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(shí)現(xiàn)幾乎所有氣體的定量分析，且光譜儀工作過(guò)程中不消耗任何材料，不帶來(lái)任何污染，稱之為“綠色”儀器。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)，光譜儀已開(kāi)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(cè)器等器件在長(zhǎng)時(shí)間工作過(guò)程中會(huì)發(fā)生一定的特性變化，致使在長(zhǎng)時(shí)間在線分析過(guò)程中，光譜會(huì)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(lái)的影響，需要適當(dāng)進(jìn)行背景掃描。光譜儀有單光路光譜儀和雙光路兩種。在進(jìn)行光譜儀在線氣體成分及濃度分析時(shí)，前者需要掃描背景光譜，掃描背景前需要用氮?dú)饣蛘邩?biāo)準(zhǔn)空氣對(duì)氣室進(jìn)行清洗，這一方面需要幾分鐘甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，以至于造成了氣體成分與濃度信息的漏測(cè)，另一方面，如果測(cè)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(guò)一路用于測(cè)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(lái)的影響，不需要掃描背景。但雙光路光譜儀并不能解決長(zhǎng)時(shí)間在線工作過(guò)程中器件特性漂移給分析結(jié)果帶來(lái)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(zhǎng)時(shí)間的在線工作以后，雙光路光譜儀的分析結(jié)果也難免會(huì)受到光譜儀元器件特性漂移帶來(lái)的影響，而且這種影響可能會(huì)比較大。其次，光譜儀的探測(cè)器、分光鏡的價(jià)格在2萬(wàn)人民幣左右，雙光路光譜儀的價(jià)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(chǎng)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(shí)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(chǎng)掃描光譜的基線明顯地發(fā)生了傾斜。此外，對(duì)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(chǎng)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(shí)存在甲烷等殘余氣體。掃描背景光譜時(shí)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(guò)程中氣室清洗時(shí)間的裝置，提高氣體分析的在線實(shí)時(shí)性，減少漏測(cè)數(shù)據(jù)，避免掃描背景光譜時(shí)因測(cè)量氣室沖洗不干凈，殘余氣體引入系統(tǒng)偏差。為了實(shí)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(gè)材料、結(jié)構(gòu)、尺寸完全一樣的氣室，其中一個(gè)氣室用于測(cè)量，稱之為測(cè)量氣室，另一個(gè)氣室用于存放純氮?dú)饣驑?biāo)準(zhǔn)空氣，稱之為樣氣氣室。正常測(cè)量時(shí)，測(cè)量氣室置于光路中，需要重新掃描背景時(shí)，切換裝置在計(jì)算機(jī)控制下，通過(guò)電機(jī)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(cè)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(cè)量氣室、樣氣氣室、直線軸承、垂直移動(dòng)機(jī)構(gòu)、限位傳感器等組成；所述測(cè)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(jìn)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(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)、電機(jī)安裝座、螺桿、可移動(dòng)螺組成，電機(jī)安裝在電機(jī)安裝座上，可進(jìn)行連續(xù)的正反轉(zhuǎn)，電機(jī)安裝座通過(guò)緊定螺釘固定安裝在底板上，螺桿與電機(jī)的輸出軸固連，可移動(dòng)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(gè)軸承座、一個(gè)螺母。當(dāng)需要掃描背景光譜時(shí)， 控制電機(jī)正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)與螺桿配合的螺母向上移動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)連接安裝板、 氣室順著直線軸承中心向上移動(dòng)，直至上限位傳感器檢測(cè)到到位信號(hào)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(jī)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)連接安裝板、氣室順著直線軸承中心向下移動(dòng)，直至下限位傳感器檢測(cè)到到位信號(hào)為止，即把測(cè)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(dá)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?dú)饣蛘邩?biāo)準(zhǔn)空氣，所述測(cè)量氣室和標(biāo)準(zhǔn)樣氣氣室材料、尺寸完全一樣。測(cè)量氣室有一個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)出氣口，分置氣室兩端，與進(jìn)氣管道和出氣管道相連；標(biāo)準(zhǔn)氣氣室也有一個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)出氣口，正常情況下，這兩個(gè)口是密閉的，只有在需要更換樣氣時(shí)打開(kāi)進(jìn)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(dòng)螺母移動(dòng)的垂直移動(dòng)方式，也可以采用水平移動(dòng)方式，或者連續(xù)回轉(zhuǎn)方式。移動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)不限于電機(jī)結(jié)合螺母螺桿的運(yùn)動(dòng)方式，也可以采用氣缸伸縮、磁性伸縮、壓電伸縮等機(jī)構(gòu)。所述氣室切換的控制由限位傳感器實(shí)現(xiàn)，限位傳感器可采用光電非接觸傳感器， 也可以采用機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)，或者微動(dòng)開(kāi)關(guān)。所述電機(jī)可以為交流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)的一種，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速由實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的切換速度決定，電機(jī)必須能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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(guò)程中節(jié)省了氣室清洗時(shí)間，提高了氣體分析的在線實(shí)時(shí)性，減少漏測(cè)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(zhǎng)時(shí)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(jìn)氣口，8為測(cè)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(dòng)螺母，13為垂直移動(dòng)機(jī)構(gòu)，14為電機(jī)，15為緊定螺釘。
具體實(shí)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(cè)量氣室、標(biāo)準(zhǔn)樣氣氣室、直線軸承、垂直移動(dòng)機(jī)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(jī)、電機(jī)安裝座、螺桿、可移動(dòng)螺母構(gòu)成垂直移動(dòng)機(jī)構(gòu)，電機(jī)安裝在電機(jī)安裝座上，可進(jìn)行連續(xù)的正反轉(zhuǎn)，電機(jī)安裝座通過(guò)緊定螺釘固定安裝在底板上，螺桿與電機(jī)的輸出軸固聯(lián)，可移動(dòng)螺母固定安裝在連接安裝板上； 測(cè)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(guò)緊定螺釘進(jìn)行固定連接，連接安裝板上還安裝有2個(gè)軸承座、一個(gè)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(dòng)位移進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)需要掃描背景光譜時(shí)， 控制電機(jī)正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)與螺桿配合的螺母向上移動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)連接安裝板、 氣室順著直線軸承中心向上移動(dòng)，直至上限位傳感器檢測(cè)到到位信號(hào)為止，即將標(biāo)準(zhǔn)氣室移至到光路中，可以進(jìn)行背景光譜掃描；完背景光譜掃描后，控制電機(jī)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)連接安裝板、氣室順著直線軸承中心向下移動(dòng)，直至下限位傳感器檢測(cè)到到位信號(hào)為止，即把測(cè)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(dá)到光譜掃描的目的。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式
僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)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(shū)確定專利保護(hù)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(cè)量氣室、樣氣氣室、直線軸承、垂直移動(dòng)機(jī)構(gòu)和限位傳感器；所述測(cè)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(jìn)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(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)、電機(jī)安裝座、螺桿和可移動(dòng)螺組成，電機(jī)安裝在電機(jī)安裝座上，電機(jī)安裝座通過(guò)緊定螺釘固定安裝在底板上，螺桿與電機(jī)的輸出軸固連，可移動(dòng)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(shí)，控制電機(jī)正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)與螺桿配合的螺母向上移動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)連接安裝板、氣室順著直線軸承中心向上移動(dòng)，直至上限位傳感器檢測(cè)到到位信號(hào)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(jī)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)連接安裝板、氣室順著直線軸承中心向下移動(dòng)，直至下限位傳感器檢測(cè)到到位信號(hào)為止，即把測(cè)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(dá)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(gè)軸承座和一個(gè)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(cè)量氣室和標(biāo)準(zhǔn)樣氣氣室材料、形狀和尺寸完全一樣；測(cè)量氣室兩端各有一個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)出氣口，進(jìn)氣口和出氣口分別與進(jìn)氣管道和出氣管道相連；標(biāo)準(zhǔn)氣氣室兩端各有一個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)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(dòng)螺母移動(dòng)的垂直移動(dòng)方式、或者采用水平移動(dòng)方式、或者連續(xù)回轉(zhuǎn)方式；所述移動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)采用電機(jī)結(jié)合螺母螺桿的運(yùn)動(dòng)方式、或者采用氣缸伸縮機(jī)構(gòu)、或者采用磁性伸縮機(jī)構(gòu)、 或者采用壓電伸縮機(jī)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(shí)現(xiàn)，限位傳感器采用光電非接觸傳感器、或者采用機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)、或者采用微動(dòng)開(kāi)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(jī)為交流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)的一種，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速由實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的切換速度決定，電機(jī)必須能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
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?dú)饣蛘邩?biāo)準(zhǔn)空氣。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)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(cè)量氣室、樣氣氣室、直線軸承、垂直移動(dòng)機(jī)構(gòu)和限位傳感器；所述測(cè)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(jìn)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(cè)量時(shí)，測(cè)量氣室置于光路中，需要重新掃描背景時(shí)，切換裝置在計(jì)算機(jī)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(cè)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(shí)氣室的清洗時(shí)間，大大減少了光譜在線分析過(guò)程中漏測(cè)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(hào)G01N21/25GK102230886SQ20111009143
公開(kāi)日2011年11月2日 申請(qǐng)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(qǐng)人:西安交通大學(xué)