专利名称：一种管道内气体的光电分析方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及管道内气体浓度的分析，特别涉及一种管道内气体的光电分析方法和
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背景技术：
在冶金、石化、化工、建材等领域中，需要监测过程管道内气体的浓度，并用于指导生产。气体吸收光谱分析技术作为一种光电分析技术，具有响应时间短、测量精度高、能耗低等诸多优点，被广泛应用在气体监测中。气体吸收光谱分析装置包括光源、探测器和分析单元，具体工作方式为光源发出测量光，测量光的波长对应于待测气体的吸收光谱谱线；测量光穿过待测气体并被吸收，探测器接收穿过待测气体后的测量光，并转换为电信号，分析单元通过分析测量光的衰减，从而得出待测气体的浓度。气体吸收光谱的测量基于 Beer-Lambert 关系I = I0e …其中Itl是穿过被吸收气体前吸收谱线波长下的光能量，I是穿过被吸收气体后吸收谱线波长下的光能量，α是气体单位吸收，1为光在吸收气体中穿过的路程。增加测量光程可以降低气体浓度探测下限，但是对于高浓度的气体测量也容易吸收饱和，影响测量精度。目前，管道内气体浓度的监测分为以下两种方式1、在位式，请参阅图1所示，具体为光源加和探测器2b安装在测量管道1的侧部，光源加发出的光穿过管道1内的待测气体(两个管3之间的距离为测量光程)， 之后被探测器2b接收，分析单元通过分析测量光的衰减，从而得出待测气体的浓度。可参见专禾Ij US20050128486、US5517314、US7324204、CN2004100935072、CN2004100533712、 CN2005100607797。由上可见，在位时监测方法是实时地分析管道内气体的浓度，因此得到了最广泛的应用。2、取样式，具体为取样装置取样管道内的气体，通过除水、除尘、降压等预处理装置后送到光电分析装置，光源发出的光穿过预处理装置下游的待测气体，之后被探测器接收，分析单元通过分析测量光的衰减，从而得出待测气体的浓度。与在位式分析方式相比， 取样式可以应用在测量环境恶劣的工况，如高粉尘、高压等，但也带来了测量延迟、结构复杂、维护量大等不足。因此，取样式的应用没有在位式广泛。对于在位式测量方式来说，如图1所示，光源加和探测器2b通常安装在管道1的两侧，测量光程4的最大值为管道1的内径大小。但是安装时经常会受到安装段条件的限制，比如测量气体浓度低，但是测量管径太小，限制了光程长度，使测量仪器无法满足探测下限要求；当测量气体浓度高，同时测量管径太大的时候，使气体总吸收太大而进入非线性区，影响测量精度；当测量点处管道外侧有障碍物，光源和探测器的安装位置不能与气流方向垂直。
为了解决上述不足，通常会将测量仪器安装段的管道更换为半径更大或更小的管道，从而改变测量光程，但是由于管径的变化，会造成测量仪器安装段的管内气流流场发生变化，使测量到的气体浓度不能反映原来管道内真实的气体浓度。或者为了避免安装段的障碍物，使光源和探测器之间的路径与气流方向不垂直，使测量得到的气体浓度并非垂直于气流方向的气体浓度。

发明内容
为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供了一种管道内气体的光电分析方法和装置，可以有效地改变测量光程，从而使测量正常进行。为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案一种管道内气体的光电分析方法，特点是所述管道内的待测气体通入测量管内；测量管内设置有气流扰动器，所述气流扰动器上设置有贯穿气流扰动器的导气孔；光源发出的光穿过测量管内的气流扰动器下游的待测气体，并被待测气体吸收， 之后被探测器接收，转换为电信号；分析单元处理探测器输出的电信号，从而得到待测气体的浓度。作为优选，测量管的垂直于气流方向的截面的最小覆盖圆的半径大于所述管道的垂直于气流方向的截面的最小覆盖圆的半径。最小覆盖圆是指能够覆盖平面图形的半径最小的圆。进一步，同时刻到达测量管上游管道内垂直于气流方向的截面上的气体，到达光源和探测器之间光路上的时间差小于5S。作为优选，所述气流扰动器上的导气孔的分布中间疏，四周密。进一步，所述导气孔的中心轴线与测量管的中心轴线间夹角大于零。作为优选，所述气流扰动器采用多孔介质。作为优选，光源和探测器之间光路的光轴垂直于气流扰动器的中心轴线。本发明还提出了这样一种管道内气体的光电分析装置，具体包括测量管，测量管的入口与所述管道内连通；设置在测量管内的气流扰动器，气流扰动器上设置有贯穿气流扰动器的导气孔；光源，设置在测量管的侧部；探测器，设置在测量管的侧部，使得光源发出的光在穿过测量管内的气流扰动器下游的待测气体后，能够被探测器接收到；分析单元，用于处理探测器的输出信号，从而得到管道内待测气体的浓度。作为优选，测量管的垂直于气流方向的截面的最小覆盖圆的半径大于所述管道的垂直于气流方向的截面的最小覆盖圆的半径。作为优选，所述气流扰动器上的导气孔的分布中间疏，四周密。进一步，所述导气孔的中心轴线与测量管的中心轴线间夹角大于零。作为优选，所述气流扰动器采用多孔介质。作为优选，光源和探测器之间光路的光轴垂直于气流扰动器的中心轴线。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果
1、通过另设置水利半径较大的测量管，从而有效地增大了测量光程，使得测量能够正常进行，也降低了测量误差。2、通过设置气流扰动器，使得同时刻到达测量管上游管道内垂直于气流方向的截面上的气体，到达光源和探测器之间光路上的时间差小于5S ；，也即管道内同时刻的待测气体能几乎同时到达测量光路，从而能使测量结果真实反映某一时刻管道内气体的浓度。


图1是现有技术中一种光电分析装置的结构示意图；图2是实施例1中光电分析装置的结构示意图；图3是实施例2中光电分析装置的结构示意图；图4是实施例3中光电分析装置的结构示意图；图5是实施例3中测量管和管道的截面的最小覆盖圆的示意图；图6是实施例4中光电分析装置的结构示意图；图7是实施例4中测量管和管道的截面的最小覆盖圆的示意图；图8是本发明的又一种光电分析装置的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。实施例1 如图2所示，一种管道内气体的光电分析装置，应用在冶金领域中，用于监测管道内的CO浓度。所述光电分析装置包括测量管11、气流扰动器41、光源21、探测器22和分析单元。所述测量管11的入口、出口与管道内部连通，使得管道内的待测气体能够自行流入测量管11内。测量管11的垂直于气流方向的截面的最小覆盖圆的半径大于所述管道的垂直于气流方向的截面的最小覆盖圆的半径。本实施例中测量管11和管道都是圆管。如图2所示，所述气流扰动器41的中心轴线与测量管11的中心轴线平行，并呈盘状，上面设有贯穿气流扰动器41的导气孔42，导气孔42的中心轴线与测量管11的中心轴线平行，气流扰动器41上导气孔42的分布是中间疏，四周密。光源21采用半导体激光器，激光器的输出波长对应于CO的吸收光谱谱线，激光器设置在测量管的侧部。探测器22设置在测量管11的侧部，用于接收激光器发出的且穿过气流扰动器41 下游待测气体的测量光。光源21和探测器22之间形成的光路的光轴垂直于测量管11的中心轴线。通过上述气流扰动器41、光源21和探测器22的设置，同时刻到达测量管11上游管道内垂直于气流方向的截面上的气体，到达光源21和探测器22之间光路上的时间差小于5S，从而能使测量结果真实反映某一时刻管道内气体的浓度。本实施例还揭示了一种管道内气体的光电分析方法，应用在冶金领域中，用于监测管道内的CO浓度，特点是管道内的待测气体通入测量管11内，测量管11的内径大于所述管道的内径；测量管内设置有气流扰动器41 ；如图2所示，所述气流扰动器41的中心轴线与测量管11的中心轴线平行，并呈盘状，上面设有贯穿气流扰动器41的导气孔42，且气流扰动器41上导气孔42的分布是中间疏，四周密。光源21输出的测量光的波长对应于CO的吸收光谱谱线，测量光穿过测量管内的气流扰动器41下游的待测气体，并被待测气体吸收，之后被探测器22接收，转换为电信号； 同时刻到达测量管11上游管道内垂直于气流方向的截面上的气体，到达光源21和探测器 22之间光路上的时间差小于1S，从而能使后续的测量结果真实反映某一时刻管道内CO的浓度，更好地指导生产；分析单元处理探测器22输出的电信号，从而得出测量光在所述吸收光谱谱线处的衰减，进而得到管道内CO的浓度。实施例2 如图3所示，一种管道内气体的光电分析装置，用于测量管道内的O2浓度，与实施例1不同的是1、如图3所示，气流扰动器31上的导气孔32的中心轴线与测量管11的中心轴线间的夹角为锐角，且该夹角从中心到四周逐渐变大。2、光源21的输出波长对应于&的吸收光谱谱线。与实施例1中的气流扰动器相比较，同时刻到达测量管11上游管道内垂直于气流方向的截面上的气体，到达光源21和探测器22之间光路上的时间差更小，因此能更加准确地反映某一时刻管道内的A浓度，更好地用于指导生产。本实施例还揭示了一种管道内气体的光电分析方法，应用在冶金领域中，用于监测管道内的A浓度，与实施例ι不同的是1、如图3所示，气流扰动器41上的导气孔42的中心轴线与测量管11的中心轴线间的夹角为锐角，且该夹角从中心到四周逐渐变大。2、光源的输出波长对应于&的吸收光谱谱线。与实施例1中的气流扰动器相比较，同时刻到达测量管11上游管道内垂直于气流方向的截面上的气体，到达光源21和探测器22之间光路上的时间差更小，因此能更加准确地反映某一时刻管道内的A浓度，更好地指导生产。实施例3 如图4所示，一种管道内气体的光电分析装置，应用在化工领域中，用于测量管道内的(X)2浓度，与实施例1不同的是1、如图4所示，气流扰动器51采用多孔介质。2、光源21的输出波长对应于(X)2的吸收光谱谱线。3、如图5所示，测量管的垂直于气流方向的截面是长方形61，而所述管道的垂直于气流方向的截面是圆形，但所述长方形61的最小覆盖圆的半径Rl大于所述圆形的半径 R2。本实施例还揭示了一种管道内气体的光电分析方法，应用在化工领域中，用于监测管道内的(X)2浓度，与实施例1不同的是1、如图4所示，气流扰动器51采用多孔介质。2、光源21的输出波长对应于(X)2的吸收光谱谱线。
3、如图5所示，测量管的垂直于气流方向的截面是长方形61，而所述管道的垂直于气流方向的截面是圆形，但所述长方形61的最小覆盖圆的半径Rl大于所述圆形的半径 R2。实施例4 如图6所示，一种管道内气体的光电分析装置，用于测量管道内的O2浓度，与实施例2不同的是1、如图6所示，气流扰动器31的中心轴线与测量管11的中心轴线间的夹角为锐2、光源21和探测器22之间形成的光路的光轴和气流扰动器31的中心轴线间的
夹角为直角。3、如图7所示，测量管的垂直于气流方向的截面是不规则形71，而所述管道的垂直于气流方向的截面是圆形，但所述不规则形71的最小覆盖圆的半径Rl大于所述圆形的半径R2。与实施例1中的分析装置相比较，测量光程更长，能测量更低浓度的02。本实施例还揭示了一种管道内气体的光电分析方法，应用在冶金领域中，用于监测管道内的A浓度，与实施例ι不同的是1、如图6所示，气流扰动器31的中心轴线与测量管11的中心轴线间的夹角为锐2、光源21和探测器22之间形成的光路的光轴和气流扰动器31的中心轴线间的
夹角为直角。3、如图7所示，测量管的垂直于气流方向的截面是不规则形71，而所述管道的垂直于气流方向的截面是圆形，但所述不规则形71的最小覆盖圆的半径Rl大于所述圆形的半径R2。与实施例2中的分析方法相比较，测量光程更长，能测量更低浓度的02。上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。实施例中列举了几种气流扰动器，当然还可以是其它形式，如图8所示，气流扰动器由几块交错的多孔板组成。本发明的关键是设置内部与管道连通且内径大于管道的测量管，并在测量管内设置气流扰动器， 光源和探测器之间形成的光路穿过气流扰动器下游的待测气体。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明做出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种管道内气体的光电分析方法，其特征在于所述管道内的待测气体通入测量管内；测量管内设置有气流扰动器，所述气流扰动器上设置有贯穿气流扰动器的导气孔；光源发出的光穿过测量管内的气流扰动器下游的待测气体，并被待测气体吸收，之后被探测器接收，转换为电信号；分析单元处理探测器输出的电信号，从而得到待测气体的浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于同时刻到达测量管上游管道内垂直于气流方向的截面上的气体，到达光源和探测器之间光路上的时间差小于5S。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于测量管的垂直于气流方向的截面的最小覆盖圆的半径大于所述管道的垂直于气流方向的截面的最小覆盖圆的半径。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述气流扰动器上的导气孔的分布中间疏，四周密。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述导气孔的中心轴线与测量管的中心轴线间夹角大于零。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述气流扰动器采用多孔介质。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于光源和探测器之间光路的光轴垂直于气流扰动器的中心轴线。
8.一种管道内气体的光电分析装置，其特征在于所述分析装置包括测量管，测量管的入口与所述管道内连通；设置在测量管内的气流扰动器，气流扰动器上设置有贯穿气流扰动器的导气孔；光源，设置在测量管的侧部；探测器，设置在测量管的侧部，使得光源发出的光在穿过测量管内的气流扰动器下游的待测气体后，能够被探测器接收到；分析单元，用于处理探测器的输出信号，从而得到管道内待测气体的浓度。
9.根据权利要求8所述的光电分析装置，其特征在于测量管的垂直于气流方向的截面的最小覆盖圆的半径大于所述管道的垂直于气流方向的截面的最小覆盖圆的半径。
10.根据权利要求8或9所述的光电分析装置，其特征在于所述气流扰动器上的导气孔的分布中间疏，四周密。
11.根据权利要求8或9所述的光电分析装置，其特征在于所述导气孔的中心轴线与测量管的中心轴线间夹角大于零。
12.根据权利要求8或9所述的光电分析装置，其特征在于所述气流扰动器采用多孔介质。
13.根据权利要求8或9所述的光电分析装置，其特征在于光源和探测器之间光路的光轴垂直于气流扰动器的中心轴线。
全文摘要
本发明涉及一种管道内气体的光电分析方法，具体为所述管道内的待测气体通入测量管内；测量管内设置有气流扰动器，所述气流扰动器上设置有贯穿气流扰动器的导气孔；光源发出的光穿过测量管内的气流扰动器下游的待测气体，并被待测气体吸收，之后被探测器接收，转换为电信号；分析单元处理探测器输出的电信号，从而得到待测气体的浓度。本发明还公开了一种实现上述方法的装置。
文档编号G01N21/27GK102313702SQ20101022323
公开日2012年1月11日 申请日期2010年7月3日 优先权日2010年7月3日
发明者李增珍, 陈立波 申请人:聚光科技(杭州)股份有限公司