氢气传感器及用于在环境压力和升高压力下测量氢的方法技术

在不需要具有极长光学路径长度的池的情况下能够对氢气(H2)进行原位非接触式光学测量的气体传感器以及用于在环境压力和升高压力下测量氢气的方法。气体传感器可以被配置用于双气体测量，诸如H2和CO2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氢气传感器及用于在环境压力和升高压力下测量氢的方法专利技术背景
本专利技术涉及用于在过程分析、安全应用等中使用的氢气(H2)的测量。本专利技术将在化学和石化工业或可能存在氢气的其他领域中有应用。
技术介绍
氢气的测量可能在许多化学过程和气体混合中是感兴趣的。气候变化以及对减少化石燃料使用的关注已引起人们对氢作为例如燃料电池中的能源载体的极大兴趣。氢在与氧接触时极易爆炸。到生产设施周围的大气中的任何泄漏都造成潜在危害。对氢气传感器的需求非常高，而且该需求在不断增加。现今，所有氢传感器/检测器都是点传感器或提取分析仪。用于H2的非接触式原位测量的传感器/分析仪无法获得。这对于必须在反应性、有毒和腐蚀性气体流中监测氢的工业应用尤其重要。基于吸收光谱术的开放路径传感器是无法获得的。现今可获得的所有基于吸收光谱术的氢分析仪都是提取类型的，并使用腔增强吸收技术。提取池结合高度反射的反射镜来创建高精细度的腔。当将激光注入这样的腔中时，在激光漏出到检测器上之前，激光在反射镜之间反弹多次。这样，实现了最多达几公里的极其长的光学路径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.气体分析仪，所述气体分析仪基于可调谐激光光谱术、用于测量目标气体(500)中的至少一种气体成分的浓度，所述目标气体包括可能包括干扰气体的气体基质，所述分析仪包括发送器部分(600)和接收器部分(650)，所述发送器部分(600)包括可调谐激光器(2000)，所述可调谐激光器被布置用于发射激光射束(2100)形式的激光，所述激光射束(2100)遵循光学路径，所述激光的波长被调谐和调制在待测量的至少一种气体成分的吸收线上，所述激光射束(2100)通过所述目标气体(500)并到达所述接收器部分(650)所包括的光敏检测器(2500)上，所述光敏检测器生成吸收信号(2510)，所述吸收信号可能包括...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171215 NO NO201720011.气体分析仪，所述气体分析仪基于可调谐激光光谱术、用于测量目标气体(500)中的至少一种气体成分的浓度，所述目标气体包括可能包括干扰气体的气体基质，所述分析仪包括发送器部分(600)和接收器部分(650)，所述发送器部分(600)包括可调谐激光器(2000)，所述可调谐激光器被布置用于发射激光射束(2100)形式的激光，所述激光射束(2100)遵循光学路径，所述激光的波长被调谐和调制在待测量的至少一种气体成分的吸收线上，所述激光射束(2100)通过所述目标气体(500)并到达所述接收器部分(650)所包括的光敏检测器(2500)上，所述光敏检测器生成吸收信号(2510)，所述吸收信号可能包括来自待测量的气体成分和来自所述干扰气体的吸收信号贡献，数字化单元(2600)使所述吸收信号(2510)数字化，来自所述数字化单元(2600)的经数字化吸收信号被输入到处理单元(2700)，所述处理单元(2700)基于所述经数字化吸收信号执行对所述目标气体(500)中待测量的气体成分的测量浓度的计算，
所述分析仪的特征在于：
在环境压力下或升高压力处测量氢气H2的浓度，所述激光的波长被调谐在2122nm附近的H2吸收线上，并且其中，在所述激光的调制幅度被设置成增强2122nm附近的H2吸收线并抑制可能的干扰气体的吸收线；应用适于增强H2吸收线并抑制信号中可能的干扰气体的贡献的高阶数字滤波器类型的数字滤波器；以及基于经滤波的信号在所述处理单元(2700)中计算氢气成分的浓度。


2.根据权利要求1所述的气体分析仪，所述气体分析仪使用WMS或dWMS间歇地测量H2浓度和另一气体的浓度，其中，波长调制幅度及应用的至少一个至少二阶导数的数字滤波器两者间歇地适于测量H2浓度或另一气体的浓度。


3.根据权利要求2所述的气体分析仪，其中，所述另一气体是CO2。


4.根据权利要求1至3中的一项所述的气体分析仪，所述气体分析仪使用具有池的提取设置结构，所述池容纳所述目标气体，并且其中，所述目标气体被容纳在所述池中或流动通过所述池。


5.根据权利要求4所述的气体分析仪，其中，所述池是以下类型之一：
-单程池，
-双程池，以及
-多程池。


6.根据权利要求1、4或5所述的气体分析仪，其中，所述目标气体的压力被升高以测量H2并抑制其他气体的信号。


7.根据权利要求2、3、4、5或6所述的气体分析仪，其中，池压力根据待测量的气体间歇地变化。


8.根据权利要求7所述的气体分析仪，其中，对于测量H2，压力是环境压力或在环境压力与5巴绝对压力之间的升高压力，并且其中，对于测量另一气体，压力被调整至大约环境压力。


9.根据权利要求1至8中的一项所述的气体分析仪，所述气体分析仪被配置用于波长调制光谱术WMS，在斜坡扫描(1000)的顶部上具有较高频率WMS调制，模拟处理单元(2400)包括生成谐波信号的模拟混合功能。


10.根据权利要求9所述的气体分析仪，其中，所述WMS调制的幅度被设置成增强H2吸收线并抑制其他可能的干扰气体的吸收线。


11.根据权利要求10所述的气体分析仪，其中，所述WMS调制幅度是所述目标气体(500)中的H2吸收线的半峰半宽HWHM的大致2.2倍。


12.根据权利要求9至11中的一项所述的气体分析仪，其中，所述数字滤波器为适于增强H2吸收线并抑制干扰气体如CO2的贡献的高阶数字滤波器类型。


13.根据权利要求10至12中的一项所述的气体分析仪，其中，第二数字滤波器功能步骤是自定义数字滤波函数。


14.根据权利要求12所述的气体分析仪，其中，数字滤波器功能步骤总和为至少四阶导数Savitzky-Golay滤波器类型起作用，并且总和为至少四阶起作用。


15.根据权利要求1至8中的任一项所述的气体分析仪，所述气体分析仪被配置用于数字波长调制光谱术dWMS，在斜坡扫描(1000)的顶部上具有较高频率调制，所述数字化单元(2600)包括数字解调功能，所述数字解调功能生成与谐波信号等效的数字信号。


16.根据权利要求15所述的气体分析仪，在波长扫描期间，所述数字化单元(2600)以大于20位的分辨率进行数字化，并且以每五pm(微微米)至少一个样本进行采样，优选以每一pm一个样本或更多进行采样。


17.根据权利要求15所述的气体分析仪，其中，所述WMS调制幅度被设置成增强H2吸收线并抑制其他可能的干扰气体的吸收线。


18.根据权利要求17所述的气体分析仪，其中，所述调制幅度是所述目标气体中的吸收H2线的半峰半宽HWHM的大致2.2倍。


19.根据权利要求16至18中的一项所述的气体分析仪，其中，所述数字滤波器是适于增强H2吸收线并抑制其他气体如CO2的贡献的高阶数字滤波器类型中的任何一种。


20.根据权利要求19所述的气体分析仪，其中，第二数字滤波器功能步骤基于任何自定义的数字滤波函数


21.根据权利要求19所述的气体分...

【专利技术属性】
技术研发人员：维亚切斯拉夫·阿韦季索夫，
申请(专利权)人：恩伊欧监测设备有限公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO