多种气体同时测量TDLAS对齐系统技术方案

本申请发明专利技术涉及在可运用的时间内可快速对齐的装置及利用它的对齐方法，以便在如排出端那样在内部存在很多气体且距离远的情况下可以应用TDLAS。提供一种可以在短时间内收敛的对齐方法，该方法为了对齐而使用双重缝隙，从而可以知道对齐方向。

TDLAS Alignment System for Simultaneous Measurement of Multiple Gases

The present invention relates to a device capable of rapid alignment in usable time and an alignment method thereof, so that TDLAS can be applied in the case of a large amount of gas in the interior and a long distance, such as an exhaust end. An alignment method which can converge in a short time is provided. In order to align, the method uses double slots, so that the alignment direction can be known.

【技术实现步骤摘要】
多种气体同时测量TDLAS对齐系统
本申请专利技术涉及对从燃烧系统向大气放出的排放气体的浓度进行光计量的装置所需的对齐系统，更详细地涉及在利用TDLAS(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy：可调谐二极管激光吸收光谱)方法测量从燃烧系统向大气放出的多种气体(multicomponentgas)的浓度或温度的系统中检测激光光源和光检测部的不对齐，并对其进行校正，可以同时测量高浓度和低浓度的气体的装置及方法。
技术介绍
LAS(LaserAbsorptionSpectroscopy：激光吸收光谱法)，特别是TDLAS(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy：可调谐二极管激光吸收光谱法)是最近在能源、环境领域大受瞩目的计量技术。该方法可以实时地精密测量多种气体的浓度或温度，在难以测量的大型燃烧系统中也可以予以应用，以多样的形态应用。TDLAS的浓度测量基本原理如图1所示，根据朗伯比尔(Beer-Lambert)定律，源于气体的光吸收特性。作为LAS计量方法的基本原理的朗伯比尔定律可通过对入射到物质的长度(Opticalpathlength(光学行程长度))L的光的强度I0和光的强度I之比的关系式，如下式(1)表示。在此，若将吸收系数(AbsorptionCoefficient)Kv、长度L、吸光度(Absorbance)用α(v)整理，则如式(2)。这样得到的吸光度，通过式(3)求出吸光度的面积A，应用于式(4)求出浓度。由于吸光度正比于长度L，因此长度L越长，吸光度的面积越大。这是因为：若长度增加，激光与气体分子碰撞很多，引起更多吸收。因此，测量长度越长，吸光度的面积越大，能够容易算出浓度。α(v)＝kv·L＝P·X·S(T)·φt(2)A∫α(v)dv＝P·X·S(T)·L(3)所有的气体只吸收既定的特定几种波长的光。作为代表性的例子，对于波长760.21nm的光，其它气体种类使该波长的光通过，但是氧气吸收该波长的光。即，若发出760.21nm的光通过含有氧气的气体领域，则该波长的光不受其它气体种类的影响，只受氧气的影响。若分析被吸收的量及样态，则可以计量氧气的浓度。对大气环境造成影响的气体种类主要吸收红外线区域，其中，红外线区域可以分为近红外线(Near-infraredray，0.8μm-1.5μm)、中红外线(Mid-infraredray，1.5μm-5.6μm)、远红外线(Far-infraredray，5.6μm-1000μm)。在中红外线集中有引起分子的吸收的分子振动或旋转运动模式等，因此应用LAS计量方法，对计量对象气体的浓度或温度的方法非常有效，所述LAS计量方法利用吸收光波长的分子特性。随着强化对大气环境的规制，需要对微量环境污染物质测量的高准确性的实时精密计量。现有的计量气体浓度的装置，主要多使用收集测量对象气体来进行计量的方法，其计量不仅消耗时间，而且不可能进行连续的测量。另外，在要求实时计量的发电站的大型锅炉、炼钢厂、化学工业工厂等对大气环境造成影响的设施中，迫切需要用于环境规制及能源节约的可以应用于运转控制等的计量系统。随着全世界范围内环境问题被大量地塑造成社会性话题，正积极地进行减低公害物质的努力，在韩国也同样持续相关研究和努力。其中，在为了减少产业园产生的如氮氧化物的有害气体的方案中，广泛使用在燃烧系统的排气端实时地计量浓度和温度等，从而导出最佳的运转条件而减少公害物质的方式。在这种计量中导入TDLAS的努力正在持续。现有的以液体及气体为介质的利用激光的计量技术，大部分要使用高功率、高价的激光，测量值不是直接得到，而是需要对得到的资料进行分析，所以使用方法复杂，在设备的特性上，存在要求仔细注意的问题。可调谐分光方法及利用光纤的TDLAS方法不仅减少了尺寸，而且提高了耐久性，响应性快，与光纤一起使用，容易设置及维修，而且可以同时实时观测燃烧生成物，对燃烧系统的监视非常有用。但是，产业园的燃烧系统的排气端的直径或从一侧到另一侧的距离为10多米以上的情况较多，将光源激光器对齐到光检测部成为非常困难的问题。检测对象的距离短的情况下，通过手动操作，将作为光源的激光到达的部分用眼睛确认的同时调节光源的倾斜面来进行对齐。但是，燃烧系统的排气端的距离远，难以用肉眼确认作为光源的激光到达的部分，即便确认，用眼睛看并调节倾斜面进行对齐需要很长时间，实质上是近乎不可能的困难作业。由于强烈和高直行性的激光特性，在大规模排气端也可以使用光检测法，但是由于如上所述的实际对齐问题，不容易引入到现场。专利文献1涉及复合抛物聚光体，其是即使不对齐光源，由于抛物线形态的聚光体，光源向中心部侧反射，在中心部配置有光纤而将光聚合的器具。但是，专利文献1具有一种如凸透镜的聚光作用，在近距离不进行单独的对齐也可以应用，但是没有提出如本申请那样要求在远距离对齐的解决办法。专利文献2涉及利用激光衍射图案的部件的微孔对齐方法及对齐系统，其是关于多个部件的各孔之间的垂直对齐，通过形成利用激光束的衍射图案来对齐各部件的方法。在该方法中，多个部件的各孔的垂直对齐不正时，完全不出现衍射图案或衍射图案向一侧倾斜，由此可以确认各垂直部件的对齐。但是，根据图2可知，专利文献2用于对齐非常接近的垂直部件(图2的符号102及103)，与本专利技术需要的排气端上的远距离对齐的解决方法相差甚远。专利文献3涉及用于对齐高功率激光的检测器，检测器分为各4个独立的区域，在激光准确对齐到中心部的情况下，在4个区域检测出相同的能量，在向一侧倾斜的情况下检测出不均等的能量，由此可以确认和对齐方向的装置。但是，与其类似的现有的对齐装置难以应用于本申请专利技术和相关技术中的问题在于，本申请专利技术的距离远，首先，对齐到用于对齐的检测器范围内本身就很难。如上所述，在如排出端那样内部存在很多气体且距离远的情况下，至今未提出可以应用TDLAS的对齐的解决方法。另外，目前为止未提出在测量浓度差异大的气体的信号的同时可以对齐的装置。在先技术文献专利文献美国注册专利公报第5727108号(1998.05.10)大韩民国公开专利公报第2007-0052789号(2007.05.22)美国注册专利公报第4793715号(1988.12.27)大韩民国注册专利公报第0481433号(2005.03.28)大韩民国公开专利公报第2006-0124111号(2006.12.05)大韩民国公报专利公报第2004-0064506号(2004.07.19)
技术实现思路
所要解决的技术课题本申请专利技术是为了解决如上所述的问题而提出的，其目的在于，提供一种在可运用的时间内快速对齐或可同时测量高浓度和低浓度气体的装置及利用它的对齐方法，以便可以在如排出端那样内部存在很多气体且距离远的情况下可应用TDLAS。课题解决方案为了解决如上所述的问题，本申请专利技术的第一方式提供一种多种气体同时测量TDLAS对齐系统，其包括多种气体同时测量TDLAS，该多种气体同时测量TDLAS包括：照射激光束的激光部、存在用于测量的气体且通过所述激光束的测量部；汇聚通过所述测量部的激光束的光检测部；以及利用所述激光束执行分析的处理部；所述多种气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多种气体同时测量TDLAS对齐系统，包括多种气体同时测量TDLAS，所述多种气体同时测量TDLAS包括：照射激光束的激光部；存在用于测量的气体且所述激光束通过的测量部；汇聚通过所述测量部的激光束的光检测部；以及利用所述激光束执行分析的处理部，其特征在于，所述多种气体同时测量TDLAS对齐系统还包括：配置在所述激光部的光源前的双重缝隙，或者，将所述激光部的激光光源分为2个的分光器和在通过所述分光器分别分配的单个光源前配置的单一缝隙；以及移动部，根据在所述光检测部出现的格纹的强度，移动所述激光部或所述光检测部的位置。

【技术特征摘要】
2017.08.30 KR 10-2017-0110204;2017.10.31 KR 10-2011.一种多种气体同时测量TDLAS对齐系统，包括多种气体同时测量TDLAS，所述多种气体同时测量TDLAS包括：照射激光束的激光部；存在用于测量的气体且所述激光束通过的测量部；汇聚通过所述测量部的激光束的光检测部；以及利用所述激光束执行分析的处理部，其特征在于，所述多种气体同时测量TDLAS对齐系统还包括：配置在所述激光部的光源前的双重缝隙，或者，将所述激光部的激光光源分为2个的分光器和在通过所述分光器分别分配的单个光源前配置的单一缝隙；以及移动部，根据在所述光检测部出现的格纹的强度，移动所述激光部或所述光检测部的位置。2.如权利要求1所述的多种气体同时测量TDLAS对齐系统，其特征在于，在所述缝隙中，所述缝隙本身的宽度为0.01mm至0.2mm。3.如权利要求1所述的多种气体同时测量TDLAS对齐系统，其特征在于，通过调节所述双重缝隙中的缝隙间距或所述单一缝隙之间的间距，调节所述格纹的间距。4.一种多种气体同时测量TDLAS对齐系统，包括多种气体同时测量TDLAS，该多种气体同时测量TDLAS包括：照射激光束的激光部；存在用于测量的气体且所述激光束通过的测量部；汇聚通过所述测量部的激光束的光检测部；以及利用所述激光束执行分析的处理部，其特征在于，所述多种气体同时测量TDLAS对齐系统还包括：挡板，配置在所述激光部的光源前且具有圆形孔；移动部，根据由通过了所述圆形口径的所述激光束出现在光检测部的同心圆格纹的强度，移动所述激光部或所述光检测部的位置。5.如权利要求4所述的多种气体同时测量TDLAS对齐系统，其特征在于，所述圆形孔的直径为1μm至500μm。6.如权利要求4所述的多种气体同时测量TDLAS对齐系统，其特征在于，通过调节所述圆形孔的直径，调节所述同心圆格纹的间距。7.如权利要求1至6中的任一项所述的多种气体同时测量TDLAS对齐系统，其特征在于，所述移动部根据所述格纹的移动，向光的强度增大的方向移动。8.如权利要求1至6中的任一项所述的多种气体同时测量TDLAS对齐系统，其特征在于，在对齐光源和光检测部时，将所述激光部的光源更换为功率更大的光源。9.一种多种气体同时测量TDLAS，包括：照射激光束的激光部；存在用于测量的气体且所述激光束通过的测量部；汇聚通过所述测量部的激光束的光检测部；以及利用所述激光束执行分析的处理部，其特征在于，所述激光部将分布反馈式激光光源一和分布反馈式激光光源二的2个激光光源通过准直透镜二汇聚并照射，所述汇聚的激光通过的所述测量部包括：镜子一，将通过存在被测量的气体的区域的所述汇聚的激光反射一部分，通过一部分；镜子二，将从镜子一反射一部分的所述汇聚的激光重新反射；以及准直透镜一，从所述镜子二反射的所述汇聚的激光通过存在被测量的气体的区域之后，使用滤光片二仅汇聚所述激光光源一的激光；所述光检测部包括：信号检测器二，将通过所述镜子一的所述汇聚的激光使用滤光片一仅测量所述激光光源二的强度；以及信号检测器一，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昌烨，柳美软，苏城铉，孟赛莲，
申请(专利权)人：韩国生产技术研究院，
类型：发明
国别省市：韩国,KR