基于共心腔鏡的激光拉曼氣體檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體檢測方法，特別涉及一種基于共心腔鏡的激光拉曼氣體檢測
目.0
【背景技術(shù)】
[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(guān)鍵。氣體檢測的目的主要有以下三點(diǎn):一是直接發(fā)現(xiàn)油氣層;二是做好有毒有害氣體的監(jiān)測預(yù)警;三是發(fā)現(xiàn)非烴類氣體礦藏。傳統(tǒng)的檢測方法，如氣相色譜技術(shù)，存在著不能連續(xù)檢測，且維護(hù)費(fèi)用大的問題，而紅外光譜技術(shù)，有限的檢測范圍也使其只能應(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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是針對現(xiàn)在能源的開采中傳統(tǒng)氣體檢測技術(shù)存在的問題，提出了一種基于共心腔鏡的激光拉曼氣體檢測裝置，能同時在線測量多種氣體。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種基于共心腔鏡的激光拉曼氣體檢測裝置，包括兩個反射鏡，三棱鏡，兩端帶布魯斯特窗的高壓氦氖管，氣體室，光譜儀模塊，氣體室上下進(jìn)出氣管，兩個焦點(diǎn)共心的凹面鏡，氣體室外光路上同軸依次放置的第一反射鏡，三棱鏡、高壓氦氖管，高壓氦氖管輸出的激光通過三棱鏡到垂直光路的反射鏡上，被反射后經(jīng)過三棱鏡和高壓氦氖管從氣體室一側(cè)窗口垂直窗口入射進(jìn)入氣體室，進(jìn)入的激光在兩個凹面鏡之間反復(fù)折射后，從氣體室另一側(cè)窗口出射到氣體室外正對氣體室開口的第二反射鏡上，激光被第二反射鏡反射回氣體室內(nèi)，再次進(jìn)入兩個凹面鏡之間反復(fù)折射，多路氣體由氣體室上的進(jìn)氣口進(jìn)入氣體室，與激光反應(yīng)產(chǎn)生拉曼信號，混合光通過氣體室上的光譜儀模塊收集，光譜儀模塊處理信號送計算機(jī)分析生成拉曼頻譜圖。
[0005]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。
[0006]所述三棱鏡按頻率對光產(chǎn)生色散，分開各個頻率的振蕩光，具有選模作用。
[0007]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。
[0008]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明基于共心腔鏡的激光拉曼氣體檢測裝置，結(jié)合有源腔增強(qiáng)技術(shù)和拉曼氣體檢測技術(shù)，采用有源腔，避免了無源腔的結(jié)構(gòu)松散。采用共心腔鏡，提高了光線強(qiáng)度。系統(tǒng)具有拉曼光譜技術(shù)和高精度檢測的特點(diǎn)，能同時在線測量多種氣體，并進(jìn)行實(shí)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】
[0009]圖1為本發(fā)明基于共心腔鏡的激光拉曼氣體檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]如圖1所示基于共心腔鏡的激光拉曼氣體檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖，101、102為反射鏡;201為三棱鏡;301為兩端帶布魯斯特窗的高壓氦氖管;401為氣體室;501為光譜儀模塊；601、602為進(jìn)出氣管;701、702為凹面鏡。采用有源諧振腔產(chǎn)生激光，氣體室外光路上同軸依次放置的反射鏡101，三棱鏡201、高壓氦氖管301，高壓氦氖管301輸出的激光通過三棱鏡201到垂直光路的反射鏡101，被反射后經(jīng)過三棱鏡201和高壓氦氖管301從氣體室401—側(cè)窗口垂直窗口入射進(jìn)入氣體室401，進(jìn)入的激光在兩個凹面鏡701和702之間反復(fù)折射后，從氣體室401另一側(cè)窗口出射到氣體室401外正對氣體室401開口的反射鏡201上，激光再次被反射回氣體室401內(nèi)，進(jìn)入兩個凹面鏡701和702之間反復(fù)折射返回，形成循環(huán)。氣體室401上邊有進(jìn)氣管601，下面有出氣管602，光譜儀501位于氣體室401上面，采集氣體室401內(nèi)的信號。光譜儀501位于腔鏡共心點(diǎn)正上方，有利于最大程度采集出反應(yīng)后的混合光。
[0011 ]具體實(shí)施過程:波長為632.Snm的氦氖激光從高壓氦氖管振蕩產(chǎn)生，光路依次經(jīng)過反射鏡101，三棱鏡201，進(jìn)入密閉氣體室。在氣體室中，光線先到達(dá)凹面鏡701，反射至凹面鏡702，然后經(jīng)過多次反射后從凹面鏡702出射至反射鏡102，再經(jīng)凹面鏡102反射回原光路，形成光路循環(huán)。多路氣體由氣體室401上的進(jìn)氣口進(jìn)入氣體室401，與激光反應(yīng)產(chǎn)生拉曼信號，混合光通過光譜儀模塊被收集，光譜儀模塊包括濾光片、單色儀以及傳感器，濾光片濾去大部分的雜散光，單色儀將收集到的光信號送由傳感器檢測，最后由計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析生成拉曼頻譜圖。本系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了包含氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w在線即時檢測。本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊，反射腔鏡成共心，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(yīng)性強(qiáng)，便于維護(hù)等特點(diǎn)。先開激光再輸入氣體，測試是在密封狀態(tài)下進(jìn)行的，一邊放入氣體，一邊進(jìn)行實(shí)時測試。
[0012]避免了無源腔結(jié)構(gòu)的寬泛，具有拉曼光譜技術(shù)和高精度檢測的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)在線實(shí)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(hù)，穩(wěn)定性上佳。
[0013]所述平面反射鏡101、102的反射率高達(dá)95%，反射鏡與光路成90度，能夠有效地將決大部分光反射至下一反射鏡。
[0014]所述凹面鏡701和702反射率高達(dá)99%，根據(jù)腔內(nèi)光增益公式(1+R)/T(R，T為凹面鏡的反射率和透射率)，當(dāng)反射率高達(dá)99%時，腔內(nèi)增益為199，能將絕大部分光反射下一反射
Ho
[0015]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。
[0016]所述三棱鏡201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。
[0017]所述光譜儀模塊由濾光片、單色儀以及傳感器構(gòu)成。濾光片對于拉曼信號的透過率為99%，而其它光線僅有5%的透過率。單色儀較好地收集光譜能量，而傳感器及后續(xù)檢測器件則對光譜進(jìn)行分析與檢測。
[0018]凹面鏡701和702，它們的焦點(diǎn)共心。相對于先前不共心的腔鏡設(shè)計，光線來回反射的次數(shù)每一循環(huán)增添數(shù)十次。使激光強(qiáng)度由原來僅增強(qiáng)數(shù)倍變?yōu)樵鰪?qiáng)數(shù)十倍，利于拉曼信號的產(chǎn)生。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于共心腔鏡的激光拉曼氣體檢測裝置，其特征在于，包括兩個反射鏡，三棱鏡，兩端帶布魯斯特窗的高壓氦氖管，氣體室，光譜儀模塊，氣體室上下進(jìn)出氣管，兩個焦點(diǎn)共心的凹面鏡，氣體室外光路上同軸依次放置的第一反射鏡，三棱鏡、高壓氦氖管，高壓氦氖管輸出的激光通過三棱鏡到垂直光路的反射鏡上，被反射后經(jīng)過三棱鏡和高壓氦氖管從氣體室一側(cè)窗口垂直窗口入射進(jìn)入氣體室，進(jìn)入的激光在兩個凹面鏡之間反復(fù)折射后，從氣體室另一側(cè)窗口出射到氣體室外正對氣體室開口的第二反射鏡上，激光被第二反射鏡反射回氣體室內(nèi)，再次進(jìn)入兩個凹面鏡之間反復(fù)折射，多路氣體由氣體室上的進(jìn)氣口進(jìn)入氣體室，與激光反應(yīng)產(chǎn)生拉曼信號，混合光通過氣體室上的光譜儀模塊收集，光譜儀模塊處理信號送計算機(jī)分析生成拉曼頻譜圖。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于共心腔鏡的激光拉曼氣體檢測裝置，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所述基于共心腔鏡的激光拉曼氣體檢測裝置，其特征在于，所述三棱鏡按頻率對光產(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(quán)利要求1所述基于共心腔鏡的激光拉曼氣體檢測裝置，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)明涉及一種基于共心腔鏡的激光拉曼氣體檢測裝置，氣體室外光路上同軸依次放置的第一反射鏡，三棱鏡、高壓氦氖管，高壓氦氖管輸出的激光通過三棱鏡到垂直光路的反射鏡上，被反射后經(jīng)過三棱鏡和高壓氦氖管從氣體室一側(cè)窗口垂直入射進(jìn)氣體室，進(jìn)入的激光在焦點(diǎn)共心的兩個凹面鏡之間反復(fù)折射后，從氣體室另一側(cè)窗口出射到氣體室外正對氣體室開口的第二反射鏡上，激光被第二反射鏡反射回氣體室內(nèi)，再次進(jìn)入兩個凹面鏡之間反復(fù)折射，多路氣體由氣體室上的進(jìn)氣口進(jìn)入氣體室，與激光反應(yīng)產(chǎn)生拉曼信號，混合光通過氣體室上的光譜儀模塊收集，光譜儀模塊處理信號送計算機(jī)分析生成拉曼頻譜圖。采用共心腔鏡，提高了光線強(qiáng)度。能同時在線測量多種氣體。
【IPC分類】G01N21/65
【公開號】CN105572099
【申請?zhí)枴緾N201610023297
【發(fā)明人】張雷洪, 嚴(yán)永鵬, 黃元申, 張大偉
【申請人】上海理工大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年1月14日