一種基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體檢測方法，特別涉及一種基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測方法。
【背景技術】
[0002]石油，天然氣等能源的開采存在著大量的混合氣體，如何有效地將油氣混合氣體中不同氣體檢測分離出來是油氣開采中的關鍵。傳統(tǒng)的檢測方法，如氣相色譜技術，存在著不能連續(xù)檢測，且維護費用大的問題，而紅外光譜技術，有限的檢測范圍也使其只能應用與相應環(huán)境下。因此，尋求一種有效的氣體檢測方法，該方法應能連續(xù)有效地分辨出多種氣體，并有著較高的精度，對石油化工的發(fā)展有著極大的意義。拉曼光譜技術的應用使之成為可能。
[0003]先前的設計中，例如美國AIR公司生產(chǎn)的多路拉曼氣體檢測儀器，以及中國實用新型專利，專利名稱:一種錄井用拉曼光譜檢測系統(tǒng)，專利號:ZL201120284529.2。這些設計都對氣體檢測提出一些較好的措施，但是設計中采用的是單路諧振腔，利用激光在兩面鏡之間來回振蕩。有時不僅激光強度難以得到保障，雜散光的影響也難以消除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是針對現(xiàn)在拉曼氣體檢測儀器存在的問題，提出了一種基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測系統(tǒng)，采用全新的交叉閉合振蕩光路設計，改善單路光路帶來的回返光影響，實現(xiàn)在線多種氣體的測量。
[0005]本發(fā)明的技術方案為:一種基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測系統(tǒng)，包括反應室、反應室上下的進出氣管，反應室上面用于采集反應室內(nèi)信號的光譜儀模塊，兩個兩端帶布魯斯特窗的高壓氦氖玻璃管，三棱鏡，4個反射鏡，兩高壓氦氖玻璃管對稱斜插入反應室同側，第一反射鏡、第一高壓氦氖管、三棱鏡和第二反射鏡依次放置在同一軸線上，第四反射鏡、第二尚壓氦氖管和第三反射鏡對應與第一反射鏡、第一尚壓氦氖管和第二反射鏡以反應室中心水平線對稱放置；
從第一高壓氦氖管射出的氦氖激光，通過第一反光鏡折射到達第四反射鏡，再折射通過第二高壓氦氖管，到達第三反射鏡，再折射到達第二反射鏡，再經(jīng)過三棱鏡和第一高壓氦氖管到達第一反射鏡，形成一個閉合交叉環(huán)式光路;從第二高壓氦氖管射出的氦氖激光，依次經(jīng)過第三反射鏡折射后到達第二反射鏡，再經(jīng)過三棱鏡和第一高壓氦氖管，到達第一反射鏡，再折射到達第四反射鏡，被折射后經(jīng)過第二高壓氦氖管到達第三反射鏡，形成另一閉合交叉環(huán)式光路；
多路氣體由反應室上的進氣口進入反應室，與激光反應產(chǎn)生拉曼信號，混合光通過光譜儀模塊收集，光譜儀模塊處理信號送計算機分析生成拉曼頻譜圖。
[0006]所述高壓氦氖管兩端的布魯斯特窗濾除了S偏振，使光線轉換為線偏振光。
[0007]所述三棱鏡放置在反應室外，按頻率對光產(chǎn)生色散，分開各個頻率的振蕩光，具有選模作用。
[0008]所述光譜儀模塊依次包括濾光片、單色儀以及傳感器，接收的混合光中拉曼信號99%被濾光片透過后，單色儀收集光譜能量后送傳感器。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測系統(tǒng)，結合有源腔增強技術和拉曼氣體檢測技術，采用有源腔，避免了無源腔的結構松散，采用交叉環(huán)式光路，降低了單路光路帶來的回返光影響。系統(tǒng)具有拉曼光譜技術和高精度檢測的特點，能同時在線測量多種氣體，并進行實時在線分析。整個系統(tǒng)緊湊，可靠性高，檢測效果優(yōu)良，有較好的操作性。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0011]如圖1所示基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測系統(tǒng)示意圖，反應室601上下有進出氣管101、102;反應室601上面還有光譜儀模塊201采集反應室601內(nèi)信號；301，302為兩端帶有布魯斯特窗的高壓氦氖玻璃管，兩高壓氦氖玻璃管對稱斜插入反應室，且位于同一側;401為三棱鏡;501、502、503、504為反射鏡。激光由高壓氦氖管中產(chǎn)生，反射鏡501，高壓氦氖管301，三棱鏡401和反射鏡502依次放置在同一軸線上，反射鏡504，高壓氦氖管302和反射鏡503對應與反射鏡501，高壓氦氖管301和反射鏡502以反應室601中心水平線對稱放置。反射鏡501與反射鏡502相對于高壓氦氖管302平行放置，反射鏡503與反射鏡504相對于高壓氦氖管301平行放置。
[0012]具體實施過程:
波長為632.8nm的氦氖激光從高壓氦氖管發(fā)出，一路從高壓氦氖管301射出，通過反光鏡501折轉60度到達反射鏡504，再折轉60度經(jīng)過高壓氦氖管302，到達反射鏡503，折轉60度到達反射鏡502，再經(jīng)過三棱鏡401，高壓氦氖管301到達反射鏡501，形成閉合交叉環(huán)式光路。另一路從高壓氦氖管302射出，依次經(jīng)過反射鏡503，折轉后到達反射鏡502，再經(jīng)過三棱鏡401，高壓氦氖管301，到達反射鏡501，再折轉到達反射鏡504，折轉后經(jīng)過高壓氦氖管302到達反射鏡503，形成另一閉合交叉環(huán)式光路。多路氣體從進氣口進入反應室，與激光進行反應產(chǎn)生拉曼信號，再通過光譜儀模塊中的濾光片和單色儀，再經(jīng)過雪崩光電二極管，最后由計算機系統(tǒng)分析檢測生成拉曼頻譜圖。本系統(tǒng)成功進行了包含氧氣和氮氣的混合氣體的在線檢測，本系統(tǒng)具有結構緊湊，交叉環(huán)式光路，穩(wěn)定性好，可靠性上佳，便于操作;能同時測量多種氣體，靈敏度高，適應性強，便于維護等特點。
[0013]避免了無源腔增強技術的結構松散;避免了單路結構所帶來的回返光干擾。具有拉曼光譜技術和高精度檢測的特點，能實現(xiàn)在線實時測量和多路氣體同時檢測。整個系統(tǒng)操作便捷，易于維護，穩(wěn)定性上佳。
[0014]所述平面反射鏡，該反射鏡的反射率高達95%，與光路成60度。
[0015]所述光譜儀模塊由單色儀，傳感器和濾光片組成，濾光片對于拉曼光具有99%的透過率，而其它光線僅有5%的透過率。單色儀較好收集光譜能量，而傳感器及后續(xù)檢測器件則對光譜進行分析與檢測。
[0016]所述布魯斯特窗濾除了S偏振，使光線轉換為線偏振光。
[0017]所述三棱鏡能按頻率對光進行色散，將各個頻率的振蕩光分離開來，具有選模作用。
[0018]所述兩個高壓氦氖管，提供了較強的初始激發(fā)光強。
[0019]所述交叉環(huán)式光路存在交叉聚焦點，提高振蕩激發(fā)光的激發(fā)強度。
[0020]所述光線在交叉環(huán)式光路循環(huán)反射振蕩，光線的振蕩次數(shù)顯著增加。
[0021]所述光線在交叉光路循環(huán)反射振蕩，有利于雜散光經(jīng)過反射鏡時因散射角的變化溢出，減少非激發(fā)光的振蕩。
[0022]所述三棱鏡在反應室外，有利于雜散光的散射溢出，提高光線質(zhì)量。
【主權項】
1.一種基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括反應室、反應室上下的進出氣管，反應室上面用于采集反應室內(nèi)信號的光譜儀模塊，兩個兩端帶布魯斯特窗的高壓氦氖玻璃管，三棱鏡，4個反射鏡，兩高壓氦氖玻璃管對稱斜插入反應室同側，第一反射鏡、第一高壓氦氖管、三棱鏡和第二反射鏡依次放置在同一軸線上，第四反射鏡、第二高壓氦氖管和第三反射鏡對應與第一反射鏡、第一高壓氦氖管和第二反射鏡以反應室中心水平線對稱放置； 從第一高壓氦氖管射出的氦氖激光，通過第一反光鏡折射到達第四反射鏡，再折射通過第二高壓氦氖管，到達第三反射鏡，再折射到達第二反射鏡，再經(jīng)過三棱鏡和第一高壓氦氖管到達第一反射鏡，形成一個閉合交叉環(huán)式光路;從第二高壓氦氖管射出的氦氖激光，依次經(jīng)過第三反射鏡折射后到達第二反射鏡，再經(jīng)過三棱鏡和第一高壓氦氖管，到達第一反射鏡，再折射到達第四反射鏡，被折射后經(jīng)過第二高壓氦氖管到達第三反射鏡，形成另一閉合交叉環(huán)式光路； 多路氣體由反應室上的進氣口進入反應室，與激光反應產(chǎn)生拉曼信號，混合光通過光譜儀模塊收集，光譜儀模塊處理信號送計算機分析生成拉曼頻譜圖。2.根據(jù)權利要求1所述基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓氦氖管兩端的布魯斯特窗濾除了 S偏振，使光線轉換為線偏振光。3.根據(jù)權利要求1所述基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述三棱鏡放置在反應室外，按頻率對光產(chǎn)生色散，分開各個頻率的振蕩光，具有選模作用。4.根據(jù)權利要求1所述基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述光譜儀模塊依次包括濾光片、單色儀以及傳感器，接收的混合光中拉曼信號99%被濾光片透過后，單色儀收集光譜能量后送傳感器。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測系統(tǒng)，兩高壓氦氖玻璃管對稱斜插入反應室同側，第一反射鏡、第一高壓氦氖管、三棱鏡和第二反射鏡依次放置在同一軸線上，第四反射鏡、第二高壓氦氖管和第三反射鏡對應與第一反射鏡、第一高壓氦氖管和第二反射鏡以反應室中心水平線對稱放置；兩個高壓氦氖玻璃管射出的氦氖激光在系統(tǒng)中形成兩個閉合交叉環(huán)式光路；多路氣體由反應室上的進氣口進入反應室，與激光反應產(chǎn)生拉曼信號，混合光通過光譜儀模塊收集。系統(tǒng)結合有源腔增強技術和拉曼氣體檢測技術，采用有源腔，避免了無源腔的結構松散，采用交叉環(huán)式光路，降低了單路光路帶來的回返光影響。能同時在線測量多種氣體，并進行實時在線分析。
【IPC分類】G01N21/65
【公開號】CN105548139
【申請?zhí)枴緾N201610022876
【發(fā)明人】黃元申, 嚴永鵬, 張雷洪, 張大偉
【申請人】上海理工大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年1月14日