廠家供應(yīng)工業(yè)在線分析儀
- 公司名稱 安徽譜析科技有限公司
- 品牌 其他品牌
- 型號(hào)
- 產(chǎn)地
- 廠商性質(zhì) 生產(chǎn)廠家
- 更新時(shí)間 2024/5/16 16:21:28
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價(jià)格區(qū)間 | 面議 | 儀器種類 | 相關(guān)部件 |
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應(yīng)用領(lǐng)域 | 食品,化工,地礦,能源,電子 |
一、工業(yè)在線分析儀產(chǎn)品介紹
激光拉曼光譜分析儀”實(shí)現(xiàn)包括氯堿行業(yè)中常用的氯氣和氯化氫氣體分析在內(nèi)的工業(yè)氣體原料成分實(shí)時(shí)在線分析領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,以及危險(xiǎn)氣體泄漏的在線監(jiān)測(cè)、實(shí)驗(yàn)室氣體分析等場(chǎng)景的廣泛應(yīng)用。“激光拉曼光譜分析儀”能夠檢測(cè)包括氧氣、氮?dú)?、一氧化碳、二氧化碳、氫氣、甲烷氯氣、氯化氫在?nèi)的數(shù)十種氣體及揮發(fā)物,實(shí)現(xiàn)ppm-100%量程的超高動(dòng)態(tài)范圍、100-10ppm(0.01%-0.001%)的超低檢出限、單個(gè)氣體1-10s的快速在線檢測(cè)。
同時(shí)采用深紫外納秒脈沖激光結(jié)合2ns閘控光電倍增管,實(shí)現(xiàn)針對(duì)甲烷、一氧化碳等危險(xiǎn)品的遠(yuǎn)距離探測(cè);能夠?qū)崿F(xiàn)1000米內(nèi)1米精度的逐層掃描,水平0-180°、豎直0-30°的0.01°精度掃描,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)掃描范圍內(nèi)任意位置的危險(xiǎn)氣體種類和濃度,能夠滿足于化工園區(qū)的危險(xiǎn)品泄漏監(jiān)測(cè)和大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)等應(yīng)用。
圖1
激光拉曼光譜分析儀結(jié)合激光拉曼光譜技術(shù)、非共心腔反射增強(qiáng)技術(shù)、光電倍增管、狹縫、納米位移平臺(tái)相結(jié)合的超高靈敏度光譜儀技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)拉曼光譜技術(shù)從分析固體和液體,向分析超低濃度氣體的跨越,替代進(jìn)口,降低成本。
如圖1所示,激光拉曼光譜分析儀針對(duì)工業(yè)氣體分析、危險(xiǎn)氣體監(jiān)測(cè)、實(shí)驗(yàn)室氣體分析、環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)等應(yīng)用。目前能夠檢測(cè)氧氣、氮?dú)?、一氧化碳、二氧化碳、氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔,隨后將檢測(cè)范圍擴(kuò)展至丙烷、丁烷、丙烯、丁烯、氯化氫、氯氣、氨氣、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、硫化氫等各類常見氣體。目前檢測(cè)極限達(dá)到100-10ppm(0.01%-0.001%),正在向10-1ppm持續(xù)研發(fā)中;對(duì)于每種氣體,檢測(cè)時(shí)間小于10s,能夠?qū)Χ鄠€(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)循環(huán)監(jiān)測(cè)。
圖2 激光拉曼光譜遠(yuǎn)程分析儀原理樣機(jī)
如圖2所示,激光拉曼光譜遠(yuǎn)程分析儀針對(duì)危險(xiǎn)氣體監(jiān)測(cè)、危險(xiǎn)物質(zhì)遠(yuǎn)程分析、大氣污染物監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程毒氣分析等應(yīng)用。結(jié)合拉曼光譜技術(shù)、納秒閘控技術(shù)、深紫外脈沖激光技術(shù)、自主研發(fā)的深紫外光譜儀發(fā)明zhuan利,實(shí)現(xiàn)10-1000 m范圍內(nèi)任意位置的危險(xiǎn)氣體如甲烷、一氧化碳等危險(xiǎn)品探測(cè)分析。
二、工業(yè)在線分析儀產(chǎn)品特點(diǎn)
1、關(guān)鍵核心技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)
(1)自主研發(fā)的超高靈敏度的光譜儀探測(cè)模塊,將狹縫、10^5-10^6增益的光電倍增管、50nm精度的納米位移平臺(tái)結(jié)合,通過掃譜方式替代現(xiàn)有的CCD/CMOS作為光譜儀探測(cè)器,將光譜分析的靈敏度提升10^4倍以上,能夠?qū)崿F(xiàn)各種微量物質(zhì)和氣體樣品的光譜分析
激光拉曼光譜技術(shù)雖然在各類分子的定性和定量分析具有廣闊應(yīng)用前景,但由于拉曼光譜信號(hào)極弱,對(duì)于微量(濃度1%以下)物質(zhì)和氣體的拉曼光譜分析,現(xiàn)有的基于CCD/CMOS探測(cè)器的光譜分析方法難以探測(cè)到有效信號(hào)。
光電倍增管(PMT)是靈敏度最高的光電探測(cè)器,其工作原理為:由光電效應(yīng)引起光子撞擊PMT的光電陰極,產(chǎn)生光電子,然后通過1000-1500V高壓場(chǎng)加速,經(jīng)過5-10個(gè)倍增極,光電子倍增10^5-10^6后由陽極接受從而轉(zhuǎn)化為電流或電壓信號(hào)。由于其倍增過程,相比于光電二極管、CCD、CMOS等光電傳感器,PMT靈敏度有10000倍以上的提升。但由于PMT為單點(diǎn)探測(cè)器,不能直接替代現(xiàn)有光譜儀中CCD/CMOS陣列探測(cè)器從而直接進(jìn)行光譜探測(cè)。
采用一個(gè)狹縫(例如20um*1mm)狹縫后放置PMT,二者結(jié)合便可以替代
CCD/CMOS陣列探測(cè)器的一個(gè)像元,再將二者置于一個(gè)超高精度納米位移平臺(tái)之上(重復(fù)定位精度50nm),通過納米位移平臺(tái)的移動(dòng)便可以替代CCD/CMOS陣列探測(cè)器從而實(shí)現(xiàn)光譜測(cè)量。針對(duì)不通的應(yīng)用場(chǎng)景,通過調(diào)整狹縫尺寸便可以在高分辨率和高靈敏度之間進(jìn)行取舍。
采用PMT、狹縫、納米位移平臺(tái)相結(jié)合的方式作為探測(cè)模塊:如圖3所示,將PMT和狹縫固定在納米位移平臺(tái)上,通過納米位移平臺(tái)的移動(dòng)進(jìn)行光譜掃描,獲取超高靈敏度的光譜譜線。該方法被應(yīng)用于公司產(chǎn)品“激光拉曼光譜分析儀”、“激光拉曼光譜遠(yuǎn)程分析儀”,同時(shí)為微量物質(zhì)和氣體光譜分析儀器的廣泛使用提供了可能。
圖3
(2)自主研發(fā)的內(nèi)嵌式激光光譜探測(cè)模塊,將激光鎖定在反射共心腔內(nèi)部,待測(cè)樣品位于激光器內(nèi)部,通過多次反射將激光聚焦于探測(cè)點(diǎn),從而可以將共心腔內(nèi)探測(cè)點(diǎn)處激光光譜信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)100倍以上
目前,拉曼光譜、激光誘導(dǎo)擊穿光譜等激光光譜技術(shù)已廣泛應(yīng)用于分子和原子的定性和定量分析,而針對(duì)微量物質(zhì)的分析受限于信號(hào)強(qiáng)度,因而對(duì)于微弱信號(hào)增強(qiáng)方法的需求越來越迫切。由于信號(hào)光強(qiáng)度與激發(fā)光功率成正比,提高激發(fā)光功率是增加信號(hào)強(qiáng)度的有效方法。但增加激光功率意味著更大的激光器體積和重量,散熱難度的增加,以及更高的成本。將激光鎖定在激光器內(nèi)部,通過激光器反射共心腔多次反射聚焦于樣品是有效提升拉曼光譜、激光誘導(dǎo)擊穿光譜等信號(hào)強(qiáng)度的另一種可能。本發(fā)明提出了內(nèi)嵌式激光光譜探測(cè)模塊,將激光鎖定在反射共心腔內(nèi)部,待測(cè)樣品位于激光器內(nèi)部,通過多次反射將激光聚焦于探測(cè)點(diǎn),從而可以將共心腔內(nèi)探測(cè)點(diǎn)處激光光譜信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)100倍以上。探測(cè)點(diǎn)處產(chǎn)生的激光光譜信號(hào)可沿共心腔軸向或垂直于軸向進(jìn)行探測(cè)。
圖4
(3)自主研發(fā)深紫外遠(yuǎn)程拉曼光譜激發(fā)收集模塊,結(jié)合深紫外納秒脈沖激光、卡塞格林望遠(yuǎn)鏡、高精度云臺(tái)、超高靈敏度光譜儀,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程非接觸式各類物質(zhì)成分分析,同時(shí)不受日光干擾;
深紫外激光拉曼光譜遠(yuǎn)程分析儀由四部分組成:深紫外超短脈沖激光器為核心的激光發(fā)射系統(tǒng);卡塞格林望遠(yuǎn)鏡和二維高精度云臺(tái)組成的信號(hào)光接收系統(tǒng);自主研發(fā)的超高靈敏度光譜儀;基于計(jì)算機(jī)的云臺(tái)控制和光譜分析系統(tǒng)。
深紫外遠(yuǎn)程拉曼光譜激發(fā)收集模塊核心光學(xué)設(shè)計(jì)如圖6所示,266/213nm高功率深紫外超短脈沖激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)反射后射向目標(biāo)點(diǎn),激發(fā)目標(biāo)位置各種物質(zhì)產(chǎn)生拉曼光后被卡塞格林望遠(yuǎn)鏡收集并聚焦,經(jīng)過透鏡準(zhǔn)之后分為兩路:一路經(jīng)二向色鏡反射后聚焦于陣列探測(cè)器,用于目標(biāo)位置成像并探測(cè)后向散射的激光;另一路透射二向色鏡后經(jīng)濾光片濾除激光,再由透鏡聚焦于針孔或狹縫用于濾除背景光,此后經(jīng)過球面反射鏡反射準(zhǔn)直,再由光柵分光后由另一片凹面反射鏡將不同波長(zhǎng)的拉曼光聚焦于探測(cè)器像平面上不同位置。通過分析目標(biāo)位置的拉曼光譜便可以對(duì)目標(biāo)位置物質(zhì)分布進(jìn)行定性和定量分析。采用213nm皮秒脈沖激光替代266nm激光,從而排除日光和熒光干擾,大幅提升動(dòng)態(tài)范圍。
圖5
(4)自主研發(fā)的電路模塊和嵌入式軟件、光譜分析算法和應(yīng)用程序。
具有自主開發(fā)基于FPGA、CPLD、STM32芯片的電路和嵌入式軟件程序能力,針對(duì)各類激光器和CCD、CMOS、PMT等探測(cè)器驅(qū)動(dòng)控制電路。譜析自主開發(fā)的適用于濱松S11639的CMOS控制板如圖7所示,核心功能包括時(shí)鐘脈沖周期調(diào)節(jié)、積分時(shí)間調(diào)節(jié)、ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換、通過TYPE-C接口的數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>
圖6 CMOS探測(cè)器控制板
核心光譜分析算法架構(gòu)能力,包括去噪聲、數(shù)據(jù)平滑、光譜去基線、特征峰校準(zhǔn)、特征峰分析等功能在內(nèi)的核心算法架構(gòu)能力。以及基于手機(jī)和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用程序架構(gòu)能力,能夠自主開發(fā)針對(duì)“激光拉曼光譜分析儀”的核心算法及應(yīng)用程序。圖8為“激光拉曼光譜分析儀”基于windows系統(tǒng)的應(yīng)用程序界面示例。
圖7
三、檢測(cè)原理
1928年C.V.拉曼實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),光與物質(zhì)分子相互作用時(shí)一部分光子能量發(fā)生變化,這一現(xiàn)象稱為拉曼散射。如圖1所示,氧氣分子的兩個(gè)氧原子之間的相互作用類似于通過彈簧連接的兩個(gè)小球,兩者往復(fù)振動(dòng)。不同之處在于,氧氣分子的各個(gè)振動(dòng)能級(jí)是分立的,類似于樓梯的臺(tái)階,每級(jí)臺(tái)階間能量差為Δ。對(duì)于不同分子的不同振動(dòng)模式,Δ是不同的,因而測(cè)定出Δ便能推斷出是哪一種分子的哪個(gè)振動(dòng)模式。當(dāng)激光聚焦在空氣中時(shí),激光光子與氧氣分子發(fā)生相互作用,一部分激光光子能量減少Δ,這部分能量Δ被氧氣分子吸收,振動(dòng)能量上了一個(gè)臺(tái)階。能量減少的這一小部分光子被稱為拉曼光,我們通過測(cè)量拉曼光譜中峰的橫坐標(biāo)Δ便可以確定這是氧氣分子的振動(dòng),同時(shí),峰值的縱坐標(biāo)即光強(qiáng)正比于氧氣的濃度。如同一個(gè)指紋對(duì)應(yīng)于一個(gè)人,一個(gè)拉曼特征峰對(duì)應(yīng)于一種分子。
四、激光拉曼氣體分析儀技術(shù)參數(shù)
儀表參數(shù) | 電 源: 220ACV |
最大功率: 120W | |
體 積: 60cm*46cm*32cm | |
重 量: 30kg | |
工作溫度: 5°C - 40°C | |
檢測(cè)裝置 | 檢測(cè)原理: 使用405激光激發(fā)氣體拉曼光譜 |
激光功率: 150mW | |
樣氣采集: 抽取式 | |
氣室壓強(qiáng): 0.1-1MPa 隨增壓泵而定 | |
預(yù)熱時(shí)間: 1min | |
檢測(cè)時(shí)間: 每種氣體10-30s | |
氣體參數(shù) | 氣體種類:O2、N2、CO、CO2、H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6等 |
(超過100種,見氣體目錄) | |
氣體數(shù)量: 根據(jù)需求定制,最多100種 | |
檢測(cè)范圍: 0-100% | |
分 辨 率: 高濃度0. 01% FS/低濃度0.0001%(1ppm) | |
標(biāo)準(zhǔn)精度: ±1% FS | |
監(jiān)測(cè)極限:0.001-0.01%(10-100ppm) | |
控制部件 | 計(jì) 算 機(jī): Windows7系統(tǒng)的工業(yè)屏 |
輸入/輸出 | USB、藍(lán)牙、WIFI |
維 護(hù) | 維護(hù)方式: 只需定期更換過濾器(周期3~6個(gè)月) |
故障檢測(cè):遠(yuǎn)程檢查、現(xiàn)場(chǎng)維修、返廠維修 |
激光拉曼氣體分析儀可測(cè)氣體列表(僅列出部分常用氣體)
Acetone | C3H5OH | Hydrochloric Acid | HCl | |
Acetylene | C2H2 | Hydrofluoric Acid | HF | |
Ammonia | NH3 | Hydrogen (Ortho) | H2 | |
Benzene | C6H6 | Hydrogen (Para) | H2 | |
Butane | C4H10 | Hydrogen Sulfide | H2S | |
Butene | C4H8 | Methane | CH4 | |
Carbonyl Sulfide | COS | Methanol | CH3OH | |
Carbon Dioxide | CO2 | Methyl Mercaptan | CH4S | |
Carbon Disulfide | CS2 | Napthalene | C8H10 | |
Carbon Monoxide | CO | Nitric Oxide | NO | |
Carbon Tetrachloride | CCl4 | Nitrogen | N2 | |
Chlorine | Cl2 | Nitrogen Dioxide | NO2 | |
Chloroform | CHCL3 | Nitrous Oxide | N2O | |
Ethane | C2H6 | Oxygen | O2 | |
Ethanol | C2H5OH | Pentane | C5H12 | |
Ethene | C2H4 | Propane | C3H8 | |
Formaldehyde | HCHO | Propene | C3H6 | |
Formamide | CH3NO | Silane | SiH4 | |
Hexane | C6H14 | Sulfur Dioxide | SO2 | |
Hydrazine | NH2NH2 | Sulfur Trioxide | SO3 | |
Hydrocarbons - Total Most ("Tars") | CXHY | Toluene | C6H5CH3 | |
Hydrocarbons - Total Aliphatic | CXHY | Water | H2O |