CN105445223A - 用于高温烟气测量的湿度检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于高温烟气测量的湿度检测装置。该用于高温烟气测量的湿度检测装置包括相互独立的光发射单元(1)和光学探测单元(2)，光发射单元(1)包括激光器和控制器，光学探测单元(2)通过光学元件将激光器发射的光信号传输至高温烟气中，并将完成检测的光信号返回至光发射单元(1)，控制器用于对返回的光信号进行处理。根据本发明的用于高温烟气测量的湿度检测装置，能够测量各类高温烟气中的水汽含量，测量时间短，测量精确度高，还可以提高检测装置的便携性，增强工作人员操作检测装置时的安全性。

Description

用于高温烟气测量的湿度检测装置
技术领域
本发明涉及一种高温烟气中的湿度测量技术，具体而言，涉及一种用于高温烟气测量的湿度检测装置。
背景技术
随着国家对大气污染的越发重视，各电力场、化工厂等排出的高温烟气不仅要严格控制有毒有害气体的排放量，还要严格控制烟气中的水汽含量，以防止在烟囱生成危害自然环境的酸性物质。
现有的高温烟囱水汽检测设备有：电化学式湿度传感器、半导体式湿度传感器等，检测方法有增重法测湿度等。
对于电化学式湿度传感器而言，在测试过程中容易受到其他气体干扰，使用寿命短，测量精度也较低。
对于半导体式湿度传感器而言，则容易受到电磁干扰，导致影响测量结果的准确性。
对于增重法测湿度而言，则存在测量时间长，精度不高的问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于高温烟气测量的湿度检测装置，能够测量各类高温烟气中的水汽含量，测量时间短，测量精确度高。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于高温烟气测量的湿度检测装置，包括相互独立的光发射单元和光学探测单元，光发射单元包括激光器和控制器，光学探测单元通过光学元件将激光器发射的光信号传输至高温烟气中，并将完成检测的光信号返回至光发射单元，控制器用于对返回的光信号进行处理。
优选地，光发射单元还包括电路板，激光器和控制器均设置在电路板上。
优选地，光发射单元还包括接口组件，电路板设置在接口组件内。
优选地，接口组件的光信号出口处设置有用于将返回的光信号转换为电信号的光电二极管。
优选地，光学探测单元包括气室、设置在气室的光信号接入端的光纤准直器和设置在气室的光信号反射位置的反射镜。
优选地，光纤准直器和光电二极管之间连接有光纤。
优选地，气室外罩设有防尘罩。
优选地，光发射单元和光学探测单元之间通过连接杆连接。
优选地，连接杆为不锈钢管，光纤设置在不锈钢管内。
优选地，激光器为法珀激光器、分布反馈式半导体激光器、分布布喇格反射激光器、垂直腔表面发射激光器或外腔调谐半导体激光器。
本发明将用于高温烟气测量的湿度检测装置，通过光发射单元中的激光器发射光信号，然后光信号通过光学探测单元进入到高温烟气中，从而产生获取高温烟气的湿度信息的光信号，通过控制器可以对返回的带有湿度信息的光信号进行处理，从而获取高温烟气中的湿度信息。由于本发明将光发射单元和光学探测单元分成两个独立的部分，因此在进行测量时，可以仅仅将光学探测部分伸入到高温烟气中，而无需使光发射单元进入到高温烟气中，避免了高温和电磁干扰对光发射单元中的电子元件造成影响，可以保证测量结果的快速性和准确性，同时提高湿度检测装置的使用寿命。此外，本发明的湿度检测装置还具有结构简单，便携轻巧，便于操作，成本较低的优点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例的湿度检测装置的结构原理图；
图2是本发明实施例的湿度检测装置的光发射单元的结构原理图；
图3是本发明实施例的湿度检测装置的气室的结构原理图。
附图标记说明：1、光发射单元；2、光学探测单元；3、电路板；4、接口组件；5、光电二极管；6、气室；7、光纤准直器；8、反射镜；9、光纤；10、防尘罩；11、连接杆。
具体实施方式
在以下详细描述中，提出大量特定细节，以便于提供对本发明的透彻理解。但是，本领域的技术人员会理解，即使没有这些特定细节也可实施本发明。在其它情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、组件和电路，以免影响对本发明的理解。
本发明基于可调谐半导体激光吸收光谱技术(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy，TDLAS)设计，可以充分利用TDLAS测量精度高，响应速度快，不受电磁干扰的优势，从而能够很好地克服已有技术中的各种缺点。
结合参见图1至图3所示，根据本发明的实施例，用于高温烟气测量的湿度检测装置包括光发射单元1和光学探测单元2，光发射单元1包括激光器和控制器，光学探测单元2通过光学元件将激光器发射的光信号传输至高温烟气中，并将完成检测的光信号返回至光发射单元1，控制器用于对返回的光信号进行处理。
在使用该湿度检测装置时，首先通过光发射单元1中的激光器发射光信号，光信号通过光学探测单元2进入到高温烟气中，从而产生获取高温烟气中的湿度信息的光信号，携带有水汽吸收的光信号在光学探测单元2内反射后返回至光发射单元1，通过光发射单元1中的控制器可以对返回的带有湿度信息的光信号进行处理，从而获取高温烟气中的湿度信息。
由于本发明将光发射单元1和光学探测单元2分成两个独立的部分，因此在进行测量时，可以仅仅将光学探测单元2伸入到高温烟气中，而无需使光发射单元1进入到高温烟气中，避免了高温和电磁干扰对光发射单元1中的电子元件造成影响，可以保证测量结果的快速性和准确性，同时提高湿度检测装置的使用寿命。
此外，一般在测试烟气时，需工作人员携带检测装置通过围绕烟囱建设的梯子爬行到测试点，一般测试点高度为四五十米，测试点地方狭窄，有一定危险性。而本发明的湿度检测装置还具有结构简单，便携轻巧，便于操作，成本较低的优点，因此，可以在保证检测装置的检测结果精确的基础上，相应提高测试人员操作时的安全性。
光发射单元1还包括电路板3，激光器和控制器均设置在电路板3上。通过电路板3可以将激光器和控制器进行一体化设计，从而使得光发射单元1中的电路部分更加容易操作和控制。
光发射单元1还包括接口组件4，电路板3设置在接口组件4内。接口组件4一方面可以通过其上的接口与光学探测单元2之间实现快速连接，另一方面可以对位于其内的电路板3形成防护，提高电路板3及其上的激光器和控制器的使用寿命。
接口组件4的光信号出口处设置有用于将返回的光信号转换为电信号的光电二极管5。光电二极管5可以将光学探测单元2反射回的光信号转换为电信号之后传输至控制器，从而便于控制器对返回的信息进行处理。此处的光电二极管5也可以用其他的可以将光信号转换为电信号的电子元件来代替。
光学探测单元2包括气室6、设置在气室6的光信号接入端的光纤准直器7和设置在气室6的光信号反射位置的反射镜8。其中光纤准直器7可以对激光发射单元1发射的光信号进行转换，从而可以保证光信号能够准确地传输至反射镜8，保证光信号的顺利返回。此外，在光信号镜反射镜8反射并到达光纤准直器7之后，可以再次对光信号进行处理，从而保证返回的光信号能够准确地传输至光电二极管5处进行光电转换，提高了光学探测单元2的准确性和测量效率。
光纤准直器7和光电二极管5之间连接有光纤9，光信号通过光纤9进行传输。由于该湿度检测装置应用于高温环境中，因此，为了保证光纤的光传输性能不受高温影响，光纤可以选用耐高温光纤，例如石英制成的光纤，从而保证了高温状态下测量信号的准确性。
优选地，在气室6外罩设有防尘罩10，可以对气室6形成防护，避免外界环境对气室6内的元器件造成影响而降低湿度检测装置的测量精度。
光发射单元1和光学探测单元2之间可以通过连接杆11连接，从而使得光发射单元1与光学探测单元2能够更好地隔离，更加有效地避免光发射单元受到高温烟气的影响，提高湿度检测装置测量结果的准确性。此外，通过设置连接杆11，也可以对各种环境下的高温烟气进行测量，拓展了湿度检测装置的测量范围，也能够有效地避免操作人员被高温烟气烫伤，提高操作人员的安全性。
在本实施例中，连接杆11为不锈钢管，光纤9设置在不锈钢管内。不锈钢管可以起到有效的连接作用，便于操作人员对湿度检测装置进行操作，同时不锈钢管还可以对光纤9形成保护，避免光纤9受到外部环境的损坏，提高光纤9的使用寿命。不锈钢管也可以采用其他材料的连接管来代替。
不锈钢管与光发射单元1和光学探测单元2均为可拆卸连接，从而可以根据不同的使用环境选择不同的不锈钢管，使用更加灵活，在需要更换部件时，也只需要对需更换部分进行更换，可以降低更换成本。
激光器例如为法珀激光器、分布反馈式半导体激光器、分布布喇格反射激光器、垂直腔表面发射激光器或外腔调谐半导体激光器。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于高温烟气测量的湿度检测装置，其特征在于，包括相互独立的光发射单元(1)和光学探测单元(2)，所述光发射单元(1)包括激光器和控制器，所述光学探测单元(2)通过光学元件将所述激光器发射的光信号传输至高温烟气中，并将完成检测的光信号返回至所述光发射单元(1)，所述控制器用于对返回的光信号进行处理。
2.根据权利要求1所述的湿度检测装置，其特征在于，所述光发射单元(1)还包括电路板(3)，所述激光器和所述控制器均设置在所述电路板(3)上。
3.根据权利要求2所述的湿度检测装置，其特征在于，所述光发射单元(1)还包括接口组件(4)，所述电路板(3)设置在所述接口组件(4)内。
4.根据权利要求3所述的湿度检测装置，其特征在于，所述接口组件(4)的光信号出口处设置有用于将返回的光信号转换为电信号的光电二极管(5)。
5.根据权利要求4所述的湿度检测装置，其特征在于，所述光学探测单元(2)包括气室(6)、设置在所述气室(6)的光信号接入端的光纤准直器(7)和设置在所述气室(6)的光信号反射位置的反射镜(8)。
6.根据权利要求5所述的湿度检测装置，其特征在于，所述光纤准直器(7)和所述光电二极管(5)之间连接有光纤(9)。
7.根据权利要求5所述的湿度检测装置，其特征在于，所述气室(6)外罩设有防尘罩(10)。
8.根据权利要求6或7所述的湿度检测装置，其特征在于，所述光发射单元(1)和所述光学探测单元(2)之间通过连接杆(11)连接。
9.根据权利要求8所述的湿度检测装置，其特征在于，所述连接杆(11)为不锈钢管，所述光纤(9)设置在所述不锈钢管内。
10.根据权利要求1所述的湿度检测装置，其特征在于，所述激光器为法珀激光器、分布反馈式半导体激光器、分布布喇格反射激光器、垂直腔表面发射激光器或外腔调谐半导体激光器。
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