一种激光气体在线分析仪及分析方法与流程

1.本发明涉及到自动化测量设备，具体涉及到一种激光气体在线分析仪及分析方法。


背景技术：

2.激光气体在线分析仪是一种利用光谱吸收技术，通过分析激光被气体的选择性吸收来获得气体的浓度。它与传统红外光谱吸收技术的不同之处在于，半导体激光光谱宽度远小于气体吸收谱线的展宽，激光气体在线分析仪具有不受背景气体的影响、不受粉尘与视窗污染的影响、自动修正温度压力对测量的影响等特点，可用来进行连续工业过程和气体排放测量，适合于恶劣工业环境应用，如钢铁各种燃炉、铝业和有色金属、化工、石化、水泥、发电和垃圾焚烧等。
3.公开号为cn111157470a的中国发明专利于2020年05月15日公开了一种多激光器同时在线测量多组分气体含量的方法，其测量结构包括气体a激光器准直透镜、气体a半导体激光器、气体a激光探测器、气体b激光器准直透镜、气体b半导体激光器、气体b激光探测器、气室上端凹面反射镜、气室底部凹面反射镜、气室、气室出气口、气室进气接口和窗口，本发明涉及石化、天然气技术领域。该多激光器同时在线测量多组分气体含量的方法，改进了传统的一个气室搭配一个激光器的结构，可在一个腔体内形成多组独立光束，实现多组成气体在线同时测量，相比于传统的多个气室串并联结构极大的节约了制造成本，且在测量气体流速一定的情况下，相比多个气室串并联结构的响应时间更短。
4.上述方案公开了利用激光测量气体组分的方法，但在恶劣情况下稳定连续的测量气体组分时，需要一种成套集成化设备。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种激光气体在线分析仪及分析方法，解决了在恶劣环境下连续稳定测量气体组分的问题。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.一种激光气体在线分析仪，包括安装机架、集成背板、总控单元和测量单元；所述安装机架包括移动底盘以及垂直设于所述移动底盘上的支撑框架，所述集成背板竖直安装于所述支撑框架的一侧，所述集成背板安装有所述总控单元和所述测量单元，所述总控单元设于所述测量单元的上侧，所述测量单元包括两个圆柱结构的激光测量筒，两个所述激光测量筒水平设置，两个所述激光测量筒的同一端的端部均设有进气口、出气口和接线盒，所述接线盒与所述总控单元通过电缆连接。
8.上述方案中，气体从进气口被吸入，被测气体位于激光测量筒的腔室内，测量单元采用激光测量原理，实现对被吸入气体的无接触测量，通过设置，使测量激光通过玻璃视窗透射至气体腔室的内部，降低了被测气体在测量过程中的泄露风险。
9.其中，测量单元可以连续的吸入待测气体，对环境气体组分进行实时连续的跟踪
测量，将测量结果反馈到总控单元，总控单元可以分析出被测气体的组分变化，具有较好的在线监测时效性和连续性。
10.其中，安装机架采用管材拼装结构，在各管材端部均设有连接法兰，可通过螺栓进行连接，采用该种结构的优点在于，可以实现集中收纳，发运至产品安装环境后再进行组装搭建。
11.所述激光测量筒包括安装筒体，所述安装筒体的两端均设有法兰盖一和法兰盖二，所述法兰盖二设有贯穿的进气口和出气口，所述法兰盖二的外侧设有接线盒；所述安装筒体内设有激光测量池和测量池支撑架，所述测量池支撑架将激光测量池与所述法兰盖二内侧固定。
12.具体的，安装筒体还设有法兰端并且连接支座，支座为折弯结构，底部设有双开孔，用于将安装筒体固定在集成背板上，安装筒体的法兰端设有多个螺纹孔，通过螺栓和法兰盖连接，其中法兰盖为圆盘形结构。
13.所述集成背板固定设有扎线架，所述电缆沿所述扎线架捆扎固定。
14.所述移动底盘包括一对水平纵向底座梁以及一对水平横向底座梁，所述水平横向底座梁垂直设于两个所述水平纵向底座梁之间；每个所述水平纵向底座梁的下侧均设有两个活动万向轮；所述支撑框架包括与所述移动底盘固定连接的一对承载立柱，两个所述承载立柱的之间连接有两个水平横向底座梁以及一个水平横向承载梁，所述水平横向承载梁连接两个所述承载立柱的上端端部；上述的各个构件之间均采用紧固螺栓的方式连接，移动底盘实现对装置整体的移动支撑，其中与水平纵向底座梁连接的两个水平横向底座梁距离地面有高度差，可通过液压叉车对其进行抬高搬运。
15.所述集成背板与所述支撑框架栓接固定，所述集成背板的四周均设有重型把手，所述集成背板的上部靠近所述支撑框架的一侧设有两个纵向加强筋以及一个横向加强筋。
16.具体的，集成背板，扎线架、纵向加强筋、横向加强筋均为钣金折弯件，其中集成背板与纵向加强筋、横向加强筋通过焊接形式连接，加强筋为“几”字形和“l”形的弯折板，以增加集成背板的结构强度，扎线架、重型把手分别与集成背板通过紧固螺栓连接；集成背板上、下两端设有螺栓孔，用于和安装机架之间通过螺栓进行连接；集成背板表面设有通孔，用于固定总控单元和测量单元；集成背板四周设有重型把手，便于对集成背板的搬运。
17.所述总控单元包括隔爆配电箱以及设于所述隔爆配电箱内的电源模块、控制模块一、控制模块二和接线模块；所述隔爆配电箱的箱盖密封嵌入设有显示屏，所述隔爆配电箱的一侧设有若干个隔爆电缆接头。
18.具体的，箱盖表面有嵌有玻璃视窗，视窗背部安装有显示屏，用于显示激光气体在线分析仪的相关工作信息；隔爆配电箱的箱体内部设有双层背板，双层背板之间安装有加热装置，可满足配电箱内部的温度变化要求，同时也可满足对加热装置的隐藏和保护，电源模块、控制模块一、控制模块二、接线模块等均安装在隔爆配电箱的背板表面；电源模块为集成模块，多种规格的电源模块集成在一个折弯安装支架上，可以实现整体集成安装。
19.其中，控制模块一为数据计算控制模块，多张pcb计算板卡集成在一个盒状折弯支架上，可以实现整体集成安装；控制模块二为温度控制模块，多个温度控制面板和继电器集成在多层的套合折弯支架结构上，可以实现多个面板的集成布置，同时还可以满足多层空间的有效利用；接线模块为多层折弯结构，可以同时安装多层的接线端子，实现了多层空间
的有效利用；总控单元的各模块均可以集成在隔爆配电箱的背板结构中，可以实现对多个模块的便利拆装，减少了相关配件的组装及更换难度。
20.本发明还提供一种激光气体在线分析仪的分析方法，具体如下：
21.气体的取样：测量单元设有进气口和出气口，待测组分的气体经过输送管道上的取样口，取样输送至测量单元的进气口，进入激光测量池的内部；
22.气体组分的在线测量：取样后的气体经过管路进入激光测量池内部后，激光测量池自身发射和反射激光束，对取样后的气体进行光谱吸收测量，气体组分测量过程中，针对不同组分的气体，选用不同波长的激光器，进而实现对不同组分气体含量的测量；
23.测量结果在线分析：激光测量池对进入其内部的气体组分含量进行实时的测量，经过有线信号传输至总控单元，总控单元对实时在线的测量结果进行分析，实时呈现在总控单元的显示屏上，同时还通过信号远传的方式传输给工业控制系统。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.1、气体从进气口被吸入，被测气体位于激光测量筒的腔室内，测量单元采用激光测量原理，实现对被吸入气体的无接触测量，通过设置，使测量激光通过玻璃视窗透射至气体腔室的内部，降低了被测气体在测量过程中的泄露风险；
26.2、测量单元可以连续的吸入待测气体，对环境气体组分进行实时连续的跟踪测量，将测量结果反馈到总控单元，总控单元可以分析出被测气体的组分变化，具有较好的在线监测时效性和连续性；
27.3、安装机架采用管材拼装结构，在各管材端部均设有连接法兰，可通过螺栓进行连接，采用该种结构的优点在于，可以实现集中收纳，发运至产品安装环境后再进行组装搭建；
28.4、本集成背板为钣金折弯件，其背部设有“几”字形折弯加强筋和“l”形折弯加强筋，可以增强背板结构的整体刚度；背板四周设有重型把手，便于对集成背板的搬运。背板一侧设有扎线架，便于对分析仪相关线缆进行固定；
29.5、总控单元背板为双层扣板结构，内部安装有加热装置，可满足电控箱内部的温度变化要求，同时也可满足对加热装置的隐藏和保护。
附图说明
30.图1为本发明一种激光气体在线分析仪的立体；
31.图2为本发明激光测量筒的立体图；
32.图3为本发明激光测量池和的测量池支撑架立体图；
33.图4为本发明总控单元打开状态的立体图；
34.图5为本发明安装机架的立体图；
35.图6为本发明集成背板的正面图；
36.图7为本发明集成背板的背面图；
37.图中：1、集成背板；2、总控单元；3、测量单元；4、移动底盘；5、支撑框架；6、进气口；7、出气口；8、接线盒；9、安装筒体；10、法兰盖一；11、法兰盖二；12、进气口；13、出气口；14、接线盒；15、激光测量池；16、测量池支撑架；17、扎线架；18、水平纵向底座梁；19、水平横向底座梁；20、承载立柱；21、水平横向底座梁；22、水平横向承载梁；23、重型把手；24、纵向加
强筋；25、横向加强筋；26、隔爆配电箱；27、电源模块；28、控制模块一；29、控制模块二；30、接线模块；31、显示屏；32、隔爆电缆接头；33、活动万向轮。
具体实施方式
38.下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“水平”、“垂直”等指示的方位或位置关系为均基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
40.如图1所示，一种激光气体在线分析仪，包括安装机架、集成背板1、总控单元2和测量单元3；所述安装机架包括移动底盘4以及垂直设于所述移动底盘4上的支撑框架5，所述集成背板1竖直安装于所述支撑框架5的一侧，所述集成背板1安装有所述总控单元2和所述测量单元3，所述总控单元2设于所述测量单元3的上侧，所述测量单元3包括两个圆柱结构的激光测量筒，两个所述激光测量筒水平设置，两个所述激光测量筒的同一端的端部均设有进气口6、出气口7和接线盒8，所述接线盒8与所述总控单元2通过电缆连接。
41.上述方案中，气体从进气口6被吸入，被测气体位于激光测量筒的腔室内，测量单元3采用激光测量原理，实现对被吸入气体的无接触测量，通过设置，使测量激光通过玻璃视窗透射至气体腔室的内部，降低了被测气体在测量过程中的泄露风险。
42.其中，测量单元3可以连续的吸入待测气体，对环境气体组分进行实时连续的跟踪测量，将测量结果反馈到总控单元2，总控单元2可以分析出被测气体的组分变化，具有较好的在线监测时效性和连续性。
43.其中，安装机架采用管材拼装结构，在各管材端部均设有连接法兰，可通过螺栓进行连接，采用该种结构的优点在于，可以实现集中收纳，发运至产品安装环境后再进行组装搭建。
44.如图2所示，所述激光测量筒包括安装筒体9，所述安装筒体9的两端均设有法兰盖一10和法兰盖二11，所述法兰盖二11设有贯穿的进气口12和出气口13，所述法兰盖二11的外侧设有接线盒14；所述安装筒体9内设有激光测量池15和测量池支撑架16，所述测量池支撑架16将激光测量池15与所述法兰盖二11内侧固定。
45.具体的，安装筒体9还设有法兰端并且连接支座，支座为折弯结构，底部设有双开孔，用于将安装筒体9固定在集成背板1上，安装筒体9的法兰端设有多个螺纹孔，通过螺栓和法兰盖连接，其中法兰盖为圆盘形结构。
46.如图1和图6所示，所述集成背板1固定设有扎线架17，所述电缆沿所述扎线架17捆扎固定。
47.如图5所示，所述移动底盘4包括一对水平纵向底座梁18以及一对水平横向底座梁19，所述水平横向底座梁19垂直设于两个所述水平纵向底座梁18之间；每个所述水平纵向底座梁18的下侧均设有两个活动万向轮33；所述支撑框架5包括与所述移动底盘4固定连接
的一对承载立柱20，两个所述承载立柱20的之间连接有两个水平横向底座梁21以及一个水平横向承载梁22，所述水平横向承载梁22连接两个所述承载立柱20的上端端部；上述的各个构件之间均采用紧固螺栓的方式连接，移动底盘4实现对装置整体的移动支撑，其中与水平纵向底座梁18连接的两个水平横向底座梁19距离地面有高度差，可通过液压叉车对其进行抬高搬运。
48.如图6和图7所示，所述集成背板1与所述支撑框架5栓接固定，所述集成背板1的四周均设有重型把手23，所述集成背板1的上部靠近所述支撑框架的一侧设有两个纵向加强筋24以及一个横向加强筋25。
49.具体的，集成背板1，扎线架17、纵向加强筋24、横向加强筋25均为钣金折弯件，其中集成背板1与纵向加强筋24、横向加强筋25通过焊接形式连接，加强筋为“几”字形和“l”形的弯折板，以增加集成背板1的结构强度，扎线架17、重型把手23分别与集成背板1通过紧固螺栓连接；集成背板1上、下两端设有螺栓孔，用于和安装机架之间通过螺栓进行连接；集成背板1表面设有通孔，用于固定总控单元2和测量单元3；集成背板1四周设有重型把手23，便于对集成背板1的搬运。
50.如图4所示，所述总控单元2包括隔爆配电箱26以及设于所述隔爆配电箱26内的电源模块27、控制模块一28、控制模块二29和接线模块30；所述隔爆配电箱26的箱盖密封嵌入设有显示屏31，所述隔爆配电箱26的一侧设有若干个隔爆电缆接头32。
51.具体的，箱盖表面有嵌有玻璃视窗，视窗背部安装有显示屏31，用于显示激光气体在线分析仪的相关工作信息；隔爆配电箱26的箱体内部设有双层背板，双层背板之间安装有加热装置，可满足配电箱内部的温度变化要求，同时也可满足对加热装置的隐藏和保护，电源模块27、控制模块一28、控制模块二29、接线模块30等均安装在隔爆配电箱26的背板表面；电源模块27为集成模块，多种规格的电源模块27集成在一个折弯安装支架上，可以实现整体集成安装。
52.其中，控制模块一28为数据计算控制模块，多张pcb计算板卡集成在一个盒状折弯支架上，可以实现整体集成安装；控制模块二29为温度控制模块，多个温度控制面板和继电器集成在多层的套合折弯支架结构上，可以实现多个面板的集成布置，同时还可以满足多层空间的有效利用；接线模块30为多层折弯结构，可以同时安装多层的接线端子，实现了多层空间的有效利用；总控单元2的各模块均可以集成在隔爆配电箱26的背板结构中，可以实现对多个模块的便利拆装，减少了相关配件的组装及更换难度。
53.本发明还提供一种激光气体在线分析仪的分析方法，具体如下：
54.气体的取样：测量单元3设有进气口12和出气口13，待测组分的气体经过输送管道上的取样口，取样输送至测量单元3的进气口12，进入激光测量池15的内部；
55.气体组分的在线测量：取样后的气体经过管路进入激光测量池15内部后，激光测量池15自身发射和反射激光束，对取样后的气体进行光谱吸收测量，气体组分测量过程中，针对不同组分的气体，选用不同波长的激光器，进而实现对不同组分气体含量的测量；
56.测量结果在线分析：激光测量池15对进入其内部的气体组分含量进行实时的测量，经过有线信号传输至总控单元，总控单元2对实时在线的测量结果进行分析，实时呈现在总控单元的显示屏31上，同时还通过信号远传的方式传输给工业控制系统。
57.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以
理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。