专利名称：烟气气体含量激光在线检测系统的光轴调节机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学式气体传感器的光学调节装置。
背景技术：
在炼油厂的生产过程中，对烟气中氧气、一氧化碳、二氧化碳含量的控制不仅关系到炼油的品质和产量，而且涉及主风机电能的消耗。现在对烟气中氧气、一氧化碳、二氧化碳含量的检测主要采用安装在三级旋风分离器进出口的光学式气体传感器系统。光学式气体传感器主要是以光谱吸收原理为基础的气体传感器，以红外吸收式气体分析仪为主。由于不同气体的红外吸收峰不同，通过测量和分析红外吸收峰来检测气体。 光学式气体传感器主要优点是响应时间快，灵敏度高，可靠性好。光学式气体传感器属于非接触性测量，可在石油、化工等行业易燃、易爆、高温、高腐蚀的恶劣环境条件下使用。在现有的石化系统的烟气气体含量激光在线检测系统中，光学系统虽然有吹扫风，可保持窗玻璃的清洁，但是长时间运转，不可避免的会沾染灰尘，阻挡测量光束的通过， 影响测量精度。
发明内容为了解决现有的光学式气体传感器无法实现精确测量的技术问题，本实用新型提供一种烟气气体含量激光在线检测系统的光轴调节机构。本实用新型的技术解决方案—种烟气气体含量激光在线检测系统的光轴调节机构，其特殊之处是所述第一光轴调节机构包括第一转换器6、设置在第一转换器两端面的两块石英玻璃25、设置在第一转换器两侧面的两个观察窗26、设置在背景气体密封管和第一转换器之间的球面调节法兰，所述球面调节法兰与背景气体密封管同轴固连，并通过四个调整螺钉与第一转换器的侧面连接；所述第二光轴调节机构包括第二转换器四、设置在第二转换器两端面的两块石英玻璃25、设置在第二转换器两侧面的两个观察窗沈、设置在第二转换器和标定管之间的球面调节法兰，所述球面调节法兰与标定管同轴固连，并通过四个调整螺钉与第二转换器的侧面连接；所述第一光轴调节机构和第二光轴调节机构分别通过间阀法兰与烟气管道相通。上述闸阀法兰的内径为100mm。本实用新型所具有的优点1、本实用新型在光轴调节机构上，有一个球面调节法兰，它的作用是调整光轴，保证光源发出的准直光束通过被测量的烟气管道后，能够照射到测量端光探测器上。通过调整上下左右四个调整螺钉，光轴可以围绕出射方向正负两度内小范围调整，调节方便。2、本实用新型将光轴调整与观察窗结合，缩短了光学系统的长度，结构简单。3、本实用新型设置观察窗结构后，可轻易地透过观察窗，看到石英玻璃窗的情况； 通过定期监视石英窗玻璃的清洁程度，可以保证装置正常运行，便于维护。
图1是烟气气体含量激光在线检测系统的结构示意图；图2是烟气气体含量激光在线检测系统的电路原理框图；图3是信号预处理电路的电路原理框图；图4是本实用新型的第一光轴调节机构的结构示意图；图5是本实用新型的第二光轴调节机构的结构示意图；图6是整合电路的电路图；图7是两路信号分时顺序传输的示意图；其中1-光发射单元，2-背景气体密封管，3-背景气体入口，4-背景气体出口， 5-第一光轴调节机构，6-第一转接器，7-测量端信号电缆，8-吹扫风入口，9-闸阀，10-烟气管道，11-间阀法兰，12-光纤，13-参考端信号电缆，14-标定管，15-标定气体出口， 16-标定气体入口，17-测量端光探测器，18-防爆接线箱，19-信号传输电缆，20-电源电缆， 21-第二光轴调节机构，22-中央控制柜，23-工控机，24-参考端光探测器，25-石英玻璃， 26-观察窗，27-球面调节法兰，28-调整螺钉，29-第二转接器，30-光缆，31-分光镜。
具体实施方式
参见图1和图2，烟气气体含量激光在线检测系统采用对射式光学测量，主要包括光驱动单元、光发射单元、光信号探测单元、电信号传输单元、仪表风配气单元、中央控制柜、工控机等。光驱动单元用于生成调制激光，包括函数发生器及双频调制信号合成电路、半导体激光器、半导体激光器驱动电路、半导体激光器温度控制电路；系统上电后，函数发生器产生两个不同频率的信号，这两个信号分别传送给半导体激光器驱动电路和后级电路进行信号处理、解调、采样用。半导体激光器驱动电路将两种频率的信号合成后，对半导体激光器进行双频调制，使发出的激光既具有低频作用下的波长扫描特性，又具有为信号解调准备的高频特性。半导体激光器温度控制电路的作用是将激光波长固定在气体特征光谱特定的波长谱线上。测量氧气时，激光波长在760nm附近，测量一氧化碳时，激光波长在1570nm， 测量一氧化碳时，激光波长在1580nm附近，波长调制后的激光通过光纤传输到光发射单元，光发射单元的光准直镜将激光整成准直平行光束出射。光信号探测单元可将激光信号转换成电信号，包括分光镜、参考端光探测单元以及测量端光探测单元；参考端光探测单元包括背景气体密封管、第一光轴调节机构、参考端光探测器；测量端光探测单元包括第二光轴调节机构、标定管和测量端光探测器；背景气体密封管、第一光轴调节机构、分光镜、烟气管道、第二光轴调节机构、标定管和测量端光探测器依次设置在光发射单元的光轴上；参考端光探测器设置在分光镜的反射光路上。背景气体密封管中密封有背景气体，背景气体包含有与烟气中被测气体相同的成分，用于提供被测气体吸收信号的特征基准。比如，需要检测烟气中氧气的含量，则背景气体密封管中密封纯氧或者包含20%浓度氧气的其他气体。激光光束经光信号探测单元的分光镜后分成两路，反射的一路激光光束被参考端光探测器接收提供一个基准信号用于比较，透射的一路激光光束经过被测气体样品池(即烟气管道)，耦合到被测量气体浓度信息的该路激光束被测量端光探测器接收形成测量信号。第一光轴调节机构和第二光轴调节机构分别通过闸阀法兰与烟气管道相通。闸阀法兰的内径为100mm。第一光轴调节机构包括第一转换器6、设置在第一转换器两端面的两块石英玻璃25、设置在第一转换器两侧面的两个观察窗沈、设置在背景气体密封管和第一转换器之间的球面调节法兰，球面调节法兰与背景气体密封管同轴固连，并通过四个调整螺钉与第一转换器的侧面连接；分光镜和参考端光探测器就设置在第一转换器内，参考端光探测器通过参考端信号电缆输出信号。第二光轴调节机构包括第二转换器四、设置在第二转换器两端面的两块石英玻璃25、设置在第二转换器两侧面的两个观察窗沈、设置在第二转换器和标定管之间的球面调节法兰，球面调节法兰与标定管同轴固连，并通过四个调整螺钉与第二转换器的侧面连接。球面调节法兰的作用是调整光轴，保证光源发出的准直光束通过被测量的烟气管道后，能够照射到测量端光探测器上。通过调整上下左右四个调整螺钉，光轴可以围绕出射方向正负两度内小范围调整。在第一转换器和第二转换器的两端面均装有石英玻璃，起到隔离烟气管道粉尘与测量装置的作用。转换器的两侧各开有一个方形观察窗，通过这两个窗口可以观察石英玻璃表面的污染情况。系统装置虽然有吹扫风保持窗玻璃的清洁，但是长时间运转，不可避免的会沾染灰尘，阻挡测量光束的通过，影响测量精度。以前没有观察窗时，不太容易判断是否由于石英玻璃窗受到粉尘污染，造成系统无法正常工作。有了观察窗后，可轻易地透过观察窗，看到石英玻璃窗的情况。通过定期监视石英窗玻璃的清洁程度，可以保证装置正常运行。电信号传输单元用于将参考信号和测量信号通过信号隔离传输电路传输至中央控制柜的信号预处理电路。中央控制柜包括电信号处理单元，所述电信号处理单元包括信号预处理电路、锁相放大器、信号采集及通信电路；信号预处理电路用于参考端信号和测量端信号的滤波、放大和整合处理，包括滤波电路、放大电路和整合电路。在信号预处理电路中，通过两路信号比较，剔除光源波动带来的影响，剔除一部分器件漂移带来的影响，提供适合于锁相放大器解调的信号，特别是将参考信号与测量信号整合成分时顺序传送信号，可以省去一个锁相放大器，极大的节约了成本。信号预处理电路中用于将参考信号与测量信号整合成分时顺序传送的整合电路可参见图6，包括分别接参考端信号(S信号)和测量端信号(R信号)的参考端信号射随器U2A、测量端信号射随器U2B，分别与参考端信号射随器U2A和测量端信号射随器U2B输出端相接的模拟电子开关U3，模拟电子开关U3的控制端接在计数器U5A的输出端，计数器 U5A的输入端输入函数发生器及双频调制信号合成电路的其中一个低频率信号，模拟电子开关U3的输出端输出整合后的分时顺序信号。S信号和R信号通过射随器U2A、U2B后，送入模拟电子开关U3，模拟电子开关在计数器U5A提供的数字方波信号控制下，将R信号和S 信号两路合成分时顺序传出一路信号，当计数器数字信号为高电平时，R信号输出，当计数器数字信号为低电平时，S信号输出，图7为输出信号示意图。锁相放大器(即调制解调器)用于解调整合后的参考端信号和测量端信号，锁相放大器解调输出的參考路和测量路信号传至信号采集及通信电路，经过A/D转换送至エ控 机。エ控机对接收到的数据进行处理、计算、存储，得到气体浓度。一方面将得到的浓 度数据通过曲线或图表的形式，在显示器上显示出来，另ー方面将得到的浓度数据通过串 ロ或4 20mA，传给客户的生产控制网络，为其提供必要的參考数据。烟气气体含量激光在线检测系统的在线标定方法标定的时候，要用到被測量段的信号变化量AXcd，但是在现场无法直接得到这个 变化量。有ー种做法是将光源发射端和光信号探測器接收端拆下来，装在事先准备好的标 定管两端，測量得到AXcd-行标定，完成后再将光源和探測器装回。这样做的好处是可以 不考虑烟道粉尘的影响，直接得到标定結果，不利的方面也是显而易见的，标定和測量不在 同一条光路中，带来的误差将抵消排除粉尘干扰标定带来的好处，并且增加了拆装过程，操 作复杂化。为了实现在线标定，在光路上加装标定管。根据测量信号的特点浓度一定的条件 下，信号变化量AX oc被測量段的长度し假定烟气管道内的气体浓度，在一段时间内变化 很�。敲矗员甓ü艹淙氩煌ǘ鹊谋曜计澹玫降男藕疟浠緼)(bd 示定管的长度 Lbd,就有
权利要求1.一种烟气气体含量激光在线检测系统的光轴调节机构，其特征在于所述第一光轴调节机构包括第一转换器(6)、设置在第一转换器两端面的两块石英玻璃(25)、设置在第一转换器两侧面的两个观察窗(沈)、设置在背景气体密封管和第一转换器之间的球面调节法兰，所述球面调节法兰与背景气体密封管同轴固连，并通过四个调整螺钉与第一转换器的侧面连接；所述第二光轴调节机构包括第二转换器09)、设置在第二转换器两端面的两块石英玻璃(25)、设置在第二转换器两侧面的两个观察窗(沈)、设置在第二转换器和标定管之间的球面调节法兰，所述球面调节法兰与标定管同轴固连，并通过四个调整螺钉与第二转换器的侧面连接；所述第一光轴调节机构和第二光轴调节机构分别通过间阀法兰与烟气管道相通。
2.根据权利要求1所述的烟气气体含量激光在线检测系统的光轴调节机构，其特征在于所述闸阀法兰的内径为100mm。
专利摘要本实用新型涉及一种烟气气体含量激光在线检测系统的光轴调节机构，包括分别通过闸阀法兰与烟气管道相通的第一光轴调节机构和第二光轴调节机构；每个光轴调节机构均包括转换器、设置在转换器两端面的两块石英玻璃、设置在转换器两侧面的两个观察窗、设置在气体密封管和转换器之间的球面调节法兰。本实用新型设置球面调节法兰，其作用是调整光轴，保证光源发出的准直光束通过被测量的烟气管道后，能够照射到测量端光探测器上；通过调整上下左右四个调整螺钉，光轴可以围绕出射方向正负两度内小范围调整，调节方便。本实用新型将光轴调整与观察窗结合，缩短了光学系统的长度，结构简单。
文档编号G01N21/31GK202092947SQ201120199100
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月15日 优先权日2011年6月15日
发明者黄元忠 申请人:西安毅达信息系统有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
