氯化氢气体在线监测设备pdf

  本实用新型提供了一种氯化氢气体在线监测设备，涉及气体检测技术领域，包括可调谐二极管激光器、分束镜、通有待测气体的样品池、通有已知浓度的氯化氢气体的参考池、与样品池和参考池一一对应的两个探测器、与两个探测器的输出端连接的数据采集卡以及与数据采集卡连接计算机；样品池具有进气口和出气口，进气口连接有进气管道，进气管道上设置有流量控制阀；可调谐二极管激光器的调谐波长范围为1.5‑2.2μm。本实用新型提供的氯化氢气体在线监测设备实现了对氯化氢气体的长时间地实时精确监控。

  (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 CN 209946002 U (45)授权公告日 2020.01.14 (21)申请号 1.4 (22)申请日 2019.03.30 (73)专利权人 天津三川同大科技发展有限公司 地址 300131 天津市红桥区咸阳路19号中 投保大厦25层2505 (72)发明人 王曰明刘志合陈尹瑜 (51)Int.Cl. G01N 21/39(2006.01) 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (54)实用新型名称 氯化氢气体在线)摘要 本实用新型提供了一种氯化氢气体在线监 测设备，涉及气体检测技术领域，包括可调谐二 极管激光器、分束镜、通有待测气体的样品池、通 有已知浓度的氯化氢气体的参考池、与样品池和 参考池一一对应的两个探测器、与两个探测器的 输出端连接的数据采集卡以及与数据采集卡连 接计算机；样品池具有进气口和出气口，进气口 连接有进气管道，进气管道上设置有流量控制 阀；可调谐二极管激光器的调谐波长范围为1.5- 2.2μm。本实用新型提供的氯化氢气体在线监测 设备实现了对氯化氢气体的长时间地实时精确 监控。 U 2 0 0 6 4 9 9 0 2 N C CN 209946002 U 权利要求书 1/1页 1.一种氯化氢气体在线监测设备，其特征是，包括可调谐二极管激光器、分束镜、通 有待测气体的样品池、通有已知浓度的氯化氢气体的参考池、与所述样品池和所述参考池 一一对应的两个探测器、与两个所述探测器的输出端连接的数据采集卡以及与所述数据采 集卡连接的计算机；所述样品池具有进气口和出气口，所述进气口连接有进气管道，所述进 气管道上设置有流量控制阀； 所述可调谐二极管激光器的调谐波长范围为1.5-2.2μm； 所述可调谐二极管激光器发出的激光光束经所述分束镜变为第一光束和第二光束；所 述第一光束进入所述样品池，所述第二光束进入所述参考池；两个所述探测器分别探测所 述样品池内气体的样品吸收信号和所述参考池内气体的参考吸收信号；所述数据采集卡对 所述样品吸收信号和所述参考吸收信号进行模数转换，并将转换后的数据发送至所述计算 机。 2.依据权利要求1所述的氯化氢气体在线监测设备，其特征是，所述可调谐二极管激 光器与所述分束镜之间还设置有准直透镜。 3.依据权利要求1所述的氯化氢气体在线监测设备，其特征是，所述氯化氢气体在线 监测设备还包括反射镜，所述反射镜用于将从所述分束镜透射出的第一光束反射至所述样 品池。 4.依据权利要求1所述的氯化氢气体在线监测设备，其特征是，所述可调谐二极管激 光器包括半导体光放大器和驱动电路，所述驱动电路与所述半导体光放大器连接。 5.依据权利要求4所述的氯化氢气体在线监测设备，其特征是，所述半导体光放大器 的芯片型号为BOA1007。 6.依据权利要求1所述的氯化氢气体在线监测设备，其特征是，所述样品池和所述参 考池均为多次反射池。 7.依据权利要求6所述的氯化氢气体在线监测设备，其特征是，所述多次反射池的基 本长度为43.5cm。 2 2 CN 209946002 U 说明书 1/5页 氯化氢气体在线监测设备 技术领域 [0001] 本实用新型涉及气体检测技术领域，尤其是涉及一种氯化氢气体在线监测设备。 背景技术 [0002] HCl(氯化氢)是无色而有刺激性气味的气体。氯化氢水溶液为盐酸，纯盐酸为无色 液体，在空气中冒雾(由于盐酸有强挥发性)，有刺鼻酸味。其易溶于水水溶液呈酸性，叫做 氯氢酸，习惯上叫盐酸。大多数都用在制染料、香料、药物、各种氯化物及腐蚀抑制剂，以及大规 模集成电路生产中，单晶硅片气相抛光，外延机座腐蚀。工业上是用氢与氯在250℃直接化 合以制取氯化氢；同时，它也是烃类氯化的副产品。 [0003] 然而，氯化氢对眼和呼吸道粘膜有强烈的刺激作用。急性中毒时出现的症状会有 头痛、头昏、恶心、眼痛、咳嗽、痰中带血、声音嘶哑、呼吸困难、胸闷、胸痛等。严重者会发生 肺炎、肺水肿、肺不张。眼角膜可见溃疡或混浊。皮肤非间接接触可出现大量粟粒样红色小丘 疹而呈潮红痛热。长期较高浓度接触后，可引起慢性支气管炎、胃肠功能障碍及牙齿酸蚀 症。同时泄露会对环境有危害，污染水体，水溶液具有着强烈的腐蚀性，会造成水生动植物死 亡。运输时应严格按照铁道部《危险货物运输规则》中的危险货物配装表进行配装。 [0004] 因此，在日常的环境监视测定和工业生产里对氯化氢气体的实时监测就显得十分重 要，而传统的氯化氢检测的新方法即离子色谱法的检验测试周期长，检测限高，不利于进行实时的检 测和控制。 实用新型内容 [0005] 有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种氯化氢气体在线监测设备，以实现对 氯化氢气体的长时间地实时精确监控。 [0006] 为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种氯化氢气体在线监测设备，包 括可调谐二极管激光器、分束镜、通有待测气体的样品池、通有已知浓度的氯化氢气体的参 考池、与所述样品池和所述参考池一一对应的两个探测器、与两个所述探测器的输出端连 接的数据采集卡以及与所述数据采集卡连接的计算机；所述样品池具有进气口和出气口， 所述进气口连接有进气管道，所述进气管道上设置有流量控制阀； [0007] 所述可调谐二极管激光器的调谐波长范围为1.5-2.2μm； [0008] 所述可调谐二极管激光器发出的激光光束经所述分束镜变为第一光束和第二光 束；所述第一光束进入所述样品池，所述第二光束进入所述参考池；两个所述探测器分别探 测所述样品池内气体的样品吸收信号和所述参考池内气体的参考吸收信号；所述数据采集 卡对所述样品吸收信号和所述参考吸收信号进行模数转换，并将转换后的数据发送至所述 计算机。 [0009] 可选地，所述可调谐二极管激光器与所述分束镜之间还设置有准直透镜。 [0010] 可选地，所述氯化氢气体在线监测设备还包括反射镜，所述反射镜用于将从所述 分束镜透射出的第一光束反射至所述样品池。 3 3 CN 209946002 U 说明书 2/5页 [0011] 可选地，所述可调谐二极管激光器包括半导体光放大器和驱动电路，所述驱动电 路与所述半导体光放大器连接。 [0012] 可选地，所述半导体光放大器的芯片型号为BOA1007。 [0013] 可选地，所述样品池和所述参考池均为多次反射池。 [0014] 可选地，所述多次反射池的基本长度为43.5cm。 [0015] 本实用新型实施例带来了以下有益效果： [0016] 本实用新型实施例中，氯化氢气体在线监测设备包括可调谐二极管激光器、分束 镜、通有待测气体的样品池、通有已知浓度的氯化氢气体的参考池、与样品池和参考池一一 对应的两个探测器、与两个探测器的输出端连接的数据采集卡以及与数据采集卡连接的计 算机；样品池具有进气口和出气口，进气口连接有进气管道，进气管道上设置有流量控制 阀；可调谐二极管激光器的调谐波长范围为1.5-2.2μm；可调谐二极管激光器发出的激光光 束经分束镜变为第一光束和第二光束；第一光束进入样品池，第二光束进入参考池；两个探 测器分别探测样品池内气体的样品吸收信号和参考池内气体的参考吸收信号；数据采集卡 对样品吸收信号和参考吸收信号进行模数转换，并将转换后的数据发送至计算机。该氯化 氢气体在线监测设备利用可调谐二极管激光器的波长调谐特性，获得被选定的待测气体特 征吸收线的吸收光谱，从而对氯化氢气体进行定性或者定量分析；通过选用调谐波长范围 为1.5-2.2μm的可调谐二极管激光器，使其具有灵敏度较高、检测限低(ppb量级)、性价比高等 特点；另外，参考池中HCL气体的气体流量是已知的，通过流量控制阀可以使样品池中的气 体流量与样品池中的气体流量保持一致，以此来降低了因气体流量不同对检测结果造成的影 响。因此本实用新型实施例提供的氯化氢气体在线监测设备实现了对氯化氢气体的长时间 地实时精确监控。 [0017] 本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书里面阐述，并且，部分地从说明书 中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明 书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 [0018] 为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并 配合所附附图，作详细说明如下。 附图说明 [0019] 为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现存技术中的技术方案，下面将对 具体实施方式或现存技术描述中所需要用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性 劳动的前提下，还能够准确的通过这些附图获得其他的附图。 [0020] 图1为本实用新型实施例提供的一种氯化氢气体在线监测设备的结构示意图； [0021] 图2为本实用新型实施例提供的另一种氯化氢气体在线监测设备的结构示意图。 具体实施方式 [0022] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本 实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实 施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没做出 4 4 CN 209946002 U 说明书 3/5页 创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。 [0023] 目前一般会用离子色谱法对氯化氢气体进行仔细的检测，检验测试周期长，检测限高，不利于 进行实时的检测和控制。基于此，本实用新型实施例提供的一种氯化氢气体在线监测设备， 能轻松实现HCL废气污染物的快速在线监测，为评估污染源排放总量、污染物控制与治理提供 技术支撑。 [0024] 为便于对本实施例进行理解，下面对本实用新型实施例所公开的一种氯化氢气体 在线监测设备做详细介绍。 [0025] 图1为本实用新型实施例提供的一种氯化氢气体在线监测设备的结构示意图，如 图1所示，该氯化氢气体在线监测设备包括可调谐二极管激光器、分束镜、通有待测气体的 样品池、通有已知浓度的氯化氢气体的参考池、与样品池和参考池一一对应的两个探测器、 与两个探测器的输出端连接的数据采集卡以及与数据采集卡连接的计算机；样品池具有进 气口和出气口，进气口连接有进气管道，进气管道上设置有流量控制阀；可调谐二极管激光 器的调谐波长范围为1.5-2.2μm。 [0026] 工作过程如下：可调谐二极管激光器发出的激光光束经分束镜变为第一光束和第 二光束；第一光束进入样品池，第二光束进入参考池；两个探测器分别探测样品池内气体的 样品吸收信号和参考池内气体的参考吸收信号；数据采集卡对样品吸收信号和参考吸收信 号进行模数转换，并将转换后的数据发送至计算机。 [0027] 工作原理如下：利用激光波长通过被测气体的特征吸收区的直接吸收光谱技术， 通过HCL气体在1.55μm波长附近吸收谱线来检测HCL气体含量(浓度)，然后用已知浓度的 HCL气体的参考池比较，得到待测气体中HCL的浓度。 [0028] 可选地，如图1所示，上述氯化氢气体在线监测设备还包括反射镜，反射镜用于将 从分束镜透射出的第一光束反射至样品池。这样使得样品池和参考池可以平行设置，结构 更加紧凑。 [0029] 可选地，样品池和参考池均为多次反射池。多次反射池的两端均设置有具有孔的 反射镜，这样光束进入吸收区域(被测气体或已知浓度的HCL气体所在区域)后可以在两个 反射镜之间反复的反射，从而增加了吸收区域的光程，进而能大大的提升检测精度。 [0030] 可选地，上述多次反射池的基本长度可以为43.5cm，多次反射池的光程可达 46.98m。 [0031] 可选地，采用多次反射池时，上述氯化氢气体在线监测设备的具体工作过程如下： 从分束镜透射出的第一光束经过样品池的多次反射后到达探测器上，用来测量样品池内气 体的样品吸收信号；从分束镜反射出的第二光束经过参考池然后到达另一相同的探测器 上，用来得到参考吸收信号。从每个探测器输出的信号都分成两路，一路输入到锁相放大 器，通过锁相放大器对信号检测，再由数据采集卡对锁相放大器输出的二次谐波信号进行 A/D转换(模数转换)；另外一路直接输入到数据采集卡，通过数据采集卡对该信号进行A/D 转换，得到反应光强的信号。然后在计算机中对四路信号做处理，得到待测气体的浓度。 [0032] 本实用新型实施例中，该氯化氢气体在线监测设备利用可调谐二极管激光器的波 长调谐特性，获得被选定的待测气体特征吸收线的吸收光谱，从而对氯化氢气体进行定性 或者定量分析；通过选用调谐波长范围为1.5-2.2μm的可调谐二极管激光器，使其具有灵敏 度高、检测限低(ppb量级)、性价比高等特点；另外，参考池中HCL气体的气体流量是已知的， 5 5 CN 209946002 U 说明书 4/5页 通过流量控制阀可以使样品池中的气体流量与样品池中的气体流量保持一致，以此来降低了 因气体流量不同对检测结果造成的影响。因此本实用新型实施例提供的氯化氢气体在线监 测设备实现了对氯化氢气体的长时间地实时精确监控。 [0033] 图2为本实用新型实施例提供的另一种氯化氢气体在线监测设备的结构示意图， 如图2所示，上述可调谐二极管激光器与分束镜之间还设置有准直透镜。准直透镜可以使可 调谐二极管激光器出射的激光光束以平行光出射。 [0034] 可选地，准直透镜的直径为9mm，焦距为12mm。 [0035] 可选地，如图2所示，可调谐二极管激光器包括半导体光放大器和驱动电路，驱动 电路和半导体光放大器连接。 [0036] 可选地，上述半导体光放大器的芯片型号为BOA1007。 [0037] BOA1007，该芯片是一种高饱和输出功率偏振保持高带宽的光放大器。它集成了一 个高效的InP/InGaAsP量子阱(QW组)结构和脊状波导的设计。该芯片具有以下特点：高饱和 输出功率、宽的光谱带宽、高增益、高偏振消光比。其技术参数如下表1所示。 [0038] 表1 [0039] [0040] 可选地，上述可调谐二极管激光器在波长为1.55μm附近输出功率为5mW。 [0041] 在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不 是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可具有不同的值。 [0042] 另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、 “相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连 接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也能够最终靠中间媒介间接相连，可 以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以详细情况理解上述术语 在本实用新型中的具体含义。 6 6 CN 209946002 U 说明书 5/5页 [0043] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖 直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是 为便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件一定要有特定 的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第 一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0044] 最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本 实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述 实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技 术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技 术方案做修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、 变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范 围，都应涵盖在本实用新型的保护范围以内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要 求的保护范围为准。 7 7 CN 209946002 U 说明书附图 1/2页 图1 8 8 CN 209946002 U 说明书附图 2/2页 图2 9 9

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