專利名稱：一種氣體在線光譜分析中的光譜儀氣室切換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體成分及濃度的光譜在線分析領(lǐng)域，特別涉及單光路光譜儀的氣體成分及濃度的光譜在線分析。
背景技術(shù)：
光譜儀可以實現(xiàn)幾乎所有氣體的定量分析，且光譜儀工作過程中不消耗任何材料，不帶來任何污染，稱之為“綠色”儀器。隨著計算機技術(shù)，數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)的發(fā)展，近年來，光譜儀已開始應(yīng)用于氣體成分及濃度的在線分析領(lǐng)域。但由于光源、探測器等器件在長時間工作過程中會發(fā)生一定的特性變化，致使在長時間在線分析過程中，光譜會發(fā)生一定的漂移，甚至是畸變。為減小光譜儀某些器件特性漂移給分析結(jié)果帶來的影響，需要適當(dāng)進行背景掃描。光譜儀有單光路光譜儀和雙光路兩種。在進行光譜儀在線氣體成分及濃度分析時，前者需要掃描背景光譜，掃描背景前需要用氮氣或者標(biāo)準(zhǔn)空氣對氣室進行清洗，這一方面需要幾分鐘甚至更長的時間，以至于造成了氣體成分與濃度信息的漏測，另一方面，如果測量氣室清洗不夠干凈，則殘余氣體將給后續(xù)分析結(jié)果引入系統(tǒng)偏差；后者由于是兩路理論上是由兩路完全一樣的光路構(gòu)成，只不過一路用于測量，另一路作為參考，理論上可以消除環(huán)境變化等因素給分析結(jié)果帶來的影響，不需要掃描背景。但雙光路光譜儀并不能解決長時間在線工作過程中器件特性漂移給分析結(jié)果帶來的影響。首先，理想的完全一樣的光路是不存在的，兩路光路上的元器件的漂移特性也不太可能完全一樣。因此，長時間的在線工作以后，雙光路光譜儀的分析結(jié)果也難免會受到光譜儀元器件特性漂移帶來的影響，而且這種影響可能會比較大。其次，光譜儀的探測器、分光鏡的價格在2萬人民幣左右，雙光路光譜儀的價格比單光路光譜儀高很多，不利于光譜儀的推廣應(yīng)用。如附圖1所示，圖中給出了石油勘探現(xiàn)場掃描獲得的傅立葉變換中紅外氣體吸收光譜，0.01%濃度甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷光譜，以及0. 濃度二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)氣光譜。正常情況下，由于獲得的傅立葉變換中紅外氣體吸收光譜是實際吸收光譜與背景光譜的比值，因此，所獲得光譜的基線應(yīng)為縱坐標(biāo)數(shù)值為1的直線，但明顯地，附圖1中現(xiàn)場掃描光譜的基線明顯地發(fā)生了傾斜。此外，對于以透射率為輸出的傅立葉變換中紅外氣體吸收光譜，吸收峰的方向均應(yīng)朝下，而不是朝上。波數(shù)3016. 6處為甲烷的吸收峰，而現(xiàn)場掃描光譜在該處有向上凸起。這表明，光譜儀氣室清洗不干凈，在掃描背景光譜時存在甲烷等殘余氣體。掃描背景光譜時甲烷殘余氣體的存在，使得隨后的分析結(jié)果中甲烷的濃度偏小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種有效節(jié)省光譜儀在線氣體成分與濃度分析過程中氣室清洗時間的裝置，提高氣體分析的在線實時性，減少漏測數(shù)據(jù)，避免掃描背景光譜時因測量氣室沖洗不干凈，殘余氣體引入系統(tǒng)偏差。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的光譜氣室切換裝置技術(shù)方案是，在光譜儀中增加一個材料、結(jié)構(gòu)、尺寸完全一樣的氣室，其中一個氣室用于測量，稱之為測量氣室，另一個氣室用于存放純氮氣或標(biāo)準(zhǔn)空氣，稱之為樣氣氣室。正常測量時，測量氣室置于光路中，需要重新掃描背景時，切換裝置在計算機控制下，通過電機將樣氣氣室置于光路中。掃描完背景光譜后，切換裝置重新把測量氣室置于光路中，使得光譜儀恢復(fù)正常的光譜掃描與光譜分析。所述的氣體在線光譜分析中的光譜儀氣室切換裝置，包括測量氣室、樣氣氣室、直線軸承、垂直移動機構(gòu)、限位傳感器等組成；所述測量氣室和樣氣氣室固定安裝在氣室底座上，氣室底座與連接安裝板用緊定螺釘進行固定連接；所述直線軸承由導(dǎo)桿和軸承座構(gòu)成， 導(dǎo)桿固定安裝在地板上，軸承座固定安裝在連接安裝板上；所述垂直移動機構(gòu)由電機、電機安裝座、螺桿、可移動螺組成，電機安裝在電機安裝座上，可進行連續(xù)的正反轉(zhuǎn)，電機安裝座通過緊定螺釘固定安裝在底板上，螺桿與電機的輸出軸固連，可移動螺母固定安裝在連接安裝板上，連接安裝板上安裝有氣室底座、2個軸承座、一個螺母。當(dāng)需要掃描背景光譜時， 控制電機正轉(zhuǎn)驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動，進而驅(qū)動與螺桿配合的螺母向上移動，從而驅(qū)動連接安裝板、 氣室順著直線軸承中心向上移動，直至上限位傳感器檢測到到位信號為止，即將標(biāo)準(zhǔn)氣室移至到光路中，完成背景光譜掃描；掃描完背景光譜后，控制電機反轉(zhuǎn)驅(qū)動連接安裝板、氣室順著直線軸承中心向下移動，直至下限位傳感器檢測到到位信號為止，即把測量氣室重新置于光路中，使得光譜儀恢復(fù)正常的光譜掃描與光譜分析，從而達到光譜掃描的目的。所述標(biāo)準(zhǔn)樣氣氣室中的標(biāo)準(zhǔn)樣氣是純氮氣或者標(biāo)準(zhǔn)空氣，所述測量氣室和標(biāo)準(zhǔn)樣氣氣室材料、尺寸完全一樣。測量氣室有一個進氣口和一個出氣口，分置氣室兩端，與進氣管道和出氣管道相連；標(biāo)準(zhǔn)氣氣室也有一個進氣口和一個出氣口，正常情況下，這兩個口是密閉的，只有在需要更換樣氣時打開進氣口和出氣口更換標(biāo)準(zhǔn)樣氣。所述氣室切換方式采用螺桿轉(zhuǎn)動螺母移動的垂直移動方式，也可以采用水平移動方式，或者連續(xù)回轉(zhuǎn)方式。移動方式不限于采用直線軸承，也可以采用線性滑軌或者普通導(dǎo)軌；驅(qū)動機構(gòu)不限于電機結(jié)合螺母螺桿的運動方式，也可以采用氣缸伸縮、磁性伸縮、壓電伸縮等機構(gòu)。所述氣室切換的控制由限位傳感器實現(xiàn)，限位傳感器可采用光電非接觸傳感器， 也可以采用機械式行程開關(guān)，或者微動開關(guān)。所述電機可以為交流電機、步進電機或者伺服電機的一種，電機輸出轉(zhuǎn)速由實際應(yīng)用場合的切換速度決定，電機必須能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)正反轉(zhuǎn)運動。本發(fā)明為傅里葉變換光譜儀在線氣體成分與濃度分析過程中節(jié)省了氣室清洗時間，提高了氣體分析的在線實時性，減少漏測數(shù)據(jù)，適合應(yīng)用于氣體物質(zhì)的光譜在線定量分析。


圖1 0.01%濃度甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷，0. 濃度二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)氣光譜與長時間工作后光譜儀器件發(fā)生特性漂移后的光譜；圖2是氣室切換裝置結(jié)構(gòu)剖面圖；圖中1為底座，2為導(dǎo)桿，3為軸承座，導(dǎo)桿和軸承座構(gòu)成直線軸承，4為下限位傳感器，5為上限位傳感器，6為標(biāo)準(zhǔn)樣氣氣室，7為進氣口，8為測量氣室，9為氣室安裝座，10為出氣口，11為連接安裝板，12為可移動螺母，13為垂直移動機構(gòu)，14為電機，15為緊定螺釘。
具體實施例方式光譜儀在線氣體成分與濃度分析氣室切換裝置如圖2所示，包括測量氣室、標(biāo)準(zhǔn)樣氣氣室、直線軸承、垂直移動機構(gòu)、限位傳感器等組成；導(dǎo)桿和軸承座構(gòu)成直線軸承，導(dǎo)桿固定安裝在地板上，軸承座固定安裝在連接安裝板上；電機、電機安裝座、螺桿、可移動螺母構(gòu)成垂直移動機構(gòu)，電機安裝在電機安裝座上，可進行連續(xù)的正反轉(zhuǎn)，電機安裝座通過緊定螺釘固定安裝在底板上，螺桿與電機的輸出軸固聯(lián)，可移動螺母固定安裝在連接安裝板上； 測量氣室和樣氣氣室固定安裝在氣室底座上，氣室底座與連接安裝板通過緊定螺釘進行固定連接，連接安裝板上還安裝有2個軸承座、一個螺母。上限位傳感器、下限位傳感器固定安裝在底座上，傳感器的間距根據(jù)所需的垂直移動位移進行調(diào)整。當(dāng)需要掃描背景光譜時， 控制電機正轉(zhuǎn)驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動，進而驅(qū)動與螺桿配合的螺母向上移動，從而驅(qū)動連接安裝板、 氣室順著直線軸承中心向上移動，直至上限位傳感器檢測到到位信號為止，即將標(biāo)準(zhǔn)氣室移至到光路中，可以進行背景光譜掃描；完背景光譜掃描后，控制電機反轉(zhuǎn)驅(qū)動連接安裝板、氣室順著直線軸承中心向下移動，直至下限位傳感器檢測到到位信號為止，即把測量氣室重新置于光路中，使得光譜儀恢復(fù)正常的光譜掃描與光譜分析，從而達到光譜掃描的目的。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施方式
僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種氣體在線光譜分析中的光譜儀氣室切換裝置，其特征在于包括測量氣室、樣氣氣室、直線軸承、垂直移動機構(gòu)和限位傳感器；所述測量氣室和樣氣氣室固定安裝在氣室底座上，氣室底座與連接安裝板用緊定螺釘進行固定連接；所述直線軸承由導(dǎo)桿和軸承座構(gòu)成，導(dǎo)桿固定安裝在地板上，軸承座固定安裝在連接安裝板上；所述垂直移動機構(gòu)由電機、電機安裝座、螺桿和可移動螺組成，電機安裝在電機安裝座上，電機安裝座通過緊定螺釘固定安裝在底板上，螺桿與電機的輸出軸固連，可移動螺母固定安裝在連接安裝板上。
2.如權(quán)利要求1所述一種氣體在線光譜分析中的光譜儀氣室切換裝置，其特征在于 當(dāng)需要掃描背景光譜時，控制電機正轉(zhuǎn)驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動，進而驅(qū)動與螺桿配合的螺母向上移動，從而驅(qū)動連接安裝板、氣室順著直線軸承中心向上移動，直至上限位傳感器檢測到到位信號為止，即將標(biāo)準(zhǔn)氣室移至到光路中，完成背景光譜掃描；掃描完背景光譜后，控制電機反轉(zhuǎn)驅(qū)動連接安裝板、氣室順著直線軸承中心向下移動，直至下限位傳感器檢測到到位信號為止，即把測量氣室重新置于光路中，使得光譜儀恢復(fù)正常的光譜掃描與光譜分析，從而達到光譜掃描的目的。
3.如權(quán)利要求1所述一種氣體在線光譜分析中的光譜儀氣室切換裝置，其特征在于 所述連接安裝板上安裝有氣室底座、2個軸承座和一個螺母。
4.如權(quán)利要求1所述一種氣體在線光譜分析中的光譜儀氣室切換裝置，其特征在于 所述測量氣室和標(biāo)準(zhǔn)樣氣氣室材料、形狀和尺寸完全一樣；測量氣室兩端各有一個進氣口和一個出氣口，進氣口和出氣口分別與進氣管道和出氣管道相連；標(biāo)準(zhǔn)氣氣室兩端各有一個進氣口和一個出氣口。
5.如權(quán)利要求1所述一種氣體在線光譜分析中的光譜儀氣室切換裝置，其特征在于 所述氣室切換方式采用螺桿轉(zhuǎn)動螺母移動的垂直移動方式、或者采用水平移動方式、或者連續(xù)回轉(zhuǎn)方式；所述移動方式采用直線軸承、或者采用線性滑軌或者普通導(dǎo)軌；所述驅(qū)動機構(gòu)采用電機結(jié)合螺母螺桿的運動方式、或者采用氣缸伸縮機構(gòu)、或者采用磁性伸縮機構(gòu)、 或者采用壓電伸縮機構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述一種氣體在線光譜分析中的光譜儀氣室切換裝置，其特征在于 所述氣室切換的控制由限位傳感器實現(xiàn)，限位傳感器采用光電非接觸傳感器、或者采用機械式行程開關(guān)、或者采用微動開關(guān)。
7.如權(quán)利要求1所述一種氣體在線光譜分析中的光譜儀氣室切換裝置，其特征在于 所述電機為交流電機、步進電機或者伺服電機的一種，電機輸出轉(zhuǎn)速由實際應(yīng)用場合的切換速度決定，電機必須能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)正反轉(zhuǎn)運動。
8.如權(quán)利要求1所述一種氣體在線光譜分析中的光譜儀氣室切換裝置，其特征在于 所述標(biāo)準(zhǔn)樣氣氣室中的標(biāo)準(zhǔn)樣氣是純氮氣或者標(biāo)準(zhǔn)空氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣體在線光譜分析中的光譜儀氣室切換裝置，包括測量氣室、樣氣氣室、直線軸承、垂直移動機構(gòu)和限位傳感器；所述測量氣室和樣氣氣室固定安裝在氣室底座上，氣室底座與連接安裝板用緊定螺釘進行固定連接；所述直線軸承由導(dǎo)桿和軸承座構(gòu)成，導(dǎo)桿固定安裝在地板上，軸承座固定安裝在連接安裝板上。正常測量時，測量氣室置于光路中，需要重新掃描背景時，切換裝置在計算機控制下，將相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)樣氣氣室置于光路中。掃描完背景光譜后，切換裝置重新把測量氣室置于光路中，使得光譜儀恢復(fù)正常的光譜掃描與光譜分析。這種方法省去了掃描背景時氣室的清洗時間，大大減少了光譜在線分析過程中漏測的數(shù)據(jù)，也避免了因氣室清洗不夠干凈，殘余氣體引入的系統(tǒng)分析誤差。
文檔編號G01N21/25GK102230886SQ20111009143
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者劉君華, 張鐘華, 朱凌建, 李玉軍, 湯曉君 申請人:西安交通大學(xué)