【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及乙炔裂解爐生產監測，更具體地說，本專利技術涉及一種基于熱輻射背景的co激光探測系統。
技術介紹
1、在以天然氣為燃料的乙烯裂解爐中，操作溫度通常超過800℃，這會產生強烈的熱輻射，特別是在中紅外區域，該熱輻射會與co的紅外吸收特征波長重疊，進而影響監測精度，此外，天然氣燃燒生成的高溫氣體以及裂解反應本身也會增強煙氣的熱輻射背景，給排煙管道中的co監測設備帶來額外的熱噪聲干擾，相比其他燃料，天然氣燃燒更接近完全燃燒，通常在較窄的空氣過量系數范圍內操作，當空氣量不足時，容易導致局部缺氧，從而增加co的生成，而空氣過量則會降低燃燒效率，因此，在乙烯裂解爐中，co濃度的微小變化尤為敏感，對co監測設備的靈敏度要求較高，同時，天然氣燃燒會產生大量水蒸氣，在高溫下，水蒸氣具有較強的紅外吸收峰，水蒸氣的吸收譜線會與co的紅外吸收譜線重疊，增加了co監測中的光譜干擾，現有的co監測系統通常缺乏在復雜光譜背景下有效識別和消除水蒸氣干擾的光譜解析能力，這使得區分水蒸氣和co的吸收信號變得更加困難。
技術實現思路
1、為了克服現有技術的上述缺陷，本專利技術提供一種基于熱輻射背景的co激光探測系統，通過量子級聯激光器和光束調制技術，在熱輻射背景下有效提取co信號。
2、在大型石油化工廠的乙炔生產車間，存在多臺以天然氣為燃料的乙炔裂解爐，具體地，在日常運行監測中，操作人員從控制系統中監測到co濃度曲線出現異常波動，但是仍然在環保標準允許范圍內，但與歷史數據相比略高，引起升高的原因尚
3、為了解決上述情形下的技術問題，實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
4、一種基于熱輻射背景的co激光探測系統，包括量子級聯激光器、熱釋電探測器、數據處理單元和信號分析模塊，量子級聯激光器發出4.6μm的激光光束，熱釋電探測器接收經過煙氣傳輸管道后的光束，將光電信號轉換為電信號，并將電信號傳輸給數據處理單元，數據處理單元對來自熱釋電探測器的信號進行濾波、模數轉換、信號解調，實時監測乙炔裂解爐中排煙管道的co濃度，數據處理單元連有參考光強調整模塊，參考光強調整模塊連有環境參數傳感模組，參考光強調整模塊利用環境參數傳感模組實時獲取的溫度、濕度和壓力數據，通過環境校正因子調整co的吸收系數，環境校正因子通過乙烯裂解罐排煙管道的實時監測溫度、濕度和壓力數據分析獲得，據此動態計算并修正參考光強，數據處理單元將其用于co濃度監測的動態修正，以補償由于水蒸氣吸收和熱輻射背景導致的光強波動，數據處理單元中，co濃度的實時監測修正公式為：
5、；
6、式中：為乙烯裂解爐排煙管道中co的實時監測濃度修正值，為co的吸收系數，即由溫度、濕度和壓力數據校正后煙氣中co對4.6μm激光光束的吸收系數，為光程長度，取激光經過的排煙管道的物理長度，為co的動態參考光強，由參考光強調整模塊獲得，為co通過排煙管道后的實際測量激光強度，由熱釋電器探測器獲得。
7、作為本專利技術進一步的方案，量子級聯激光器包括能夠發射4.6μm的激光光源發生器，激光光源發生器連有光束調制器和第一溫控模塊，光束調制器連有準直透鏡。
8、系統開始時，激光光源發生器為量子級聯激光器提供穩定的電流和控制信號，qcl開始發射4.6μm的激光光束。激光光束通過光束調制器，調制器對激光進行頻率或脈沖調制，這使得激光光束攜帶特定的調制信息。在量子級聯激光器工作過程中，第一溫控模塊維持量子級聯激光器的溫度穩定，確保激光發射的波長精確穩定在4.6μm，不受環境溫度變化的影響。調制后的激光束通過準直透鏡，透鏡將光束準直為平行光束，確保光束在煙氣傳輸管道內的穩定傳播。準直后的激光束穿過含有co的煙氣傳輸管道，co分子在特定波長下吸收部分激光能量，剩余的光束強度則傳輸至熱釋電探測器。熱釋電探測器接收經過煙氣管道后的光束，并將其轉換為電信號，后續信號通過鎖相放大技術進行解調，從中分離出純凈的co吸收信號。
9、作為本專利技術進一步的方案，量子級聯激光器的激光光束通過煙氣傳輸管道傳輸到熱釋電探測器，煙氣傳輸管道的入口和出口均設有光學窗口，熱釋電探測器上設有低噪聲前置放大器和第二溫控模塊。
10、作為本專利技術進一步的方案，數據處理單元包括信號濾波器、模數轉換器、信號解調器和氣體濃度計算單元，信號濾波器與模數轉換器相連，模數轉換器與信號解調器相連，信號解調器與氣體濃度計算單元相連。
11、激光光束在穿過煙氣傳輸管道后到達熱釋電探測器，探測器接收到經過co吸收后的光束強度信號，并將光信號轉換為相應的電信號。熱釋電探測器上的低噪聲前置放大器對電信號進行放大。第二溫控模塊維持熱釋電探測器的工作溫度穩定，避免由于環境溫度波動引起的探測器靈敏度變化和信號漂移，從而提高測量精度和信號穩定性。數據處理單元接收到放大的電信號后，首先通過信號濾波器去除噪聲，再通過模數轉換器將模擬信號轉換為數字信號，便于后續的數字信號處理。數據處理單元利用鎖相放大技術對調制信號進行解調，從中提取出與co濃度相關的純凈信號，并有效分離出水蒸氣和熱輻射背景的干擾信號。解調后的信號被送入氣體濃度計算單元，通過公式計算出實際的co濃度值，并與歷史數據進行對比分析。
12、溫度變化會直接影響氣體分子的能量狀態和運動速度，從而影響co分子對激光的吸收特性。高溫條件下，分子間的碰撞頻率增加，導致吸收線的展寬和中心頻率的微小偏移。因此，需要根據實時溫度對co的吸收系數進行調整，以補償這種影響。壓力變化影響氣體的密度和分子碰撞頻率，進而影響光吸收的強度和吸收線的展寬。較高的壓力通常導致吸收線的展寬，因此在測量中需要根據實時壓力對吸收系數進行修正。濕度（尤其是水蒸氣濃度）的變化會對光的傳播和吸收產生顯著影響。水蒸氣在中紅外波段有較強的吸收譜線，與co的吸收譜線重疊，從而干擾測量。因此，濕度的變化需要通過校正因子來調整，以抵消這種干擾對co測量結果的影響。
13、作為本專利技術進一步的方案，在參考光強調整模塊中，通過乙烯裂解罐排煙管道的實時監測溫度、濕度和壓力數據，利用預定義的環境校正因子公式獲取環境校正因子，預定義的環境校正因子公式為：
14、；
15、式中：、、分別為乙烯裂解罐排煙管道的實時監測溫度、濕度和壓力，為環境校正因子，、、分別為參考溫度、參考濕度和參考壓力，參考溫度、參考濕度和參考壓力分別為293k、標準條件下50%相對濕度對應的絕對濕度、101325pa，、、分別為溫度影響指數、壓力影響指數和濕度影響指數，通過實驗標定獲得。
16、co分子的吸收特性會隨溫度、壓力和濕度的變化而改變。高溫會導致分子運動加劇，影響吸收譜線的展寬；壓力變化會影響氣體的密度和分子碰撞頻率，從而影響吸收強度；濕度變化會引入水蒸氣的干擾，尤其是在中紅外波段，水蒸氣的吸收與co的吸收重疊。為了在不同的環境條件下依然能夠精確測量co的濃度，必須對co的吸收系數進行本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于熱輻射背景的CO激光探測系統，其特征在于，包括量子級聯激光器、熱釋電探測器、數據處理單元和信號分析模塊，量子級聯激光器發出4.6μm的激光光束，熱釋電探測器接收經過煙氣傳輸管道后的光束，將光電信號轉換為電信號，并將電信號傳輸給數據處理單元，數據處理單元對來自熱釋電探測器的信號進行濾波、模數轉換、信號解調，實時監測乙炔裂解爐中排煙管道的CO濃度，數據處理單元連有參考光強調整模塊，參考光強調整模塊連有環境參數傳感模組，參考光強調整模塊利用環境參數傳感模組實時獲取的溫度、濕度和壓力數據，通過環境校正因子調整CO的吸收系數，環境校正因子通過乙烯裂解罐排煙管道的實時監測溫度、濕度和壓力數據分析獲得，據此動態計算并修正參考光強，數據處理單元將其用于CO濃度監測的動態修正，以補償由于水蒸氣吸收和熱輻射背景導致的光強波動，數據處理單元中，CO濃度的實時監測修正公式為：
2.根據權利要求1所述的一種基于熱輻射背景的CO激光探測系統，其特征在于，量子級聯激光器包括能夠發射4.6μm的激光光源發生器，激光光源發生器連有光束調制器和第一溫控模塊，光束調制器連有準直透鏡。
<...【技術特征摘要】
1.一種基于熱輻射背景的co激光探測系統，其特征在于，包括量子級聯激光器、熱釋電探測器、數據處理單元和信號分析模塊，量子級聯激光器發出4.6μm的激光光束，熱釋電探測器接收經過煙氣傳輸管道后的光束，將光電信號轉換為電信號，并將電信號傳輸給數據處理單元，數據處理單元對來自熱釋電探測器的信號進行濾波、模數轉換、信號解調，實時監測乙炔裂解爐中排煙管道的co濃度，數據處理單元連有參考光強調整模塊，參考光強調整模塊連有環境參數傳感模組，參考光強調整模塊利用環境參數傳感模組實時獲取的溫度、濕度和壓力數據，通過環境校正因子調整co的吸收系數，環境校正因子通過乙烯裂解罐排煙管道的實時監測溫度、濕度和壓力數據分析獲得，據此動態計算并修正參考光強，數據處理單元將其用于co濃度監測的動態修正，以補償由于水蒸氣吸收和熱輻射背景導致的光強波動，數據處理單元中，co濃度的實時監測修正公式為：
2.根據權利要求1所述的一種基于熱輻射背景的co激光探測系統，其特征在于，量子級聯激光器包括能夠發射4.6μm的激光光源發生器，激光光源發生器連有光束調制器和第一溫控模塊，光束調制器連有準直透鏡。
3.根據權利要求2所述的一種基于熱輻射背景的co激光探測系統，其特征在于，量子級聯激光器的激光光束通過煙氣傳輸管道傳輸到熱釋電探測器，煙氣傳輸管道的入口和出口均設有光學窗口，熱釋電探測器上設有低噪聲前置放大器和第二溫控模塊。
4.根據權利要求3所述的一種基于熱輻射背景的co激光探測系統，其特征在于，數據處理單元包括信號濾波器、模數轉換器、信號解調器和氣體濃度計算單元，信號濾波器與模數轉換器相連，模數轉換器與信號解調器相連，信號解調器與氣體濃度計算單元相連。
5.根據權利要求1所述的一種基于熱輻射背景的co激光探測系統，其特征在于，在參考光強調整模塊中，通過乙烯裂解罐排煙管道...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張樂文，宋旭東，李梓霂，徐榮靜，吳海濱，趙躍東，郭警中，
申請(專利權)人：安徽中科維德數字科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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