泥工业、钢铁工业、垃圾焚烧工业等行业，为了烟气污染 物达标排放、安全生产控制、优化生产工艺等方面的需要，对生产过程中产生的气体提出了 在线监测、在线分析的要求，本发明采用半导体激光吸收光谱技术研制了激光气体浓度测量 装置。现有的在线气体监测和分析系统普遍采用抽取技术，经复杂的预处理后，再利用光学 方法或者电化学方法进行测量分析其中的气体组分浓度，这种气体浓度测量方法多是利用红 外光源的气体光谱吸收原理，但因在测量过程中，有很多因素影响着气体组分的变化，从而 影响到测量的准确度，如外界环境及温度的变化、样本气体偏离原始环境状态而导致组分变 化，电源线路千扰等都会影响光源光强度的变化和光敏器件的接收。虽然采取一定措施，如 对样本气体进行伴热保温传送，高温分析测量，但因室外环境和使用条件恶劣，气体浓度的 测量总会受烟气和工业过程气体中的各种微粒、采样机构的缺陷，特别是水组分的影响，使 测量不准确，影响了测量的准确度。为此，必须考虑采用其他方法才能保证测量的准确度。
发明内容
本发明克服现有技术存在的缺陷，所要解决的问题是提供一种激光气体浓度测量设备 的探头装置，能够自动校准、稳定可靠、准确测量气体浓度。
为了解决上述问题，本发明采用的方案为激光气体浓度测量设备的探头装置，主要包 括激光源、聚光镜、目镜、红外光敏管、物镜、半透明分光板，激光源设置在最左端，在 激光源的同轴水平向右依次设置有聚光镜、目镜和物镜，半透明分光板固定在目镜和物镜之 间，在半透明分光板的上方位置设置有红外光敏管，在所述半透明分光板和物镜之间设置有 挡光装置，所述的挡光装置能够选择性的开通或者遮挡通过物镜反射到半透明分光板的信号 光。
在所述红外光敏管与半透明分光板中心的反向延长线上自上而下设置有所述的挡光装
3置、封闭的标准气室和聚光反光镜，挡光装置能够选择性的开通或者遮挡通过聚光反光镜和 标准气室反射到半透明分光板的参考光。所述挡光装置只能单独通过物镜反射到半透明分光板的信号光或者单独通过聚光反光镜 和标准气室反射到半透明分光板的参考光。所述挡光装置主要包括旋转装置和弧形遮光板，所述的旋转装置位于探头壳体中间位置 的前方；所述弧形遮光板固定在旋转装置的右下方，且位于平透明分光板和物镜以及半透明 分光板和标准气室之间。所述半透明分光板与聚光镜和物镜的中心轴线成3(T 150°的夹角，红外光敏管和半 透明分光板中心的轴线与聚光镜和物镜的中心轴线成30。 150°的夹角。所述半透明分光板与聚光镜和物镜的中心轴线成45。或135°的夹角，红外光敏管和半 透明分光板中心的轴线与聚光镜和物镜的中心轴线成90°的夹角。本发明激光气体浓度测量设备的探头装置与现有技术相比具有以下有益效果本发明在半透明分光板和物镜之间设置有挡光装置，所述的挡光装置能够选择性的开通 或者遮挡通过物镜反射到半透明分光板的信号光，红外光敏管与半透明分光板中心的反向延 长线上自上而下设置有所述的挡光装置、封闭的标准气室和聚光反光镜， 光装置能够选择 性的丌通或者遮挡通过聚光反光镜和标准气室反射到平透明分光板的参考光；挡光装置还可 以只能单独通过物镜反射到半透明分光板的信号光或者单独通过聚光反光镜和标准气室反 射到半透明分光板的参考光，这样可以无需采样，只需在封闭的标准气室内盛装待测气体的 标准气体，即可实现现场气体浓度的测量，加设可挡住光线的挡光装置和封闭的标准气室和 聚光反光镜，还可对测量装置零点、光源的发光管的老化裒减引起的误差进行校正。本发明 利用可调谐的激光器和调谐模块，可以实现被测气体的吸收光谱和不吸收光谱的光束的发射 和接收，从而克服了环境气体、颗粒物、以及窗口的不透明度变化对测量准确度的影响，从 而能够自动校准、稳定可靠、准确测量气体浓度。
下面结合附图对本发明激光气体浓度测量设备的探头装置做进一步描述图l为本发明激光气体浓度测量设备的探头装置的测量状态原理示意图图2为本发明激光气体浓度测量设备的探头装置的校准状态原理示意图；图3为图1所示激光气体浓度测量设备的探头装置的结构示意图；图4为图3的左视图；图5为图4的右视图。图中，l一激光源、2 —聚光镜、3—目镜筒、4一目镜、5—目镜连接座、6 —反光镜安装 圈、7 —红外光敏管、8 —光敏管安装座、9一管盖、IO —上通光孔、ll一探头壳体、12 —弧 形挡光板、13 —第一通光孔、14 —物镜筒、15 —物镜、16 —弧形凹槽、17 —垂轴光管、18 一密封玻璃、19一标准气室、加一聚光反光镜座、21 —调节压圈、22 —聚光反光镜、23 —第 二通光孔、24 —横向通光孔、25 —半透明分光板、26 —光纤固定座、27 —烟气流、28 —反 光镜座、29 —反光镜、30 —密封圈、31 —保护玻璃、32 —控光板、33 —铁芯、34 —通电线包、 35 —螺纹杆、36 —螺孔、37 —支轴、38 —轴孔座、39 —螺钉、40 —永磁体、41一磁性座、42 —U形口、 43 —挡光装置、44一旋转装置。
具体实施方式
图l为本发明激光气体浓度测量设备的探头装置的测量状态原理示意图，图2为本发明 激光气体浓度测量设备的探头装覽的校准状态原理不意图，图1和图2所示的激光气体浓度测 量设备的探头装置，主要包括激光源l、聚光镜2、目镜4、红外光敏管7、物镜15、半透明 分光板25，激光源l设置在最左端，在激光源1的同轴水平向右依次设置有聚光镜2、目镜4 和物镜15，半透明分光板25固定在目镜4和物镜15之间，在半透明分光板25的上方位置设置 有红外光敏管7，在所述半透明分光板25和物镜15之间设置有挡光装置43，所述的挡光装置 43能够选择性的开通或者遮挡通过物镜15反射到半透明分光板25的信号光，激光源l为红外 激光源，也可以采用远程红外激光源连接光纤接入。在所述红外光敏管7与半透明分光板25中心的反向延L〈线卜.自上而下设置有所述的挡光 装置43、封闭的标准气室19和聚光反光镜22，挡光装置43能够选择性的开通或者遮挡通过 聚光反光镜22和标准气室19反射到半透明分光板25的参考光。所述挡光装置43只能单独通过物镜15反射到半透明分光板25的信号光或者单独通过聚 光反光镜22和标准气室19反射到半透明分光板25的参考光。所述挡光装置43主要包括旋转装置44和弧形遮光板12，所述的旋转装置44位于探头壳体 ll中间位置的前方；所述弧形遮光板12固定在旋转装置44的右下方，且位于半透明分光板25 和物镜15以及半透明分光板25和标准气室19之间。 .所述半透明分光板25与聚光镜2和物镜15的中心轴线成45。的夹角，红外光敏管7和半透 明分光板25中心的轴线与聚光镜2和物镜15的中心轴线成90。的夹角。图1中，挡光装置43的挡光板12的第一通光孔13的中心正好与聚光镜2和物镜15的中心轴 线重合，将全部通过物镜i5反射到半透明分光板25的信号光，信号光沿着半透明分光板25 反射到红外光敏管7中，红外光敏管7经过预处理及功率处理器、信号调节器、信号放大器、信号解调器、V/I转换器和终端处理器就能测得此时排放物中某种气体的浓度。而此时挡光 装置43的挡光板12将聚光反光镜22和标准气室19反射到半透明分光板25的参考光全部遮住， 参考光路不通。图2中，挡光装置43的挡光板12的第二通光孔23与聚光反光镜22和标准气室19的中心轴 重合，将全部通过聚光反光镜22和标准气室19反射到半透明分光板25的参考光，参考光通过 半透明分光板25折射到红外光敏管7中，红外光敏管7经过预处理及功率处理器、信号调节器、 信号放大器、信号解调器、V/l转换器和终端处理器就能测得此时激光器的值，并与标准值 比较后，可以提供一个一定浓度的气体的标准信号作为参考来校IH系统的测量值，提高测量 的准确性；而此时挡光装置43的挡光板12将物镜15反射到半透明分光板25的信号光全部遮 住，信号光路不通。图3为图1所示激光气体浓度测量设备的探头装置的结构示意图，图4为图3左视图，图5 为图4的右视图。图3、图4和图5所示的激光气体浓度测量设备的探头装置，主要包括激光 源l、聚光镜2、目镜4、红外光敏管7、空心的探头壳体ll、物镜15、半透明分光板25，其结 构为在探头壳体11的左侧通过目镜连接座5自右向左依次同轴设置有目镜4、目镜筒3、聚 光镜2和激光源1;探头壳体11的内腔为横向通光孔24，在目镜4的同轴右侧固定有反光镜安 装圈6，在反光镜安装圈6的左侧固定有半透明分光板25;在半透明分光板25的右侧设置有物 镜筒14，物镜筒14内腔的右侧设置有物镜15，半透明分光板25与聚光镜2和物镜15的中心轴 线成45°的夹角；在横向通光孔24中，且在半透明分光板25的正上方设置有上通光孔10，在 上通光孔10的上方设置有管盖9，管盖9的上方设置有光敏管安装座8，光敏管安装座8内设置 有红外光敏管7;在横向通光孔24中，且在半透明分光板25的正下方设置有垂直光管17，垂 直光管17的JH下方连接有封闭的标准气室19，在标准气室19设置有聚光反光镜座20，聚光反 光镜座20内自上向卜—设置有聚光反光镜22和调节压阀21;在探头壳体11的右侧和下部均设置 有弧形凹槽16，弧形凹槽16位于半透明分光板25和物镜15之间，还位于标准气室19和平透明 分光板25之间；红外光敏管7和十-透明分光板25中心的轴线与聚光镜2和物镜15的中心轴线成 90°的夹角。在所述弧形凹槽16内设置有可沿着弧形凹槽16转动的挡光装置43的挡光板12,所述挡光 装置43主要包括所述挡光装置43主要包括旋转装置44和弧形遮光板12，所述的,旋转装置44 位于探头壳体ll中间位置的前方所述弧形遮光板12固定在旋转装置44的右下方，且位于半 透明分光板25和物镜15以及半透明分光板25和标准气室19之间。挡光板12的右侧设置有第一 通光孔IO，其左下部设置有第二通光孔23。旋转装置44结构为遮光板12通过与其相垂直的平板与轴孔座38，控光板32.通过螺钉39 固定在轴孔座38上，轴孔座38的轴孔内套装有支轴37，支轴37的左端为螺纹杆35，螺纹杆35 拧在其左侧的探头壳体11的螺孔36内，控光片32中间设置有一U形口42， U形口42的内侧左右 各安装着1个磁性座41，磁性座41上安装着永磁体40， U形口42设置在铁芯33的两端并与铁芯 33的两端相对应，铁芯33同定在探头壳体l 1中间位置的甜方。图5中左侧的永磁体40与铁芯33的左端相吸合时，弧形遮光板12绕着轴孔座38顺时针旋 转，弧形遮光板12的第一通光孔13与横向通光孔24相通，第二通光孔23错丌垂直光轴17，并 由弧形遮光板12的其它实体部分挡住垂直光轴17,此时进行气体浓度的测量，当图中的右侧 的永磁体40与铁芯33的右端相吸合时，弧形遮光板12绕着轴孔座38逆时针旋转，弧形遮光板 12的第二通光孔23与垂直光轴17相通，而第一通光孔13错开横向通光孔24并由弧形遮光板12 的其它实体部分挡住纵向通光孔24，此时进行系统的校正。
权利要求
1、激光气体浓度测量设备的探头装置，主要包括激光源(1)、聚光镜(2)、目镜(4)、红外光敏管(7)、物镜(15)、半透明分光板(25)，激光源(1)设置在最左端，在激光源(1)的同轴水平向右依次设置有聚光镜(2)、目镜(4)和物镜(15)，半透明分光板(25)固定在目镜(4)和物镜(15)之间，在半透明分光板(25)的上方位置设置有红外光敏管(7)，其特征在于半透明分光板(25)和物镜(15)之间设置有挡光装置(43)；所述的挡光装置(43)能够选择性的开通或者遮挡通过物镜(15)反射到半透明分光板(25)的信号光。
2. 根据权利要求l所述的激光气体浓度测量设备的探头装置，其特征是在红外光敏管 (7)与半透明分光板(25)中心的反向延长线上自上而下设置有所述的挡光装置(43)、封闭的标准气室(19)和聚光反光镜(22)，挡光装置(43)能够选择性的开通或者遮挡通过聚 光反光镜(22)和标准气室(19)反射到半透明分光板(25)的参考光。
3. 根据权利要求2所述的激光气体浓度测量设备的探头装置，其特征是挡光装置(43) 只能单独通过物镜(15)反射到半透明分光板(25)的信号光或者单独通过聚光反光镜(22) 和标准气室(19)反射到半透明分光板(25)的参考光。
4. 根据权利要求3所述的激光气体浓度测量设备的探头装置，其特征是所述挡光装置 (43)主要包括旋转装置(44)和弧形遮光板(12)，所述的旋转装置(44)位于探头壳体(11)中间位置的前方；所述弧形遮光板(12)固定在旋转装置(44)的右下方，且位于 半透明分光板(25)和物镜(15)以及半透明分光板(25)和标准气室(19)之间。
5. 根据权利要求1一4任意一项所述的激光气体浓度测量设备的探头装置，其特征是 半透明分光板(25)与聚光镜(2)和物镜(15)的中心轴线成3(T 150°的夹角，红外光 敏管(7)和半透明分光板(25)中心的轴线与聚光镜(2)和物镜(15)的中心轴线成 30° 150°的夹角。
6.根据权利要求1一4任意一项所述的激光气体浓度测量设备的探头装置，其特征是 半透明分光板(25)与聚光镜(2)和物镜(15)的中心轴线成45。或135°的夹角，红外光 敏管(7)和半透明分光板(25)中心的轴线与聚光镜(2)和物镜(15)的中心轴线成 90°的夹角。
全文摘要
本发明公开了一种激光气体浓度测量设备的探头装置，属于气体浓度测量技术领域，所要解决的问题是提供一种激光气体浓度测量设备的探头装置，能够自动校准、稳定可靠、准确测量气体浓度，采用的方案为激光气体浓度测量设备的探头装置，主要包括激光源、聚光镜、目镜、红外光敏管、物镜、半透明分光板，激光源设置在最左端，在激光源的同轴水平向右依次设置有聚光镜、目镜和物镜，半透明分光板固定在目镜和物镜之间，在半透明分光板的上方位置设置有红外光敏管，在所述半透明分光板和物镜之间设置有挡光装置，所述的挡光装置能够选择性的开通或者遮挡通过物镜反射到半透明分光板的信号光；本发明可广泛应用到各种气体浓度测量领域中。
文档编号G01N21/39GK101290290SQ20081005504
公开日2008年10月22日 申请日期2008年6月4日 优先权日2008年6月4日
发明者丁相午, 吴书明, 白惠宾, 白惠峰, 闫兴钰 申请人:太原中绿环保技术有限公司