多通道分光器以及具有该装置的中红外分析系统

摘要

本发明涉及一种多通道分光器，具有多个取样通道、以及拉曼光谱分光装置，所述取样通道均安装有取样电磁阀和取样通道控制装置，其特征在于该取样通道控制装置包括电源模块、可编程控制器、用于控制取样通道的电磁阀的继电器，所述可编程控制器的电源端与所述电源模块的输入端均电连接至交流电源，所述可编程控制器的多个控制信号输出端与继电器的线圈对应连接，所述继电器的开关一一对应连接在所述电源模块输出端与每个取样通道上的电磁阀之间，所述可编程控制器通过控制继电器的开关控制相应电磁阀的导通或关断。本发明的装置能够提高检测结果的准确度和精度，特别适用于各种燃料油例如汽油、柴油、航空煤油等各种样品的理化指标的测定。

权利要求

1.一种中红外分析系统，适用于汽油、柴油、航空煤油样品的理化指标的测定；其特征在于包括多通道分光器，所述的多通道分光器具有汽油取样通道、柴油取样通道、航空煤油取样通道以及拉曼光谱分光装置，所述取样通道均安装有取样电磁阀和取样通道控制装置，其特征在于该取样通道控制装置包括电源模块、可编程控制器、用于控制取样通道的电磁阀的继电器，所述可编程控制器的电源端与所述电源模块的输入端均电连接至交流电源，所述可编程控制器的多个控制信号输出端与继电器的线圈对应连接，所述继电器的开关一一对应连接在所述电源模块输出端与每个取样通道上的电磁阀之间，所述可编程控制器通过控制继电器的开关控制相应电磁阀的导通或关断；所述的拉曼光谱分光装置具有波长为3000nm-6000nm的近红外半导体激光二级管作为光源的光源部；和用光源照射燃油样品的样品室、以及对燃油样品发生的拉曼散射光进行分光的衍射光栅和用于检测由该衍射光栅分光的拉曼散射光的多通道光探测器的受光部；和数据处理计算机，所述数据处理计算机具有根据上述受光部的光检测器检测的分光光谱求出指定波长的拉曼散射光强度作为测量值的同时以该分光光谱中的激励光成分的检测强度为基准修正该测量值的功能；所述的拉曼光谱分光装置具有透过并除去激励光波长成分而反射拉曼散射光成分的带通滤光器作为受光部的滤光装置；带通滤光器配置在透过聚焦式反射镜的镜面一侧，在与透过聚焦式反射镜相对的一侧配置光束截止器；包括拉曼散射光和瑞丽散射光的样品的光由聚焦透镜聚焦后从透过聚焦式反射镜的背面通过其入射孔入射到带通滤光器上；在带通滤光器，瑞丽光透过后被光束截止器吸收，拉曼散射光反射后由透过聚焦式反射镜的反射面聚焦，经过半透半反镜从入口缝入射到分光器件上。

说明书

多通道分光器以及具有该装置的中红外分析系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种分光测量装置，更具体地说，本发明涉及一种具有多通道切换功能的分光器；具有该分光器作为检测器的中红外分析系统适用于燃料油多组分的自动分析。

背景技术

[0002] 使用光谱测定法、分谱学技术和分谱学方法是一种确定样品中某些化合物存在的技术。这种技术通过与样品的能量相互作用来测定样品中给定元素或化合物的存在及其浓度。所使用的设备被称作光谱计或摄谱仪。光谱术是物理化学或分析化学中通过由组成样品的物质所发出或吸收的光谱来进行物质鉴定时的主要方法。通过使用光谱术所获得的数据被称为光谱。光谱是相对于能量的波长(质量、动量或频率)的所检测到的能量强度的绘图。可以使用光谱来发现有关原子和分子能级、分子几何构型、化学键、分子的相互作用以及相关过程的信息。可以使用光谱来鉴定(定性分析)样品中的成分。也可以通过使用光谱来测定样品中材料的含量(定量分析)。

[0003] 其中近红外光谱分析由于具有分析速度快、成本低、绿色分析以及适合在线检测等优点，从而在各行各业都得到了广泛的应用。例如近红外光谱技术红外检测技术可准确测定出各种车用汽油成品油和基础油的辛烷值、抗爆指数、苯、芳烃、烯烃、氧含量等指标。传统上，红外光谱最重要的应用是化合物的结构鉴定，通过谱图与分子结构的关系以及与标准谱图比较，可以确定化合物的结构。近些年，随着仪器制造技术、化学计量学方法以及计算机的发展，红外光谱也已越来越多地用于现场分析和在线过程分析等领域。对于不同的油品，目前普遍采用管道自动清洗技术，即使这样，管道的相互污染也在所难免，从而影响测量的精度和重复性。另外上述技术中使用的多重分散式分光器件不仅体积大、成本高，而且光量减少，信噪比差。

发明内容

[0004] 为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种多通道分光器中以及红外分析系统，使用本发明的装置能够提高检测结果的准确度和精度，本发明的装置适用于各种燃料油例如汽油、柴油、航空煤油等各种样品的理化指标的测定。

[0005] 为了实现上述目的，本发明的第一方面涉及一种多通道分光器，具有汽油取样通道、柴油取样通道、航空煤油取样通道以及拉曼光谱分光装置，所述取样通道均安装有取样电磁阀和取样通道控制装置，其特征在于该取样通道控制装置包括电源模块、可编程控制器、用于控制取样通道的电磁阀的继电器，所述可编程控制器的电源端与所述电源模块的输入端均电连接至交流电源，所述可编程控制器的多个控制信号输出端与继电器的线圈对应连接，所述继电器的开关一一对应连接在所述电源模块输出端与每个取样通道上的电磁阀之间，所述可编程控制器通过控制继电器的开关控制相应电磁阀的导通或关断。

[0006] 较佳地，所述的拉曼光谱分光装置具有波长为3000nm-6000nm的近红外半导体激光二级管作为光源的光源部；和用光源照射燃油样品的样品室、以及对燃油样品发生的拉曼散射光进行分光的衍射光栅和用于检测由该衍射光栅分光的拉曼散射光的多通道光探测器的受光部。

[0007] 较佳地，所述多通道光探测器为Ge、InGaAs或Si构成的光检测器。

[0008] 较佳地，所述光源部还包括将光源的光束分为样品光束和参照光束的分光镜。

[0009] 较佳地，所述受光部还包括从样品的光中除去波长与激励光相同的成分的滤光装置。

[0010] 较佳地，所述滤光装置为具有使激励光波长成分透过并将其除去而反射除此以外的波长成分的特性的带通滤光器。

[0011] 较佳地，所述的多通道分光器适用于汽油、柴油、航空煤油样品的理化指标的测定。

[0012] 本发明的第二方面涉及一种中红外分析系统，其包括多通道分光器，所述的多通道分光器具有汽油取样通道、柴油取样通道、航空煤油取样通道以及拉曼光谱分光装置，所述取样通道均安装有取样电磁阀和取样通道控制装置，其特征在于该取样通道控制装置包括电源模块、可编程控制器、用于控制取样通道的电磁阀的继电器，所述可编程控制器的电源端与所述电源模块的输入端均电连接至交流电源，所述可编程控制器的多个控制信号输出端与继电器的线圈对应连接，所述继电器的开关一一对应连接在所述电源模块输出端与每个取样通道上的电磁阀之间，所述可编程控制器通过控制继电器的开关控制相应电磁阀的导通或关断；所述的拉曼光谱分光装置具有波长为3000nm-6000nm的近红外半导体激光二级管作为光源的光源部；和用光源照射燃油样品的样品室、以及对燃油样品发生的拉曼散射光进行分光的衍射光栅和用于检测由该衍射光栅分光的拉曼散射光的多通道光探测器的受光部；和和数据处理计算机，所述数据处理计算机具有根据上述受光部的光检测器检测的分光光谱求出指定波长的拉曼散射光强度作为测量值的同时以该分光光谱中的激励光成分的检测强度为基准修正该测量值的功能。

[0013] 较佳地，所述的中红外分析系统适用于汽油、柴油、航空煤油样品的理化指标的测定。

[0014] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0015] ①本发明的多通道分光器在各样品通道之间的通道上设置电磁阀，通过可编程控制器控制多个取样通道上的电磁阀的开关状态，进行样品的取样，从而可以实现不同的油品分析由相互独立的检测通道来实现，提高了测量的精度和重复性。

[0016] ②另外本发明的多通道分光器采用拉曼光谱分光测量装置，因而特别适合于燃油组分中微量的物质组分，可以实现以低成本进行高速度、高灵敏度、高精度并且多项目的测量。

附图说明

[0017] 图1为本发明的多通道分光器的结构原理图；

[0018] 图2为本发明的取样通道控制装置的结构示意图；

[0019] 图3为本发明的拉曼光谱分光装置的配置图；

[0020] 图中各附图标记所表示的含义分别为：10-光源、12-光源聚焦透镜、14-半透半反镜、16-聚焦透镜、30-聚焦透镜、32-聚焦透镜、40-减光滤光器、42-反射镜、44-带通滤光器、46-半透半反镜、50-样品、52-入口缝隙、60-包含拉曼散射和瑞丽散射的样品光线、62-拉曼散射光、64-瑞丽散射光、70-透过聚焦式反射镜、72-带通滤光器、74-光束截止器。

具体实施方式

[0021] 以下将结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

[0022] 本发明实施例的多通道分光器中，在多个取样通道和拉曼光谱分光装置之间的通道上设置电磁阀，通过可编程控制器控制控制多个通道上以及拉曼光谱分光装置测量信号输出回路上的电磁阀的开、关状态，进行样品取样。

[0023] 图1示出了本发明实施例提供的多通道分光器的结构原理图。参照图1，汽油样品、柴油样品和航空煤油样品均同拉曼光谱分光装置之间有各自的取样通道，拉曼光谱分光装置用于检测上述多个样品的理化指标。如图1所示的在汽油样品与拉曼光谱分光装置之间的取样通道上设有第一电磁阀1，在柴油样品与拉曼光谱分光装置之间的取样通道上设有第二电磁阀2，在航空煤油样品与拉曼光谱分光装置之间的取样通道上设有第三电磁阀3，取样通道控制装置与上述三个电磁阀连接，控制第一电磁阀1、第二电磁阀2、第三电磁阀3的导通或关断，进而控制三个蒸发器与拉曼光谱分光装置之间的取样。

[0024] 图2示出了图1中取样通道控制装置的结构原理，包括电源模块、可编程控制器、多个用于控制取样通道上的电磁阀的继电器，可编程控制器的电源端与电源模块的输入端均电连接至交流电源，可编程控制器的多个控制信号输出端与继电器的线圈J1、J2、J3一一对应连接，多个继电器的开关J1-1、J2-1、J3-1一一对应连接在电源模块输出端与多个电磁阀E1、E2、E3之间，可编程控制器通过控制继电器的开关导通或关断控制电磁阀的导通或关断。

[0025] 电源模块用于将交流电转换为系统大小适合的交流电，可编程控制器的第一控制信号输出端与第一继电器的线圈J1连接，第一继电器的开关J1-1连接在电源模块31输出端与第一电磁阀E1之间，可编程控制器通过其第一控制信号输出端控制第一继电器的开关J1-1导通或关断，进而控制第一电磁阀E1的导通或关断；可编程控制器的第二控制信号输出端与第二继电器的线圈J2连接，第二继电器SG2的开关J2-1连接在电源模块输出端与第二电磁阀E2之间，可编程控制器通过其第二控制信号输出端控制第二继电器的开关J2-1导通或关断，进而控制第二电磁阀E2的导通或关断；可编程控制器的第三控制信号输出端与第三继电器的线圈J3连接，第三继电器的开关J3-1连接在AC-AC电源模块31输出端与第三电磁阀E3之间，可编程控制器通过其第三控制信号输出端控制第三继电器的开关J3-1导通或关断，进而控制第三电磁阀EV3的导通或关断。

[0026] 图3为本发明的拉曼光谱分光装置的配置图，所述的拉曼光谱分光装置具有透过并除去激励光波长成分而反射拉曼散射光成分的带通滤光器作为受光部的滤光装置；带通滤光器配置在透过聚焦式反射镜的镜面一侧，在与透过聚焦式反射镜相对的一侧配置光束截止器。包括拉曼散射光和瑞丽散射光的样品的光由聚焦透镜聚焦后从透过聚焦式反射镜的背面通过其入射孔入射到带通滤光器上。在带通滤光器，瑞丽光透过后被光束截止器吸收，拉曼散射光反射后由透过聚焦式反射镜的反射面聚焦，经过半透半反镜从入口缝入射到分光器件上。

[0027] 本发明的中红外分析系统包括多通道分光器和数据处理计算机，所述数据处理计算机具有根据上述受光部的光检测器检测的分光光谱求出指定波长的拉曼散射光强度作为测量值的同时以该分光光谱中的激励光成分的检测强度为基准修正该测量值的功能。