CN110907395A - 一种直接吸收式tdlas气体分析仪及方法 - Google Patents

一种直接吸收式tdlas气体分析仪及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110907395A
CN110907395A CN201911214375.7A CN201911214375A CN110907395A CN 110907395 A CN110907395 A CN 110907395A CN 201911214375 A CN201911214375 A CN 201911214375A CN 110907395 A CN110907395 A CN 110907395A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
circuit
signal output
signal
analyzer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911214375.7A
Other languages
English (en)
Inventor
袁亚飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangcao Shanghai High Tech Co Ltd
Original Assignee
Guangcao Shanghai High Tech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangcao Shanghai High Tech Co Ltd filed Critical Guangcao Shanghai High Tech Co Ltd
Priority to CN201911214375.7A priority Critical patent/CN110907395A/zh
Publication of CN110907395A publication Critical patent/CN110907395A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/39—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using tunable lasers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种直接吸收式TDLAS气体分析仪及方法，包含：现场端一体化保温箱，包含通过相互配合进行气体过滤采样的气动阀与射流泵，以及高温检测池；过滤采样后的气体被送入到高温检测池；激光器发出的激光经过所述高温检测池后被气体吸收，经过气体吸收后的激光通过反射镜反射到探测器上，通过所述探测器上的光电转换电路得到二次谐波信号，所述第一电路板上的第一信号采集电路采集所述二次谐波信号，并由第一电路板上的信号输出电路输出；客户端分析机接收信号输出电路的输出的二次谐波信号，并进行浓度反演计算，得到气体浓度计算结果。本发明实现了多组分、低浓度、远距离的痕量气体浓度的分析测量，提高***灵敏度和精度。

Description

一种直接吸收式TDLAS气体分析仪及方法
技术领域
本发明涉及气体监测设备，特别涉及一种直接吸收式TDLAS(Tunable DiodeLaser Absorption Spectroscopy，可调谐半导体激光吸收光谱)气体分析仪及方法。
背景技术
目前，对痕量气体浓度的分析技术是多种多样的，但是为了满足对大气中的痕量气体进行监测，必须满足两个重要的要求：(一)作为一种可用的监测技术，必须具有足够高的灵敏度以便能够检测到野外条件下的痕量气体浓度。这个条件是非常苛刻的，但是必须满足，因为对于某些痕量气体，其在大气中的浓度可能低到0.1ppt到几个ppb，但是对大气的化学过程却有着重要的影响。因此，根据具体的应用，检测限要求在0.1ppt到几个ppb的范围。(二)作为一种监测技术，它必须是精确的。这意味着用这种技术反演得到的测量的痕量气体的浓度，不会受到同时存在的其它痕量气体的影响。对监测技术更深一层的要求可能包括：基于这种技术的仪器设计和应用尽可能的简单，与传统的先采样后分析相比，需要能够实现实时测量，能够实现无人值守等；同时要考虑的是仪器的重量、灵活性，以及野外操作条件等等。
如图1所示，现有技术中典型的直接吸收测量法为：通过锯齿扫描改变激光器的注入电流来对激光器的波长进行调谐；激光器发出的激光经过反射镜被分成两束：其中，一束激光直接透过发射镜并通过测量的气体介质，被第一探测器检测，其强度被测量；由于气体的吸收，激光的强度图如图2所示，通过对谱线上没有气体吸收的区域进行低阶的多项式拟合，可以得到近似的初始激光强度(图2a)，由这两个强度能够得到随时间变化的吸光度，但要反映气体的浓度，需要将吸光度转换到频域，因此用另外一束激光通过标准具，并被第二探测器检测，其强度被测量(图2b)，标准具谱线的峰-峰值之间的距离在光学频域是一个常量，也就是标准具的自由谱线范围(FSR)，因此，标准具的谱线反应了激光的频率与时间的关系，利用这种关系可以将吸光度转换到频域，得到频域上的吸收谱线(图3)，然后用理论上的跃迁线型去拟合这条谱线，就能够得到气体的浓度。其中，图2a中的曲线S1是指多项式拟合得到激光的初始强度，曲线S2测量得到的激光信号，S3是指用来得到初始强度的谱线拟合区域)。基于上述，研发一种实现多组分、低浓度、远距离的痕量气体浓度的接吸收式TDLAS气体分析仪实为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直接吸收式TDLAS气体分析仪，实现了一种多组分、低浓度、远距离的痕量气体浓度的分析测量，提高***的灵敏度和精度。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种直接吸收式TDLAS气体分析仪，包含：现场端一体化保温箱，包含通过相互配合进行气体过滤采样的气动阀与射流泵，以及高温检测池、反射镜、探测器与电路板；过滤采样后的气体被送入到所述高温检测池；激光器发出的激光经过所述高温检测池后被气体吸收，经过气体吸收后的激光通过所述反射镜反射到探测器上，通过所述探测器上的光电转换电路得到二次谐波信号，所述电路板上的第一信号采集电路采集所述二次谐波信号，并由电路板上的信号输出电路输出；
与所述现场端一体化保温箱通信连接的客户端分析机，接收所述信号输出电路的输出的二次谐波信号，并进行浓度反演计算，得到气体浓度计算结果。
优选地，所述现场端一体化保温箱包含高温区、中温度和低温区；所述温检测池、所述气动阀与所述射流泵位于所述高温区；所述反射镜位于所述中温区；所述探测器和所述电路板位于所述低温区。
优选地，所述低温区还包含电气控制装置，所述电气控制装置包含PLC控制模块、电磁阀、温度控制模块，所述PLC控制模块通过输出控制信号来控制所述电磁阀的开闭，以控制所述气动阀的关闭或开启，实现气体分析过程持续进行。
优选地，所述客户端分析机设置第二信号采集电路和通信模块，所述客户端分析机通过所述通信模块与所述现场端一体化保温箱的所述信号输出电路通信连接，使得所述第一信号采集电路接收所述信号输出电路输出的信号。
优选地，所述客户端分析机设置人机界面模块，用于显示出计算结果。
本发明还提供了一种基于如上文所述的直接吸收式TDLAS气体分析仪的接吸收式TDLAS气体分析方法，该方法包含以下过程：
通过气动阀与射流泵进行气体过滤采样，过滤采样后的气体被送入到高温检测池；
激光器发出的激光经过所述高温检测池后被气体吸收，经过气体吸收后的激光通过反射镜反射到探测器上；
通过所述探测器上的光电转换电路得到二次谐波信号，电路板上的第一信号采集电路采集所述二次谐波信号，并由电路板上的信号输出电路输出；
客户端分析机接收所述信号输出电路的输出的二次谐波信号，并进行浓度反演计算，得到气体浓度计算结果。
优选地，所述温检测池、所述气动阀与所述射流泵位于现场端一体化保温箱的高温区。
优选地，所述现场端一体化保温箱还包含中温度和低温区；所述反射镜位于所述中温区；所述探测器和所述电路板位于所述低温区。
优选地，所述低温区还包含电气控制装置，所述电气控制装置包含PLC控制模块、电磁阀、温度控制模块，所述PLC控制模块通过输出控制信号来控制所述电磁阀的开闭，用以控制所述气动阀的关闭或开启，控制气体分析过程持续进行。
优选地，所述客户端分析机通过通信模块与所述现场端一体化保温箱的所述信号输出电路通信连接，使得所述客户端分析机的第一信号采集电路接收所述信号输出电路输出的信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的直接吸收式TDLAS气体分析仪，其是一个过程气体流动的物理测量，直接地在实际过程气体管线上进行，其和现有技术中的采样气体分析不同，没有采样并且也没有经由分析仪的采样线路和采样调节，本发明实现了一种多组分、低浓度、远距离的痕量气体浓度的分析测量，提高***的灵敏度和精度。
附图说明
图1为本典型的直接吸收测量法示意图；
图2a和图2b分别为图1中的两束激光分别通过气体介质和样品池后测得的信号；
图3为图1中的频域下直接吸收光谱的拟合及残差图；
图4为本发明的直接吸收式TDLAS气体分析仪。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种直接吸收式TDLAS气体分析仪，该直接吸收式TDLAS气体分析步骤的特点是一个过程气体流动的物理测量，直接地在实际过程气体管线上进行，其和现有技术中的采样气体分析不同，没有采样并且也没有经由分析仪的采样线路和采样调节(即原位测量，不需抽取)。如图4所示，本发明的直接吸收式TDLAS气体分析仪包含现场端一体化保温箱100和客户端分析机200，现场端一体化保温箱100与客户端分析机200进行通信连接。所述现场端一体化保温箱100包含高温区、中温区和低温区，其中，由于气体吸收光谱特征和温度有关，因此需要高温伴热；低温区是电子电路部分；中温是过渡区域；示例地，高温区的温度范围为100℃以上，中温区的温度范围为40-100℃，低温区的温度范围为-40℃～40℃。
所述高温区包含高温检测池1、气动阀2与射流泵3；所述中温区包含反射镜4；所述低温区包含电气控制装置5、探测器6和电路板7。
本实施例中，通过气动阀2与射流泵3进行气体过滤采样。其中，本发明通过给射流泵3送水，采样探头采集试样气体并经过采样探头、气动阀2进入射流泵3进行气体过滤采样，然后采样气体被送入高温区的高温检测池1。
所述电气控制装置5具体包含PLC控制模块、电磁阀、温度控制模块。所述PLC控制模块通过输出控制信号来控制电磁阀的开闭，从而控制气动阀的关闭或开启，控制气体分析过程持续进行。
所述探测器6上设置光电转换电路，用于将光信号转换成电信号，可得到二次谐波信号。其中，电路板7上包含信号采集电路与信号输出电路分别用于进行二次谐波信号(2F信号)的提取与二次谐波信号的输出，所述电路板7还设置控制参数的电路。电路板7还可进行温度信号、压力信号等的采集。
本实施例中，当激光器发出的一束激光经过高温检测池1后会被气体吸收，经过气体吸收后的激光通过反射镜4反射到探测器6上，并经过探测器6上的光电转换电路将光信号转换成电信号，得到二次谐波信号，所述信号采集电路采集该二次谐波信号，并由信号输出电路输出。
如图4所示，客户端分析机设置电路板8，所述电路板8上包含信号采集电路和通信模块，客户端分析机通过通信模块与所述现场端一体化保温箱内的信号输出电路通信连接，使得信号采集电路接收到所述信号输出电路输出的信号，从而得到直接吸收信号。
所述客户端分析机包含软件模块，在客户端分析机接收直接吸收信号对应的电信号后，利用机器学习方法进行浓度反演计算，得到氨逃逸浓度计算结果，并通过浓度输出模块以4-20mA模拟量的方式输出气体浓度。本发明通过客户端分析机设置的人机界面，显示出计算结果。其中，本发明的机器学习方法进行浓度反演计算为现有技术，即可调用深度学习算法中的相关的库函数实现，本发明在此不做赘述。
本发明直接吸收式TDLAS气体分析仪，其是一个过程气体流动的物理测量，直接地在实际过程气体管线上进行，其和现有技术中的采样气体分析不同，没有采样并且也没有经由分析仪的采样线路和采样调节，本发明实现了一种多组分、低浓度、远距离的痕量气体浓度的分析测量，提高***的灵敏度和精度。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种直接吸收式TDLAS气体分析仪，其特征在于，包含：
现场端一体化保温箱，包含通过相互配合进行气体过滤采样的气动阀与射流泵，以及高温检测池、反射镜、探测器与电路板；过滤采样后的气体被送入到所述高温检测池；激光器发出的激光经过所述高温检测池后被气体吸收，经过气体吸收后的激光通过所述反射镜反射到探测器上，通过所述探测器上的光电转换电路得到二次谐波信号，所述电路板上的第一信号采集电路采集所述二次谐波信号，并由电路板上的信号输出电路输出；
与所述现场端一体化保温箱通信连接的客户端分析机，接收所述信号输出电路的输出的二次谐波信号，并进行浓度反演计算，得到气体浓度计算结果。
2.如权利要求1所述的直接吸收式TDLAS气体分析仪，其特征在于，
所述现场端一体化保温箱包含高温区、中温度和低温区；
所述温检测池、所述气动阀与所述射流泵位于所述高温区；
所述反射镜位于所述中温区；
所述探测器和所述电路板位于所述低温区。
3.如权利要求2所述的直接吸收式TDLAS气体分析仪，其特征在于，所述低温区还包含电气控制装置，所述电气控制装置包含PLC控制模块、电磁阀、温度控制模块，所述PLC控制模块通过输出控制信号来控制所述电磁阀的开闭，以控制所述气动阀的关闭或开启，实现气体分析过程持续进行。
4.如权利要求1所述的直接吸收式TDLAS气体分析仪，其特征在于，所述客户端分析机设置第二信号采集电路和通信模块，所述客户端分析机通过所述通信模块与所述现场端一体化保温箱的所述信号输出电路通信连接，使得所述第一信号采集电路接收所述信号输出电路输出的信号。
5.如权利要求1所述的直接吸收式TDLAS气体分析仪，其特征在于，所述客户端分析机设置人机界面模块，用于显示出计算结果。
6.一种基于如权利要求1-5任意一项所述的直接吸收式TDLAS气体分析仪的接吸收式TDLAS气体分析方法，其特征在于，该方法包含以下过程：
通过气动阀与射流泵进行气体过滤采样，过滤采样后的气体被送入到高温检测池；
激光器发出的激光经过所述高温检测池后被气体吸收，经过气体吸收后的激光通过反射镜反射到探测器上；
通过所述探测器上的光电转换电路得到二次谐波信号，电路板上的第一信号采集电路采集所述二次谐波信号，并由电路板上的信号输出电路输出；
客户端分析机接收所述信号输出电路的输出的二次谐波信号，并进行浓度反演计算，得到气体浓度计算结果。
7.如权利要求6所述的直接吸收式TDLAS气体分析方法，其特征在于，所述温检测池、所述气动阀与所述射流泵位于现场端一体化保温箱的高温区。
8.如权利要求7所述的直接吸收式TDLAS气体分析方法，其特征在于，
所述现场端一体化保温箱还包含中温度和低温区；
所述反射镜位于所述中温区；
所述探测器和所述电路板位于所述低温区。
9.如权利要求8所述的直接吸收式TDLAS气体分析方法，其特征在于，所述低温区还包含电气控制装置，所述电气控制装置包含PLC控制模块、电磁阀、温度控制模块，所述PLC控制模块通过输出控制信号来控制所述电磁阀的开闭，用以控制所述气动阀的关闭或开启，控制气体分析过程持续进行。
10.如权利要求7所述的直接吸收式TDLAS气体分析方法，其特征在于，所述客户端分析机通过通信模块与所述现场端一体化保温箱的所述信号输出电路通信连接，使得所述客户端分析机的第一信号采集电路接收所述信号输出电路输出的信号。
CN201911214375.7A 2019-12-02 2019-12-02 一种直接吸收式tdlas气体分析仪及方法 Pending CN110907395A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911214375.7A CN110907395A (zh) 2019-12-02 2019-12-02 一种直接吸收式tdlas气体分析仪及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911214375.7A CN110907395A (zh) 2019-12-02 2019-12-02 一种直接吸收式tdlas气体分析仪及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110907395A true CN110907395A (zh) 2020-03-24

Family

ID=69821303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911214375.7A Pending CN110907395A (zh) 2019-12-02 2019-12-02 一种直接吸收式tdlas气体分析仪及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110907395A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114184579A (zh) * 2021-12-12 2022-03-15 中绿碳测未来(大同)科技有限公司 基于数字滤波技术的温室气体检测方法
CN114324234A (zh) * 2021-11-23 2022-04-12 合肥固泰自动化有限公司 一种原位抽取式激光氨逃逸分析***

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104132911A (zh) * 2014-08-04 2014-11-05 中国科学院合肥物质科学研究院 开放式长光程co和ch4在线检测仪器
CN105259137A (zh) * 2015-11-04 2016-01-20 安徽中科智泰光电测控科技有限公司 一种管道氨逃逸激光吸收光谱自动在线原位测量装置
US20160305870A1 (en) * 2015-04-14 2016-10-20 Yokogawa Electric Corporation Gas concentration analyzer and gas concentration analysis method
CN205826526U (zh) * 2016-06-08 2016-12-21 湖南森尚仪器有限公司 一种抽取式氨逃逸监测***
CN206710305U (zh) * 2017-04-22 2017-12-05 杭州春来科技有限公司 一种基于tdlas技术的原位式***体分析仪
CN108956529A (zh) * 2018-10-09 2018-12-07 南京霍普斯科技有限公司 用于比对监测的便携式NH3、HCl分析***
CN109855923A (zh) * 2019-02-26 2019-06-07 南京优创环境技术有限公司 一种基于超长光程的多点近似原位抽取式氨逃逸检测方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104132911A (zh) * 2014-08-04 2014-11-05 中国科学院合肥物质科学研究院 开放式长光程co和ch4在线检测仪器
US20160305870A1 (en) * 2015-04-14 2016-10-20 Yokogawa Electric Corporation Gas concentration analyzer and gas concentration analysis method
CN105259137A (zh) * 2015-11-04 2016-01-20 安徽中科智泰光电测控科技有限公司 一种管道氨逃逸激光吸收光谱自动在线原位测量装置
CN205826526U (zh) * 2016-06-08 2016-12-21 湖南森尚仪器有限公司 一种抽取式氨逃逸监测***
CN206710305U (zh) * 2017-04-22 2017-12-05 杭州春来科技有限公司 一种基于tdlas技术的原位式***体分析仪
CN108956529A (zh) * 2018-10-09 2018-12-07 南京霍普斯科技有限公司 用于比对监测的便携式NH3、HCl分析***
CN109855923A (zh) * 2019-02-26 2019-06-07 南京优创环境技术有限公司 一种基于超长光程的多点近似原位抽取式氨逃逸检测方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114324234A (zh) * 2021-11-23 2022-04-12 合肥固泰自动化有限公司 一种原位抽取式激光氨逃逸分析***
CN114324234B (zh) * 2021-11-23 2024-01-26 合肥固泰自动化有限公司 一种原位抽取式激光氨逃逸分析***
CN114184579A (zh) * 2021-12-12 2022-03-15 中绿碳测未来(大同)科技有限公司 基于数字滤波技术的温室气体检测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102445433B (zh) Sf6分解气体红外光谱多组分检测方法及装置
Jiang et al. TDLAS-based detection of dissolved methane in power transformer oil and field application
CN101504367B (zh) 同时监测一氧化碳和二氧化碳浓度的装置
US7499169B2 (en) Fuel cell and product of combustion humidity sensor
CN106802288A (zh) 基于可调谐激光和超连续谱激光的气体检测装置和方法
CN104280362A (zh) 一种高温水汽激光光谱在线检测***
CN109991189B (zh) 一种基于波数漂移修正的固定点波长调制气体浓度测量装置及其测量方法
CN111707634B (zh) 基于中红外吸收光谱的多通道气体浓度检测***及方法
CN102175641A (zh) 基于中外红量子级联激光器直接吸收光谱法的痕量气体检测装置及方法
CN101308090A (zh) 一种火场多参量激光波长调制光谱检测方法和装置
CN105548075A (zh) 一种玻璃药瓶内氧气含量的检测装置与方法
CN106872402A (zh) 基于超连续谱激光的气体检测装置和方法
CN110320178B (zh) 一种基于波长调制光谱技术的气体检测***及其检测方法
CN108287147A (zh) 一种检测六氟化硫气体分解物的装置及检测方法
CN110907395A (zh) 一种直接吸收式tdlas气体分析仪及方法
CN107037004A (zh) 一种tdlas检测sf6电气设备中湿度的装置及方法
CN102062722B (zh) 激光程控气体浓度检测***及检测方法
Jiang et al. Tracing methane dissolved in transformer oil by tunable diode laser absorption spectrum
CN111521581B (zh) 一氧化碳和甲烷组分判断及浓度检测方法、装置及应用
CN112748087A (zh) 基于温度调谐吸收光谱技术的多组分检测装置及方法
CN110907394A (zh) 一种伴热抽取式tdlas气体分析***及方法
CN208125611U (zh) 一种检测六氟化硫气体分解物的装置
CN208283281U (zh) 痕量元素及其同位素自动检测***
CN115993346A (zh) 基于tdlas及温度补偿的大气质量监测方法及***
CN207007711U (zh) 一种tdlas检测sf6电气设备中湿度的装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200324