Анализатор состава природного газа

Изобретение относится к области измерительной техники и касается анализатора состава природного газа. Анализатор содержит непрерывный лазер, поворотную призму, линзу, фокусирующую лазерное излучение в центре герметичной кюветы, ловушку лазерного излучения, два объектива, голографический фильтр, блокирующий излучение в области длины волны лазера, спектральный прибор, сопряженный с многоканальным фотодетектором, блок управления и персональный компьютер. Между щелью спектрального прибора и объективом, направляющим на нее собранное рассеянное излучение, на оси ротора шагового двигателя, находящейся в одной плоскости с осью, вдоль которой внутри кюветы распространяется лазерное излучение, установлена оптически прозрачная плоскопараллельная пластина, наибольшие грани которой расположены параллельно плоскости входной щели. Технический результат заключается в повышении устойчивости метрологических характеристик анализатора к механическим вибрациям, изменению температуры и давления воздуха. 3 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения качественного и количественного состава природного газа.

Поскольку химический состав природного газа на разных месторождениях сильно различается, предприятия, занимающиеся добычей, транспортировкой и переработкой природного газа, нуждаются в высокоточных, простых в обслуживании и надежных приборах газового контроля. Несмотря на широкое распространение для решения данной задачи газовых хроматографов, достаточно привлекательными выглядят газоанализаторы основанные на спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) света. КР-газоанализаторы характеризуются отсутствием расходных материалов и сложной пробоподготовки, высоким быстродействием, а также возможностью одновременного контроля всех молекулярных соединений анализируемого газа, содержание которых превышает порог чувствительности аппаратуры. Суть работы КР-газоанализаторов заключается в следующем. При возбуждении молекул анализируемого газа лазерным излучением, в месте взаимодействия возникает рассеянное излучение, которое в своем спектральном составе помимо излучения на длине волны лазеры имеет дополнительные полосы, которые, в соответствии с их частотным сдвигом и интенсивностью, характеризуют состав анализируемого газа. Данное излучение собирается оптической системой (как правило, объективом или парой объективов) и направляется на входную щель спектрального прибора. В свою очередь для повышения достоверности расшифровки зарегистрированных спектров КР требуется высокое разрешение спектров, которое обеспечивается за счет уменьшения ширины входной щели спектрального прибора до десятков микрометров. С другой стороны для эффективного сбора рассеянного света и минимизации потерь на входной щели и без того слабых сигналов КР используется фокусировка лазерного излучения в перетяжку (рассеивающий объем) размером также до десятков микрометров. Таким образом для обеспечения максимальной эффективности работы КР-газоанализатора максимально узкое изображение рассеивающего объема должно строго попадать на узкую щель спектрального прибора. В данном случае при таких размерах изображения и щели даже при изменениях температуры или давления воздуха (ввиду изменения показателя преломления света), не говоря уже о механических вибрациях, будет иметь место разъюстировка оптической системы, которая, за счет смещения изображения со щели, будет приводить к уменьшению интенсивности регистрируемых сигналов КР, что будет в свою очередь негативно сказываться на достоверности проводимого анализа. Таким образом, обеспечение стабильной настройки оптической системы КР-газоанализатора является очень важной задачей.

Известен лазерный анализатор природного газа, основанный на методе спектроскопии КР [свидетельство на полезную модель №10462, 1999 г, G01N 21/25]. Данное устройство содержит лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету, конденсорный объектив, деполяризующий клин, голографический фильтр, полихроматор, содержащий вогнутую дифракционную решетку, приемный блок, содержащий распределительный элемент и фотодиодные линейки, а также блок управления и ЭВМ. Основными его недостатками являются низкая интенсивность регистрируемых сигналов КР, обусловленная малым углом сбора рассеянного света, ввиду использования одного объектива, низкое качество спектров, ввиду использования вогнутой дифракционной решетки, а также низкая стабильность настройки оптической системы.

Известен анализатор состава природного газа [Патент РФ №126136, 2013 г, G01N 21/00] основанный на спектроскопии КР. Указанное устройство имеет в своем составе лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету, голографический фильтр, блок управления сопряженный с ПК, а также светосильный спектральный прибор с плоской дифракционной решеткой сопряженный с ПЗС-матрицей. Основным недостатком данного анализатора является низкая интенсивность регистрируемых сигналов КР, обусловленная малым углом сбора рассеянного света, ввиду использования одного объектива, а также низкая стабильность настройки оптической системы.

Наиболее близким по принципу действия к патентуемому устройству

является газоанализатор природного газа основанный на спектроскопии КР [D.V. Petrov, I.I. Matrosov. Raman gas analyzer (RGA): Natural gas measurements // Applied Spectroscopy. 2016. V. 70. N 10. P. 1770-1776]. Указанное устройство имеет в своем составе лазер, фокусирующую линзу, поворотную призму, газовую кювету, пару объективов предназначенных для сбора и направления рассеянного света, между которыми установлен голографический фильтр, спектральный прибор сопряженный с ПЗС-матрицей, а также блок управления сопряженный с ПК. В отличие от двух указанных выше анализаторов, в данном приборе для сбора рассеянного света используются два объектива, что позволяет удвоить угол сбора рассеянного света и, соответственно, интенсивность регистрируемых сигналов КР.

Основным недостатком данного газоанализатора является низкая стабильность настройки оптической системы.

Задачей на решение которой направлено изобретение является обеспечение стабильности настройки оптической системы при использовании ширины входной щели спектрального прибора соизмеримой с размером изображения рассеивающего объема формируемого в ее плоскости.

Технический результат - повышение устойчивости метрологических характеристик анализатора к механическим вибрациям, а также изменениям температуры и давления атмосферного воздуха.

Указанный результат достигается тем, что в системе содержащей непрерывный лазер, поворотную призму, линзу, фокусирующую лазерное излучение в центре герметичной кюветы, оснащенной двумя окнами для пропускания лазерного излучения и одним окном для вывода рассеянного света, ловушку лазерного излучения, два объектива, голографический фильтр, блокирующий излучение в области длины волны лазера, спектральный прибор, сопряженный с многоканальным детектором, блок управления и ПК между щелью спектрального прибора и объективом, направляющим на нее собранное рассеянное излучение, установлена оптически прозрачная плоскопараллельная пластина наибольшие грани которой расположены параллельно плоскости входной щели.

Оптически прозрачная плоскопараллельная пластина позволяет посредством ее поворота сместить изображение рассеивающего объема в плоскости экрана, которая в данном случае является плоскостью входной щели (см. Фиг. 3). В свою очередь, ее расположение на оси ротора шагового двигателя позволяет полностью автоматизировать данный процесс, а также осуществлять указанное смещение изображения на очень малую величину. Необходимо отметить, что поскольку вертикальный размер изображения рассеивающего объема много больше его горизонтального размера, то такое смещение целесообразно осуществлять только вдоль горизонтали. В этой связи данная пластина закреплена на оси ротора шагового двигателя, которая в свою очередь располагается в одной плоскости с осью распространения лазерного луча в кювете.

Изобретение поясняется рисунками.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства.

На фиг. 2 приведен предлагаемый анализатор состава природного газа (вид сверху)

Фиг. 3 демонстрирует смещение изображения с помощью оптически прозрачной плоскопараллельной пластины.

Анализатор состава природного газа (фиг. 7, 2) содержит непрерывный лазер 1, фокусирующую линзу 2, поворотную призму 3, газовую кювету 4, ловушку лазерного излучения 5, объективы 6 и 8, голографический фильтр 7, шаговый двигатель 9, плоскопараллельную пластину 10, спектральный прибор 11, многоканальный фотодетектор 12, блок управления 13 и ПК 14.

Предлагаемый анализатор состава природного газа работает следующим образом. Излучение от лазера 1 направляется поворотной призмой 3 сквозь кювету 4 содержащую анализируемый природный газ, фокусируясь в ее центре линзой 2, и попадает в ловушку лазерного излучения 5. Образовавшееся рассеянное на молекулах природного газа излучение из центра кюветы собирается объективом 6. Сформировавшийся параллельный пучок собранного рассеянного излучения, проходя через голографический фильтр 7, блокирующий излучение в области длины волны лазера, направляется на объектив 8, который направляет его сквозь оптически прозрачную плоскопараллельную пластину 9, находящуюся на оси ротора шагового двигателя 10, и фокусирует его на входной щели спектрального прибора 11. Данный спектральный прибор, в свою очередь, осуществляет разложение поступившего излучения в спектр, который регистрируется многоканальным фотодетектором 12. Детектор передает электрические сигналы в блок управления 13, откуда они направляются на ПК 14 для проведения математической обработки, вычисления концентраций компонентов и визуализации результатов. До проведения регистрации спектра КР анализируемого природного газа по которому будет осуществляться определение его состава, осуществляется процедура подстройки оптической системы суть, которой заключается в следующем. Шаговый двигатель 10 делает один шаг, поворачивая плоскопараллельную пластину 9 относительно своего первоначального положения (положение при котором наибольшие грани пластины расположены параллельно плоскости входной щели) и в блоке управления 13 осуществляется оценка интегральной интенсивности регистрируемого спектра. После этого шаговый двигатель делает следующий шаг в сторону увеличения отклонения от первоначального положения и также происходит процедура оценки интегральной интенсивности полученного спектра. Данная процедура повторяется до тех пор, пока интегральная интенсивность регистрируемого спектра не упадет в 2 раза. Полученные данные соответствия положения поворота пластины и зарегистрированной интенсивности хранятся в памяти блока управления 13. После этого шаговый двигатель возвращается в свое первоначальное положение и делает повороты пластины в противоположную сторону с соответствующей регистрацией спектров и оценкой их интегральной интенсивности на каждый шаг. Данная процедура аналогичным образом повторяется до тех пор, пока интегральная интенсивность не упадет в 2 раза относительно первоначального положения. После этого шаговый двигатель поворачивает пластину в то положение, где интенсивность была максимальной и проводится регистрация спектра КР анализируемого газа, из которого потом будет определен его качественный и количественный компонентный состав.

Анализатор состава природного газа, содержащий непрерывный лазер, поворотную призму, линзу, фокусирующую лазерное излучение в центре герметичной кюветы, ловушку лазерного излучения, два объектива, голографический фильтр, блокирующий излучение в области длины волны лазера, спектральный прибор, сопряженный с многоканальным фотодетектором, блок управления и ПК, отличающийся тем, что между щелью спектрального прибора и объективом, направляющим на нее собранное рассеянное излучение, на оси ротора шагового двигателя, находящейся в одной плоскости с осью, вдоль которой внутри кюветы распространяется лазерное излучение, установлена оптически прозрачная плоскопараллельная пластина, наибольшие грани которой расположены параллельно плоскости входной щели.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения параметров ограненного драгоценного камня. Устройство состоит из комплекта источников излучения, каждый из которых сконфигурирован для испускания оптического излучения на отдельных длинах или в интервалах длин волн таким образом, чтобы испускаемое излучение облучало, по меньшей мере, часть измерительной позиции.

Группа изобретений относится к области технологий материалов, материаловедческих и аналитических исследований. Планарный оптический ГКР-сенсор для детектирования белковых соединений включает последовательно расположенные на подложке на основе диэлектрического химически инертного материала наноструктурированное покрытие на основе наночастиц благородных металлов и прозрачный микропористый слой полиэлектролита, характеризующийся способностью/возможностью образовывать полиэлектролитный комплекс с белковыми соединениями, при этом наночастицы благородных металлов имеют размеры 20-90 нм, наноструктурированное покрытие из них выполнено толщиной 1-10 мкм, а слой полиэлектролита выполнен толщиной 50-100 мкм.

Изобретение относится к способам анализа элементного состава веществ. Способ определения элементного состава капельных жидкостей включает: возбуждение плазменного разряда, доставку в зону разряда частиц анализируемой жидкости, регистрацию и обработку спектров излучения анализируемой жидкости, причем возбуждение плазменного разряда проводят при атмосферном давлении, основными носителями заряда в плазме являются электроны, генерируемые катодом плазменной горелки или каким-либо другим источником заряженных элементарных частиц.

Изобретение относится к области измерительной техники. Анализатор состава природного газа содержит непрерывный лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету с входным и боковым окном, фотообъектив, голографический фильтр, спектральный прибор, сопряженный с ПЗС-матрицей, и блок управления, взаимодействующий с ПЗС-матрицей.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для проведения качественного и количественного анализа газовых сред. Лазерный газоанализатор содержит непрерывный лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету с входным окном для ввода лазерного излучения и окном для вывода рассеянного излучения под углом 90°, фотообъектив, голографический фильтр, спектральный прибор, сопряженный с ПЗС-матрицей, и блок управления.

Изобретение относится к медицине, а именно к терапии и кардиологии, и может быть использовано для диагностики ишемической болезни сердца. Ткань ногтевых пластин с пятых пальцев кистей правой и левой рук возбуждают линейно поляризованным лазерным излучением длиной волны 532 нм.

Изобретение относится к способу определения компонента в сепарационном блоке, расположенном ниже по потоку относительно реактора получения уксусной кислоты, включающему (i) подачу сырьевого потока в ректификационную колонну для перегонки низкокипящих фракций, где сырьевой поток содержит следующие компоненты: йодистый метил, воду, метанол, метилацетат, ацетальдегид, уксусную кислоту, алканы и пропионовую кислоту, (ii) разделение с помощью ректификационной колонны для перегонки низкокипящих фракций сырьевого потока на первый погон выходящего потока и выходящий поток кубового остатка, где первый погон выходящего потока содержит следующие компоненты: от 30% мас.

Изобретение относится к переносным устройствам для экспресс-оценки оптических характеристик растений на определенных волновых числах, закономерное изменение амплитуды которых является признаком влияния водорода, и может применяться для выявления зон эманации водорода за счет использования растений в качестве биоиндикаторов.

Изобретение относится к способу получения винилацетата, где указанный способ включает: (а) взаимодействие в реакторе (i) от 65 до 80 мол.% этилена, (ii) от 10 до 25 мол.% уксусной кислоты и (iii) от 5 до 15 мол.% кислородсодержащего газа в присутствии палладиево-золотого катализатора с получением винилацетата; (b) выведение из реактора газового потока, содержащего этилен, уксусную кислоту, винилацетат, воду и диоксид углерода; (c) разделение газового потока на поток этилена, включающий этилен и диоксид углерода, и первичный поток винилацетата, включающий винилацетат, воду и уксусную кислоту; (d) разделение потока этилена на поток регенерированного этилена и поток диоксида углерода; (e) разделение первичного потока винилацетата на поток винилацетата и поток регенерированной уксусной кислоты; (f) повторную подачу в реактор на стадию (а) потока регенерированного этилена со стадии (d) и потока регенерированной уксусной кислоты со стадии (е); (g) измерение концентрации компонентов, принимающих участие или связанных с одной или несколькими из перечисленных выше стадий, с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния, где данная стадия измерения включает стадию идентификации сдвигов комбинационного рассеяния и интенсивностей сигналов компонентов, принимающих участие или связанных с одной или несколькими из перечисленных выше стадий; и (h) регулирование условий в реакторе или в любой из последующих стадий в соответствии с измеренными концентрациями компонентов для осуществления надлежащего управления реакцией или любой из последующих стадий.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к спектроскопии комбинационного рассеяния света, и может быть использовано для проведения качественного и количественного анализа газовых сред.

Изобретение относится к криоконсервации биологических объектов. Предложенный способ подбора условий для криоконсервации биологических объектов в вязких средах с использованием гидратообразующих газов предусматривает внесение исследуемых криопротекторов в среду для криоконсервации, при этом: а) на первом этапе измеряют вязкость контрольного раствора одного или более криопротекторов, дополнительно содержащего наночастицы при его охлаждении в рабочем диапазоне температур от +20˚С до целевой температуры, выбранной в интервале от -10 до -130°С; б) на втором этапе измеряют вязкость раствора криопротектора или композиции криопротекторов, дополнительно содержащего наночастицы с пониженной концентрацией на 5-45% под давлением гидратообразующего газа в процессе охлаждении раствора; в) если значение вязкости криопротектора или композиции криопротекторов с пониженной концентрацией не достигает вязкости контрольного раствора вплоть до целевой температуры, то сниженную концентрацию криопротектора или композиции криопротекторов необходимо повышать и снова проводить измерение согласно пункту б); г) если же в интервале до целевой температуры значение вязкости криопротектора или композиции криопротекторов с пониженной концентрацией достигает значения параметра вязкости в контрольном растворе, то проводится третий этап.

Изобретение относится к устройствам сканирования возбуждаемого лазерным источником излучения спектра флуоресценции поверхности объекта исследований и представления результата в виде изображений в видимом и ИК-диапазонах.

Изобретение относится к области спектроскопии и касается способа обнаружения элемента в образце. Способ осуществляется с помощью системы спектроскопии возбуждения лазерным пробоем (LIBS), включающей в себя первый лазер, второй лазер, спектрометр и детектор.

Изобретение относится к спектральной измерительной технике. Устройство для регистрации эмиссии образца в среднем диапазоне инфракрасного спектра содержит внешний источник излучения, конденсорную систему, первое плоское зеркало, сферическое зеркало.

Изобретение относится к области спектрального анализа и касается способа идентификации фарфора по виду материала. Способ включает в себя освещение исследуемых образцов, регистрацию спектров фотолюминесценции и создание по спектральным характеристикам обучающей выборки с последующим формированием базы данных в виде 3-х групп образцов по виду материала: костяной фарфор, мягкий и твердый.

Изобретение относится к оптическим устройствам, имитирующим вещество, обладающее круговым дихроизмом. Устройство для калибровки дихрографов кругового дихроизма, содержащее линейный поляризатор, представляющий собой изотропную прозрачную пластину диэлектрика с фиксированным углом наклона относительно направления распространения света и возможностью вращения относительно направления распространения света, и фазовую пластину, обеспечивающую разность хода между обыкновенным и необыкновенным лучами (2m+1)⋅λ/4.

Изобретение относится к лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии. Система (102) для определения свойств образца (114) содержит ЛИЭС-детектор (104, 106) и детектор инфракрасного поглощения (108, 110) для исследования образца (114) с целью создания спектральных данных ЛИЭС и спектральных данных инфракрасного поглощения, соответственно; и процессор данных (112), предусмотренный для применения по меньшей мере одной хемометрической модели прогнозирования, каждая из которых построена для установления связи, предпочтительно количественной связи, между признаками объединенных спектральных данных ЛИЭС и поглощения с отдельным специфическим свойством образца, с комбинированным набором данных, выведенным из по меньшей мере частей данных ЛИЭС и данных поглощения, для создания из него определения, предпочтительно количественного определения, специфического свойства, связанного с указанной моделью.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к спектроскопии комбинационного рассеяния света, и может быть использовано для проведения качественного и количественного анализа газовых сред.
Изобретение относится к области аналитической химии элементного анализа и может быть использовано для лазерно-искрового эмиссионного определения бериллия в металлических сплавах и порошках.

Изобретение относится к подложке для исследований усиленного поверхностью комбинационного рассеяния. Подложка содержит полупроводниковую поверхность с формированными на ней нитевидными кристаллами, покрытыми пленкой металла, выбранного из группы, состоящей из серебра, золота, платины, меди и/или их сплавов.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается газоанализатора комбинационного рассеяния. КР-газоанализатор включает в себя непрерывный лазер, поворотную призму, линзу, фокусирующую лазерное излучение в центре герметичной кюветы, оснащенной двумя окнами для пропускания лазерного излучения и одним окном для вывода рассеянного света, два объектива, голографический фильтр, блокирующий излучение в области длины волны лазера, спектральный прибор, сопряженный с многоканальным детектором, блок управления и персональный компьютер. Кювета оборудована датчиком давления и двумя электроклапанами. К каналу входа газовой среды подсоединен малогабаритный газовый компрессор. Снаружи кюветы, напротив ее окон, предназначенных для пропускания лазерного излучения, установлены два идентичных сферических зеркала, обращенных своими зеркальными поверхностями друг к другу таким образом, что вкупе с ориентацией поворотной призмы обеспечивается многократное прохождение лазерных лучей сквозь кювету для их фокусировки и пересечения в двух точках, расположенных на оптической оси объектива для сбора рассеянного излучения. Технический результат заключается в повышении интенсивности регистрируемых спектров КР. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается анализатора состава природного газа. Анализатор содержит непрерывный лазер, поворотную призму, линзу, фокусирующую лазерное излучение в центре герметичной кюветы, ловушку лазерного излучения, два объектива, голографический фильтр, блокирующий излучение в области длины волны лазера, спектральный прибор, сопряженный с многоканальным фотодетектором, блок управления и персональный компьютер. Между щелью спектрального прибора и объективом, направляющим на нее собранное рассеянное излучение, на оси ротора шагового двигателя, находящейся в одной плоскости с осью, вдоль которой внутри кюветы распространяется лазерное излучение, установлена оптически прозрачная плоскопараллельная пластина, наибольшие грани которой расположены параллельно плоскости входной щели. Технический результат заключается в повышении устойчивости метрологических характеристик анализатора к механическим вибрациям, изменению температуры и давления воздуха. 3 ил.

Наверх