CN110907365A - 一种微水含量的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微水含量的测量方法，它的步骤如下：步骤一：将吸水垫和透镜分别安装在中空镜片固定支架上；步骤二：激光器发出激光光线，激光光线分别在透镜与空气介质接触的前后两个面上产生光的反射；步骤三：反射光线沿着与入射光线完全相反或成一定夹角的反向路径传播；步骤四：形成两列频率相同的光波；步骤五：两列频率相同的光波在空气中相遇发生叠加形成明暗相间的条纹；步骤六：光电转换器产生干涉波峰；步骤七：信号处理***根据产生的干涉波峰的中心移动这一现象来判定被测气体中微水含量的大小。本发明可使用一般的激光器，同时简化气体吸收池的结构，测量精度高、响应速度快、反应灵敏。

Description

一种微水含量的测量方法
技术领域
本发明涉及化工行业气体多组分分析技术领域，特别是一种微水含量的测量方法。
背景技术
目前，可调谐半导体激光光谱吸收技术逐渐成熟，替代了镜面法、重量法等测量方法成为主流。基于可调谐半导体激光光谱技术的微水测量方法，其吸收原理基于比尔.特定律，其检测精度与光程成正比，光程越长检测精度越高(原理图如图1所示)。
根据光学传播定律，光线照射到两种物质分界面后，会同时发生反射与折射。光学气体吸收池一般使用光学玻璃窗口隔绝空气与被测气体，入射激光照射到窗口片上后大部分能量穿过镜片到达光学气体吸收池。经过气体吸收后聚焦至光电探测器转并换为电信号。控制***通过返回信号产生的吸收峰测量微量水的含量(可调谐半导体激光光谱吸收技术产生的吸收峰如图2所示)。
但是，以上方法在测量过程中存在以下弊端：第一，需要特定波长(1392-1393nm)的激光器，价格昂贵；第二，被测气体吸收池需要疏水材料且密封，技术不容易实现；第三，因为光纤的引入，导致整体结构较为复杂，容易引入光学噪声。
发明内容
为解决上述不足，本发明的目的就是提供一种微水含量的测量方法，可使用一般的激光器，同时简化气体吸收池的结构，测量精度高、响应速度快、反应灵敏。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它的步骤如下：
步骤一：将亲水膨胀材料制成的吸水垫和透镜分别安装在中空镜片固定支架上，被测气体中的微量水被吸水垫吸收后，吸水垫会膨胀发生形变，促使透镜发生倾斜；
步骤二：激光器发出激光光线，激光光线分别在透镜与空气介质接触的前后两个面上产生光的反射；
步骤三：反射光线沿着与入射光线完全相反或成一定夹角的反向路径传播；
步骤四：形成两列频率相同的光波；
步骤五：两列频率相同的光波在空气中相遇发生叠加，在某一些区域总加强，在另外一些区域总减弱，形成明暗相间的条纹；
步骤六：光电转换器产生干涉波峰；
步骤七：信号处理***根据产生的干涉波峰的中心移动这一现象来判定被测气体中微水含量的大小。
进一步，步骤一中吸水垫的吸水含量与中空镜片固定支架和透镜之间的倾斜角成正比。
进一步，步骤三中反射光线形成反射干涉波，反射干涉波形随着所述倾斜角的变化发生左右移动。
进一步，步骤二中激光光线通过光纤进入到准直器，准直器输出激光束到透镜上。
进一步，步骤六中光电转换器通过光纤将干涉波峰移动情况发送至信号处理***中。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
第一，利用普通的激光器就能测量，避免使用特定波长的激光器，节约成本；
第二，测量精度高、响应速度快、反应灵敏；
第三，简化了气体吸收池的结构。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为基于可调谐半导体激光光谱的微水测量方法的原理图；
图2为可调谐半导体激光光谱吸收技术产生的吸收峰的图形；
图3为本发明的原理图；
图4为本发明中干涉波峰的图形；
图中：1.微水激光器；2.光电探测器；3.被测气体池；4.控制处理***；5.激光器；6.准直器；7.中空镜片固定支架；8.吸水垫；9.透镜；10.光电转换器；11.信号处理***。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例：
如图3、图4所示，一种微水含量的测量方法，它的步骤如下：
步骤一：将亲水膨胀材料制成的吸水垫8和透镜9分别安装在中空镜片固定支架7上，吸水垫8处于中空镜片固定支架7的上端并位于中空镜片固定支架7与透镜9之间，被测气体中的微量水被吸水垫8吸收后，吸水垫8会膨胀发生形变，促使透镜9向下倾斜，随着吸水垫8水分含量的增加，中空镜片固定支架7与透镜9之间形成的倾斜角越大；
步骤二：激光器5发出激光光线，激光光线通过光纤进入到准直器6，准直器6输出激光束并分别在透镜9与空气介质接触的前后两个面上形成光的反射；
步骤三：反射光线沿着与入射光线完全相反或成一定夹角的反向路径传播；反射光纤会形成反射干涉波，反射干涉波形随着倾斜角的变化发生左右移动；
步骤四：根据步骤三会形成两列频率相同的光波；
步骤五：两列频率相同的光波在空气中相遇发生叠加，在某一些区域总加强，在另外一些区域总减弱，从而形成明暗相间的条纹；
步骤六：光电转换器10产生干涉波峰；
步骤七：当微水含量增加，吸水垫8发生形变，透镜9向下偏转，产生的干涉波峰的中心也会随之移动，信号处理***11通过光纤接受信号并根据以上现象来判定微水含量的大小。
本实施例的工作原理：通过光的反射原理使照射在透镜9上的光产生反射，并通过检测激光干涉条纹的变化来检测微水含量的变化。本实施例利用普通激光器就能完成测量，避免使用特定的激光器从而造成成本增加；测量精度较传统的测量方式精度高、响应速度快、反应灵敏。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种微水含量的测量方法，其特征在于，它的步骤如下：
步骤一：将亲水膨胀材料制成的吸水垫(8)和透镜(9)分别安装在中空镜片固定支架(7)上，被测气体中的微量水被吸水垫(8)吸收后，吸水垫(8)会膨胀发生形变，促使透镜(9)发生倾斜；
步骤二：激光器(5)发出激光光线，激光光线分别在透镜(9)与空气介质接触的前后两个面上产生光的反射；
步骤三：反射光线沿着与入射光线完全相反或成一定夹角的反向路径传播；
步骤四：形成两列频率相同的光波；
步骤五：两列频率相同的光波在空气中相遇发生叠加，在某一些区域总加强，在另外一些区域总减弱，形成明暗相间的条纹；
步骤六：光电转换器(10)产生干涉波峰；
步骤七：信号处理***(11)根据产生的干涉波峰的中心移动这一现象来判定被测气体中微水含量的大小。
2.根据权利要求1所述的微水含量的测量方法，其特征在于：步骤一中吸水垫(8)的吸水含量与中空镜片固定支架(7)和透镜之间的倾斜角成正比。
3.根据权利要求2所述的微水含量的测量方法，其特征在于：步骤三中反射光线形成反射干涉波，反射干涉波形随着所述倾斜角的变化发生左右移动。
4.根据权利要求1所述的微水含量的测量方法，其特征在于：步骤二中激光光线通过光纤进入到准直器(6)，准直器(6)输出激光束到透镜(9)上。
5.根据权利要求1所述的微水含量的测量方法，其特征在于：步骤六中光电转换器(10)通过光纤将干涉波峰移动情况发送至信号处理***(11)中。
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