一種基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體檢測(cè)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(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石油，天然氣等能源的開(kāi)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(cè)分離出來(lái)是油氣開(kāi)采中的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，如氣相色譜技術(shù)，存在著不能連續(xù)檢測(cè)，且維護(hù)費(fèi)用大的問(wèn)題，而紅外光譜技術(shù)，有限的檢測(cè)范圍也使其只能應(yīng)用與相應(yīng)環(huán)境下。因此，尋求一種有效的氣體檢測(cè)方法，該方法應(yīng)能連續(xù)有效地分辨出多種氣體，并有著較高的精度，對(duì)石油化工的發(fā)展有著極大的意義。拉曼光譜技術(shù)的應(yīng)用使之成為可能。
[0003]先前的設(shè)計(jì)中，例如美國(guó)AIR公司生產(chǎn)的多路拉曼氣體檢測(cè)儀器，以及中國(guó)實(shí)用新型專利，專利名稱:一種錄井用拉曼光譜檢測(cè)系統(tǒng)，專利號(hào):ZL201120284529.2。這些設(shè)計(jì)都對(duì)氣體檢測(cè)提出一些較好的措施，但是設(shè)計(jì)中采用的是單路諧振腔，利用激光在兩面鏡之間來(lái)回振蕩。有時(shí)不僅激光強(qiáng)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(duì)現(xiàn)在拉曼氣體檢測(cè)儀器存在的問(wèn)題，提出了一種基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測(cè)系統(tǒng)，采用全新的交叉閉合振蕩光路設(shè)計(jì)，改善單路光路帶來(lái)的回返光影響，實(shí)現(xiàn)在線多種氣體的測(cè)量。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測(cè)系統(tǒng)，包括反應(yīng)室、反應(yīng)室上下的進(jìn)出氣管，反應(yīng)室上面用于采集反應(yīng)室內(nèi)信號(hào)的光譜儀模塊，兩個(gè)兩端帶布魯斯特窗的高壓氦氖玻璃管，三棱鏡，4個(gè)反射鏡，兩高壓氦氖玻璃管對(duì)稱斜插入反應(yīng)室同側(cè)，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(duì)應(yīng)與第一反射鏡、第一尚壓氦氖管和第二反射鏡以反應(yīng)室中心水平線對(duì)稱放置；
從第一高壓氦氖管射出的氦氖激光，通過(guò)第一反光鏡折射到達(dá)第四反射鏡，再折射通過(guò)第二高壓氦氖管，到達(dá)第三反射鏡，再折射到達(dá)第二反射鏡，再經(jīng)過(guò)三棱鏡和第一高壓氦氖管到達(dá)第一反射鏡，形成一個(gè)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(guò)第三反射鏡折射后到達(dá)第二反射鏡，再經(jīng)過(guò)三棱鏡和第一高壓氦氖管，到達(dá)第一反射鏡，再折射到達(dá)第四反射鏡，被折射后經(jīng)過(guò)第二高壓氦氖管到達(dá)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(yīng)室上的進(jìn)氣口進(jìn)入反應(yīng)室，與激光反應(yīng)產(chǎn)生拉曼信號(hào)，混合光通過(guò)光譜儀模塊收集，光譜儀模塊處理信號(hào)送計(jì)算機(jī)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(zhuǎn)換為線偏振光。
[0007]所述三棱鏡放置在反應(yīng)室外，按頻率對(duì)光產(chǎn)生色散，分開(kāi)各個(gè)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(hào)99%被濾光片透過(guò)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(cè)系統(tǒng)，結(jié)合有源腔增強(qiáng)技術(shù)和拉曼氣體檢測(cè)技術(shù)，采用有源腔，避免了無(wú)源腔的結(jié)構(gòu)松散，采用交叉環(huán)式光路，降低了單路光路帶來(lái)的回返光影響。系統(tǒng)具有拉曼光譜技術(shù)和高精度檢測(cè)的特點(diǎn)，能同時(shí)在線測(cè)量多種氣體，并進(jìn)行實(shí)時(shí)在線分析。整個(gè)系統(tǒng)緊湊，可靠性高，檢測(cè)效果優(yōu)良，有較好的操作性。
【附圖說(shuō)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(cè)系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)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(cè)系統(tǒng)示意圖，反應(yīng)室601上下有進(jìn)出氣管101、102;反應(yīng)室601上面還有光譜儀模塊201采集反應(yīng)室601內(nèi)信號(hào)；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(duì)稱斜插入反應(yīng)室，且位于同一側(cè);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(duì)應(yīng)與反射鏡501，高壓氦氖管301和反射鏡502以反應(yīng)室601中心水平線對(duì)稱放置。反射鏡501與反射鏡502相對(duì)于高壓氦氖管302平行放置，反射鏡503與反射鏡504相對(duì)于高壓氦氖管301平行放置。
[0012]具體實(shí)施過(guò)程:
波長(zhǎng)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(guò)反光鏡501折轉(zhuǎn)60度到達(dá)反射鏡504，再折轉(zhuǎn)60度經(jīng)過(guò)高壓氦氖管302，到達(dá)反射鏡503，折轉(zhuǎn)60度到達(dá)反射鏡502，再經(jīng)過(guò)三棱鏡401，高壓氦氖管301到達(dá)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(guò)反射鏡503，折轉(zhuǎn)后到達(dá)反射鏡502，再經(jīng)過(guò)三棱鏡401，高壓氦氖管301，到達(dá)反射鏡501，再折轉(zhuǎn)到達(dá)反射鏡504，折轉(zhuǎn)后經(jīng)過(guò)高壓氦氖管302到達(dá)反射鏡503，形成另一閉合交叉環(huán)式光路。多路氣體從進(jìn)氣口進(jìn)入反應(yīng)室，與激光進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生拉曼信號(hào)，再通過(guò)光譜儀模塊中的濾光片和單色儀，再經(jīng)過(guò)雪崩光電二極管，最后由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析檢測(cè)生成拉曼頻譜圖。本系統(tǒng)成功進(jìn)行了包含氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w的在線檢測(cè)，本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)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(shí)測(cè)量多種氣體，靈敏度高，適應(yīng)性強(qiáng)，便于維護(hù)等特點(diǎn)。
[0013]避免了無(wú)源腔增強(qiáng)技術(shù)的結(jié)構(gòu)松散;避免了單路結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的回返光干擾。具有拉曼光譜技術(shù)和高精度檢測(cè)的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)測(cè)量和多路氣體同時(shí)檢測(cè)。整個(gè)系統(tǒng)操作便捷，易于維護(hù)，穩(wěn)定性上佳。
[0014]所述平面反射鏡，該反射鏡的反射率高達(dá)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(duì)于拉曼光具有99%的透過(guò)率，而其它光線僅有5%的透過(guò)率。單色儀較好收集光譜能量，而傳感器及后續(xù)檢測(cè)器件則對(duì)光譜進(jìn)行分析與檢測(cè)。
[0016]所述布魯斯特窗濾除了S偏振，使光線轉(zhuǎn)換為線偏振光。
[0017]所述三棱鏡能按頻率對(duì)光進(jìn)行色散，將各個(gè)頻率的振蕩光分離開(kāi)來(lái)，具有選模作用。
[0018]所述兩個(gè)高壓氦氖管，提供了較強(qiáng)的初始激發(fā)光強(qiáng)。
[0019]所述交叉環(huán)式光路存在交叉聚焦點(diǎn)，提高振蕩激發(fā)光的激發(fā)強(qiáng)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(guò)反射鏡時(shí)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(yīng)室外，有利于雜散光的散射溢出，提高光線質(zhì)量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括反應(yīng)室、反應(yīng)室上下的進(jìn)出氣管，反應(yīng)室上面用于采集反應(yīng)室內(nèi)信號(hào)的光譜儀模塊，兩個(gè)兩端帶布魯斯特窗的高壓氦氖玻璃管，三棱鏡，4個(gè)反射鏡，兩高壓氦氖玻璃管對(duì)稱斜插入反應(yīng)室同側(cè)，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(duì)應(yīng)與第一反射鏡、第一高壓氦氖管和第二反射鏡以反應(yīng)室中心水平線對(duì)稱放置； 從第一高壓氦氖管射出的氦氖激光，通過(guò)第一反光鏡折射到達(dá)第四反射鏡，再折射通過(guò)第二高壓氦氖管，到達(dá)第三反射鏡，再折射到達(dá)第二反射鏡，再經(jīng)過(guò)三棱鏡和第一高壓氦氖管到達(dá)第一反射鏡，形成一個(gè)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(guò)第三反射鏡折射后到達(dá)第二反射鏡，再經(jīng)過(guò)三棱鏡和第一高壓氦氖管，到達(dá)第一反射鏡，再折射到達(dá)第四反射鏡，被折射后經(jīng)過(guò)第二高壓氦氖管到達(dá)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(yīng)室上的進(jìn)氣口進(jìn)入反應(yīng)室，與激光反應(yīng)產(chǎn)生拉曼信號(hào)，混合光通過(guò)光譜儀模塊收集，光譜儀模塊處理信號(hào)送計(jì)算機(jī)分析生成拉曼頻譜圖。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測(cè)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(zhuǎn)換為線偏振光。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述三棱鏡放置在反應(yīng)室外，按頻率對(duì)光產(chǎn)生色散，分開(kāi)各個(gè)頻率的振蕩光，具有選模作用。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于交叉閉合光路的激光拉曼氣體檢測(cè)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(hào)99%被濾光片透過(guò)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(cè)系統(tǒng)，兩高壓氦氖玻璃管對(duì)稱斜插入反應(yīng)室同側(cè)，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(duì)應(yīng)與第一反射鏡、第一高壓氦氖管和第二反射鏡以反應(yīng)室中心水平線對(duì)稱放置；兩個(gè)高壓氦氖玻璃管射出的氦氖激光在系統(tǒng)中形成兩個(gè)閉合交叉環(huán)式光路；多路氣體由反應(yīng)室上的進(jìn)氣口進(jìn)入反應(yīng)室，與激光反應(yīng)產(chǎn)生拉曼信號(hào)，混合光通過(guò)光譜儀模塊收集。系統(tǒng)結(jié)合有源腔增強(qiáng)技術(shù)和拉曼氣體檢測(cè)技術(shù)，采用有源腔，避免了無(wú)源腔的結(jié)構(gòu)松散，采用交叉環(huán)式光路，降低了單路光路帶來(lái)的回返光影響。能同時(shí)在線測(cè)量多種氣體，并進(jìn)行實(shí)時(shí)在線分析。
【IPC分類(lèi)】G01N21/65
【公開(kāi)號(hào)】CN105548139
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610022876
【發(fā)明人】黃元申, 嚴(yán)永鵬, 張雷洪, 張大偉
【申請(qǐng)人】上海理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2016年1月14日