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原文传递一种甲烷和非甲烷总烃含量的在线监测装置

专利名称：	一种甲烷和非甲烷总烃含量的在线监测装置
摘要：	一种甲烷和非甲烷总烃的在线监测装置，涉及工业控制技术领域，解决现有检测装置存在检测速度慢且检测装置复杂等问题，包括中红外LED、近红外激光器、电光调制器、滤光片、气体吸收池、分光棱镜、热释电中红外探测器、近红外光电二极管、全波整流桥、模数转换器和抽样装置。本发明采用中红LED光源和近红外半导体激光器，使用同一个光学气体吸收池同时测量总烃和甲烷的浓度。使用外调制技术对中红外光源和近红外光源进行同步同频率调制，通过反射镜片组实现多次反射增加通光路径以提高气体检测的灵敏度，使用不同波段的光电探测器可以避免不同被测量组分之间的相互干扰。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	大连世有电力科技有限公司
发明人：	王世有
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910728579.6
公开号：	CN110411971A
代理机构：	长春众邦菁华知识产权代理有限公司
代理人：	朱红玲
分类号：	G01N21/3504(2014.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	116000 辽宁省大连市金州区拥政街道胜利路947号
主权项：	1.一种甲烷和非甲烷总烃的在线监测装置，包括主控制器(1)、中红外LED(3)、近红外激光器(2)、电光调制器(4)、滤光片(5)、气体吸收池(6)、分光棱镜(7)、中红外热释电探测器(8)、近红外光电二极管(9)、全波整流桥(10)、模数转换器(11)和抽样装置(12)；其特征是：所述中红外LED(3)和所述近红外激光器(2)同时与所述电光调制器(4)连接，所述电光调制器(4)和所述滤光片(5)连接，所述滤光片(5)和所述气体吸收池(6)连接，所述气体吸收池(6)同时与所述分光棱镜(7)和抽样装置(12)连接；所述分光棱镜(7)同时与所述中红外热释电探测器(8)以及所述近红外光电二极管(9)连接；所述全波整流桥(10)同时与所述中红外热释电探测器(8)以及所述近红外光电二极管(9)连接，所述全波整流桥(10)与所述模数转换器(11)连接，所述主控制器(1)与光电调制器(4)连接；被测气体经过所述抽样(12)装置充满所述气体吸收池(6)内；所述主控制器(1)控制电光调制器分别对近红外激光器(2)以及中红外LED(3)的工作电流进行调制；使所述近红外激光器(2)发射出波长为1.65um的明暗交替变化的激光，该波长对应甲烷在近红外波段的强吸收光谱区；使所述中红外LED(3)发射出波长为3.3um-3.4um的明暗交替变化的光；经所述电光调制器(4)出射的光信号经滤光片(5)进入气体吸收池(6)，从气体吸收池(6)输出的光信号经过分光棱镜(7)分光后，中红外波段的光信号输入到中红外热释电探测器(8)，近红外波段的光信号输入到近红外光电二极管(9)中；从所述中红外热释电探测器(8)和近红外光电二极管(9)中输出的与光信号线性相关的电压信号经过全波整流桥(10)转化为直流电压信号，通过模数转换器(11)对所述电压信号进行采集，采用主控制器(1)计算所述近红外波段和中红外波段气体的浓度测量数据，所述近红外波段的浓度测量数据对应被测气体中甲烷含量，中红外波段的浓度测量数据对应被测气体中总烃含量，所述总烃含量与甲烷含量的差值即为对应非甲烷总烃的含量。 2.根据权利要求1所述的一种甲烷和非甲烷总烃的在线监测装置，其特征在于：所述气体吸收池(6)内部包括三个球面反射镜，分别为两个半径相同的第一镜片(12)和一个半径为第一镜片半径两倍的第二镜片(13)，两个第一镜片(12)放置于同一平面上，第二镜片(13)与两个第一镜片(12)相对放置；两个相同半径第一镜片的圆心位于第二镜片焦点的1/2处。 3.根据权利要求1所述的一种甲烷和非甲烷总烃的在线监测装置，其特征在于：所述滤光片(5)为透光波段为1.6um-1.7um以及3.3um-3.4um两个波段的光学窗片。 4.根据权利要求1所述的一种甲烷和非甲烷总烃的在线监测装置，其特征在于：所述主控制器(1)控制电光调制器(4)同时对近红外激光器(2)和中红外LED(3)的工作电流进行调制，且调制频率频率相同。 5.根据权利要求1所述的一种甲烷和非甲烷总烃的在线监测装置，其特征在于：采用镍铬合金光源(16)替换中红外LED(3)，采用步进电机(5)和固定于所述步进电机14转轴上的外调制挡光片(15)替换电光调制器(4)；去掉分光棱镜(7)，采用双波长红外光电探测器(17)替换所述中红外热释电探测器(8)和近红外光电二极管(9)；所述主控制器1控制步进电机带动外调制挡光片转动，所述外调制挡光片同时对镍铬合金光源发射中红外光源和近红外激光器发射的近红外光源进行周期性的阻挡，产生明暗调制，通过主控制器控制步进电机的转速实现对中红外光源和近红外光源的调制频率的控制；经外调制挡光片出射的光源经滤光片(5)进入气体吸收池(6)，从气体吸收池(6)内部输出的光信号经过双波长热释电红外探测器(17)后转换成两路频率和电光调制器(4)的调制频率相同的电压信号，两路交流电压信号的幅度的变化率分别对应近红外和中红外波段光信号由于气体吸收波导致的衰减量；所述两路交流电压信号经过全波整流桥(10)转化为直流电压信号，通过模数转换器(11)对所述电压信号进行采集，通过主控制器(1)计算所述近红外波段和中红外波段气体的浓度测量数据，所述近红外波段的浓度测量数据对应被测气体中甲烷含量，中红外波段的浓度测量数据对应被测气体中总烃含量，所述总烃含量与甲烷含量的差值即对应非甲烷总烃的含量。 6.根据权利要求5所述的一种甲烷和非甲烷总烃的在线监测装置，其特征在于：所述双波长热释电红外探测器(17)为具有两种不同光敏材料，分别响应近红外和中红外波段的双感光面的光电探测器。 7.根据权利要求5所述的一种甲烷和非甲烷总烃的在线监测装置，其特征在于：所述气体吸收池(6)内部包括三个球面反射镜，分别为两个半径相同的第一镜片(12)和一个半径为第一镜片半径两倍的第二镜片(13)，两个第一镜片(12)放置于同一平面上，第二镜片(13)与两个第一镜片(12)相对放置；两个相同半径第一镜片的圆心位于第二镜片焦点的1/2处。 8.根据权利要求5所述的一种甲烷和非甲烷总烃的在线监测装置，其特征在于：所述主控制器(1)控制步进电机的转速实现对中红外光源和近红外光源的调制频率的控制；其调制频率与电光调制器对近红外激光器(2)和中红外LED的工作电流调制频率频率相同。
所属类别：	发明专利