CN107328715A - 原位单端反射式激光分析仪及其标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种原位单端反射式激光分析仪及其标定方法，属于环保测量技术领域。它解决了现有的激光分析仪标定过程耗时长，费事费力的技术问题。本发明包括光发射端，测量气室和光电检测器，所述光发射端和测量气室之间设置有一参比气室，所述参比气室位于检测光路上，所述参比气体可选择性的通入标气或者零气，所述参比气室内活动设置有角反射镜以及调整角反射镜位置的调节机构。进行标定时，本发明可以通过调节机构将参比气室内的角反射镜移入到检测光路中代替测量气室中的反射镜，并且相应的在参比气室中通入标气，大大减小了标定过程的周期。

Description

原位单端反射式激光分析仪及其标定方法

技术领域

本发明属于环保测量技术领域，涉及一种气体分析仪，特别是一种原位单端反射式激光分析仪及其标定方法。

背景技术

近年来，经济高速发展带来的环境问题日益严重，环境污染对人类的健康和安全的影响日益成为人民密切关注的问题，工业生产过程中的环境检测成为当今技术研究的重点，尤其是对环境气体的检测更成为重中之重。环境气体的检测需要检测装置对目标气体具有高识别率，响应时间快、灵敏度高及非侵入气体检测等特点。激光气体传感技术在灵敏度、选择性、动态范围、信噪比和响应时间等方面比传统方法具有诸多优点，目前市场上多采用激光分析仪对工业气体进行检测。

激光分析仪在一段时间使用后，由于自身老化等原因会造成测量数据不准，产生数据漂移，需要定期进行标定。现有的激光分析仪，其标定方法一般分为两类，一种是非原位式的，即每次标定都需要将激光分析仪从待测地点拆卸下来进行标定，标定完成后在重新装回去，这种方法费时费力，不适宜推广；另一种是原位式的标定方法，即不需要将激光分析仪从工况上拆卸下来即可完成标定，如专利申请号为2015110199514的专利名称为原位式气体分析仪的标定方法的专利，该专利公开了一种原位式气体分析仪的标定方法，它的检测光先后经过替代气体和待测气体，通过替代气体和待测气体之间的函数关系来进行标定。但是该标定方法对于待测气体的替代气体要求较高，许多气体无法找到合适的替代气体，同时不同的气体与各种替代气体之间的函数关系不一样，计算复杂，标定不准确。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种原位单端反射式激光分析仪，标定过程简单，标定结果准确。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种原位单端反射式激光分析仪，包括光发射端，测量气室和光电检测器，所述光发射端和测量气室之间设置有一参比气室，所述参比气室位于检测光路上，所述参比气体可选择性的通入标气或者零气，所述参比气室内活动设置有角反射镜以及调整角反射镜位置的调节机构，所述调节机构可选择性的将所述角反射镜置于检测光路之中用以对光电检测器进行标定或者将所述角反射镜置于检测光路之外使检测光路畅通用以保证所述激光分析仪对待测气体进行正常检测。

作为优选，所述参比气室的一端设置有连接法兰，所述参比气室的另一端设置有固定座，所述参比气室通过连接法兰与光发射端连接固定，所述参比气室通过固定座与测量气室连接固定。

作为优选，所述固定座内设置有封闭的调节腔，所述调节腔位于检测光路中，所述调节机构位于所述调节腔内。

作为优选，所述固定座上设置有一个凸台，所述凸台内设置有安装孔，所述安装孔连通外界和调节腔，所述调节机构包括转轴，所述转轴插接在所述安装孔内且转轴的两端均伸出所述安装孔，所述转轴伸出安装孔外部的一端上固定设置有扳手，所述转轴伸入调节腔内的一端上设置有连接臂，所述角反射镜固定设置在所述连接臂上。

作为优选，所述转轴和安装孔的内壁之间设置有若干密封圈。

作为优选，所述凸台的唇口处设置有缺口，所述扳手容置于所述缺口内且所述扳手能且仅能在缺口范围内来回扳动。

作为优选，所述光发射端上设置有调节座，所述调节座包括固定在光发射端上的固定板以及与所述固定板间隔设置的调节板，检测光源位于所述调节板上，所述调节板和固定板之间设置有摆珠，所述调节板的两端能以所述摆珠为支点上下摆动，所述调节板和固定板之间设置有调节螺钉和固定螺钉。

作为优选，所述检测光路上设置有折射镜，检测光经过折射镜折射后射入光检测器。

一种原位单端反射式激光分析仪的标定方法，提供上述任一权利要求所述的原位单端反射式激光分析仪，包括以下步骤：

S1、通过调节机构将角反射镜调整到检测光路中；

S2、参比气室中通入标气直至排尽参比气室中的原有气体；

S3、根据需要调整光发射端的发射光角度完成光源与角反射

镜的对光；

S4、根据光检测器接收到的数据对光检测器和检测光源进行标定；

S5、通过调节机构将角反射镜移出检测光路；

S6、参比气室中通入零气直至排尽参比气室中的标气。

作为优选，S1和S2的先后顺序可任意更换，S5和S6的先后顺序可任意更换。

与现有技术相比，本发明具有以下技术优点：

本发明在检测光路上设置了一个单独的参比气室，另外在参比气室和测量气室之间设置一个可以调节位置角反射镜，通过调节机构可以将角反射镜引进或者移出检测光路，当激光分析仪正常检测时，角反射镜移出检测光路，不影响激光分析仪的正常检测工作，当需要对激光分析仪进行标定时，通过调节机构将角反射镜移入到检测光路中代替测量气室中的反射镜，同时在参比气室中通入标气，这样检测光就会经过标气后被角反射镜反射回光电检测器，得到标定所需的数据，标定过程操作简单，耗时短，准确性高。

附图说明

图1是本发明的正常检测状态下的结构示意图。

图2是本发明的标定状态下的结构示意图。

图3是本发明一实施例的结构图。

图4是图3实施例的爆炸图。

图5是图3实施例的剖视图。

图6是图3实施例中光发射端的结构图。

图7是图3实施例中光发射端的另一角度结构图。

图8是图3实施例中参比气室的结构图。

图9是图3实施例中调节机构的结构图。

图10是图3中A部放大图。

图11是本发明另一实施例检测状态下的结构示意图。

图12是图11实施例标定状态下结构示意图。

图中，10、光发射端；11、固定板；12、摆珠；14、调节板； 14、调节螺钉；15、固定螺钉；20、调节机构；22、连接臂；23、转轴；24、密封圈；25、扳手；27、调节腔；30、固定法兰；40、测量气室；41、反射镜；50、检测光源；60、折射镜；70、光电检测器；80、角反射镜；90、参比气室；91、平面镜；92、固定座；93、凸台；94、缺口；95、连接法兰；96、安装孔。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1和图2所示，本发明提供了一种原位单端反射式激光分析仪，包括光发射端10，测量气室40和光电检测器70，所述光发射端10和测量气室40之间设置有一参比气室90，所述参比气室90位于检测光路上，所述参比气室90可选择性的通入标气或者零气，所述参比气室90内活动设置有角反射镜80以及调整角反射镜80位置的调节机构，所述调节机构可选择性的将所述角反射镜80置于检测光路之中用以对光电检测器70进行标定或者将所述角反射镜80置于检测光路之外使检测光路畅通用以保证所述激光分析仪对待测气体进行正常检测。

本发明通过调节机构将参比气室90内的角反射镜80移入或者移出检测光路，在配合的向参比气室90内通入相应的气体来实现上述原位单端反射式激光分析仪正常检测和标定两种工作模式的切换，具体的标定方法步骤如下：

S1、通过调节机构将角反射镜调整到检测光路中；

S2、参比气室中通入标气直至排尽参比气室中的原有气体；

S3、根据需要调整光发射端的发射光角度完成光源与角反射

镜的对光；

S4、根据光电检测器接收到的数据对光电检测器和检测光源进行标定；

S5、通过调节机构将角反射镜移出检测光路；

S6、参比气室中通入零气直至排尽参比气室中的标气。

其中，S3步骤中根据需要是指，当光发射端10的发出的光线角度有偏移时，可根据光电检测器70上的显示数据来调整光发射端10，使得检测光源发出的检测光与角反射镜80保持准直。

另外，S1和S2的先后顺序可任意更换，S5和S6的先后顺序可任意更换，上述步骤的顺序更换不影响标定结果。

实施例一

如图3至图10所示，上述原位单端反射式激光分析仪的结构，光发射端10，参比气室90，调节机构20，测量气室40和光电检测器70固定连接在一起，便于运输、安装，也便于检测时进行对光操作。

测量气室40通过固定法兰30安装在待测处，例如烟囱。参比气室90的一端设置有连接法兰95，另一端设置有一个固定座 92，参比气室90通过固定座92和测量气室40连接。具体的，固定座92是连接在固定法兰30上的。例如在对烟囱内的烟气进行检测时，测量气室40伸入到烟囱内部测量烟气并通过固定法兰 30固定在烟囱壁上，参比气室90通过固定座92固定在固定法兰 30上，这样，参比气室90位于烟囱外侧，便于对参比气室90通入标气或者零气。

光反射端和光电检测器70位于同一侧并且通过连接法兰95 与参比气室90固定，便于对光路进行设计。

如图5所示，固定座92内设置有封闭的调节腔27，调节腔 27和参比气室90之间通过平面镜91隔开，平面镜91不会改变检测光路的方向，从而保证正常检测时，参比气室90对于检测光路没有影响。固定座92上设置有一个凸台93，凸台93内沿其轴向设置有安装孔96，安装孔96连通固定座92外部和固定座92 内部的调节腔27。

调节机构20设置在调节腔27内，调节机构20包括一个转轴 23，转轴23插接在上述安装孔96内并且可以绕自身轴向进行转动，转轴23的两端均伸出安装孔96，其中，转轴23伸入调节腔 27内的一端上设置有连接臂22，连接臂22和转轴23之间成钝角状设置，角反射镜80安装固定在连接臂22的末端。根据几何原理，转轴23转动时，角反射镜80在连接臂22的带动下围绕转轴 23摆动，以此来达到角反射镜80移进或者移出检测光路的目的。

转轴23的另一端伸出到固定座92外部，在该端部上安装有扳手25，通过扳手25带动转轴23转动，便于控制角反射镜80 的位置。

进一步的，转轴23和安装孔96内壁之间设置有若干密封圈 24进行密封，防止灰尘杂质由安装孔96进入调节腔27，污染角反射镜8041和平面镜91，给检测结果带来误差。

在对角反射镜80的位置进行调整后，角反射镜80进入检测光路后需要代替测量气室40内的反射镜41。因此，角反射镜80 的摆放角度要求十分苛刻，需要角反射镜80与测量气室40内的反射镜41高度平行。

为了便于角反射镜80能够快速的移入到预先设计的位置，本实施例中，在凸台93的唇口处设置了一个缺口94，并将扳手25 容置在缺口94内，通过缺口94来限制扳手25的移动范围，缺口 94的表面平整并且缺口94的大小根据角反射镜80所需的移动距离来定。详细而言，缺口94的大小与角反射镜80的可移动范围成正比，当扳手25移动到缺口94一端的极限位置时，角反射镜 80正好对应的移入到检测光路中可以代替测量气室40中的反射镜41的位置，当扳手25移动到缺口94另一端的极限位置时，角反射镜80则完全移出检测光路，对激光分析仪的正常检测不产生影响，以此来简化角反射镜80的选位操作，减小标定过程的整体用时。

在通过角反射镜80进行标定时，需要保证检测光发出后经过角反射镜80反射回来能够射入到光电检测器70内被光电检测器 70接收，为了使整个激光分析仪的结构更加紧凑精简，检测光路的范围通常较小，因此检测光源50的发射角度和角反射镜80之间的相互位置要求非常苛刻，需要调整光发射端10的检测光源 50的出光角度来协同角反射镜80选位。

鉴于上述原因，本实施例中，在光发射端10上设置有调节座，调节座包括固定在光发射端10上的固定板11以及与固定板11 间隔设置的调节板13，间隔的距离根据实际情况而定，本实施例中不做具体要求。检测光源50设置在调节板13上，通常位于调节板13的中部位置处便于和检测光路对齐，通过调节调节板13 可以对检测光源50的出光角度进行微调，进而协同角反射镜80 进行选位。

如图6和图7所示，调节板13和固定板11之间卡接有摆珠 12，调节板13的两翼能以摆珠12为支点进行摆动，通过调节板 13的摆动来微调检测光的出光角度。调节板13和固定板11之间还设置有调节螺钉14和固定螺钉15，调节螺钉14设置在调节板 13的两翼，便于控制调节板13的摆动幅度，固定螺钉15贯穿调节板13可将调节板13和固定板11连接固定，当调节板13对检测光的出光角度调节完毕后，通过固定螺钉15使调节板13的位置固定，使得标定过程中，检测光源50的出光角度准确不容易偏移，进而保证标定的结果准确度高。

本实施例的具体工作过程，在对待测气体进行检测时，待测气体动态的流入测量气室40内，光发射端10的检测光源50发出检测光，检测光通过既定的检测光路，进入到测量气室40内，由测量气室40内的反射镜41对检测光进行反射，反射后的产生的反射光路先后经过测量气室40和参比气室90后射入到光电检测器70内，得到检测结果。在检测过程中，参比气室90内通入的是零气，检测光通过参比气室90后，不会对检测结果产生影响。在对光电检测器70进行标定时，扳动扳手25，将调节腔27内的角反射镜80移入到检测光路中，并通过调节调节座调整检测光的出射角度完成检测光源50和角反射镜80的对光步骤，接着向参比气室90中通入标气直到参比气室90中的充满标气，通过检测光经过标气后产生的检测数据可以对光电检测器70进行标定，标定完成后，通过调节扳手25将角反射镜80移出检测光路，同时将参比气室90中的标气换回零气。

实施例二

如图11和图12所示，本实施例与实施例的不同之处在于本实施例中检测光路中设置有一个折射镜60，检测光经过折射镜60 折射后进入光电检测器70，从而可以减小检测光路对于光电检测器70安装位置的局限，便于光电检测器70进行固定安装。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种原位单端反射式激光分析仪，包括光发射端，测量气室和光电检测器，其特征在于，所述光发射端和测量气室之间设置有一参比气室，所述参比气室位于检测光路上，所述参比气体可选择性的通入标气或者零气，所述参比气室内活动设置有角反射镜以及调整角反射镜位置的调节机构，所述调节机构可选择性的将所述角反射镜置于检测光路之中用以对光电检测器进行标定或者将所述角反射镜置于检测光路之外使检测光路畅通用以保证所述激光分析仪对待测气体进行正常检测。

2.根据权利要求1所述的原位单端反射式激光分析仪，其特征在于，所述参比气室的一端设置有连接法兰，所述参比气室的另一端设置有固定座，所述参比气室通过连接法兰与光发射端连接固定，所述参比气室通过固定座与测量气室连接固定。

3.根据权利要求2所述的原位单端反射式激光分析仪，其特征在于，所述固定座内设置有封闭的调节腔，所述调节腔位于检测光路中，所述调节机构位于所述调节腔内。

4.根据权利要求3所述的原位单端反射式激光分析仪，其特征在于，所述固定座上设置有一个凸台，所述凸台内设置有安装孔，所述安装孔连通外界和调节腔，所述调节机构包括转轴，所述转轴插接在所述安装孔内且转轴的两端均伸出所述安装孔，所述转轴伸出安装孔外部的一端上固定设置有扳手，所述转轴伸入调节腔内的一端上设置有连接臂，所述角反射镜固定设置在所述连接臂上。

5.根据权利要求4所示的原位单端发射式激光分析仪，其特征在于，所述转轴和安装孔的内壁之间设置有若干密封圈。

6.根据权利要求4所述的原位单端反射式激光分析仪，其特征在于，所述凸台的唇口处设置有缺口，所述扳手容置于所述缺口内且所述扳手能且仅能在缺口范围内来回扳动。

7.根据权利要求1至6任一所述的原位单端反射式激光分析仪，其特征在于，所述光发射端上设置有调节座，所述调节座包括固定在光发射端上的固定板以及与所述固定板间隔设置的调节板，检测光源位于所述调节板上，所述调节板和固定板之间设置有摆珠，所述调节板的两端能以所述摆珠为支点上下摆动，所述调节板和固定板之间设置有调节螺钉和固定螺钉。

8.根据权利要求7所述的原位单端反射式激光分析仪，其特征在于，所述检测光路上设置有折射镜，检测光经过折射镜折射后射入光检测器。

9.一种原位单端反射式激光分析仪的标定方法，提供上述任一权利要求所述的原位单端反射式激光分析仪，包括以下步骤：

S1、通过调节机构将角反射镜调整到检测光路中；

S2、参比气室中通入标气直至排尽参比气室中的原有气体；

S3、根据需要调整光发射端的发射光角度完成光源与角反射镜的对光；

S4、根据光检测器接收到的数据对光检测器和检测光源进行标定；

S5、通过调节机构将角反射镜移出检测光路；

S6、参比气室中通入零气直至排尽参比气室中的标气。

10.根据权利要求9所述的原位单端反射式激光分析仪的标定方法，其特征在于，S1和S2的先后顺序可任意更换，S5和S6的先后顺序可任意更换。