[发明专利]一种基于拉曼光谱的炼厂酸性气成分的在线检测系统和方法

权利要求书

1.一种基于拉曼光谱的酸性气成分的在线检测系统，其特征在于，该系统包括以下部件：酸性气管路(1)、激光器(2)、激发光纤(3)、拉曼探头(4)、样品池(5)、收集光纤(6)、光纤光谱仪(7)、工控机(8)、取样阀(9)、流量计(10)和回样阀(11)；炼厂酸性气由酸性气管道(1)经过取样阀(9)和流量计(10)进入样品池(5)，再由回样阀(11)流回到酸性气管路(1)；激光器(2)产生的激光通过激发光纤(3)和拉曼探头(4)射入样品池(5)；样品池(5)中的样品在激光照射下产生的拉曼散射光由拉曼探头(4)接收，经过收集光纤(6)传回光纤光谱仪(7)，被光纤光谱仪(7)内的CCD阵列所检测，同时被转化为数字信号传至工控机(8)，工控机(8)用于对光纤光谱仪(7)返回的拉曼信号进行处理和分析。

2.一种基于拉曼光谱的酸性气成分的在线检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)现场应用前的标定，标定方法具体包括以下子步骤：

(1.1)通过在线检测系统，测得用于标定的样气的原始拉曼光谱，用于标定的样气包括：甲烷、乙烷、氢气、氮气的纯组分样气，组分含量已知的氮气和硫化氢的双组分样气，组分含量已知的氮气和甲烷的双组分样气，组分含量已知的氮气和乙烷的双组分样气以及组分含量已知的氮气和氢气的双组分样气。

(1.2)对原始拉曼光谱进行预处理，包括：暗光谱扣除、平滑滤波、基线校正和标准归一化，得到纯组分氢气、甲烷、乙烷、氮气、硫化氢的归一化拉曼光谱。

(1.3)利用拉曼光谱强度与含量之间的相关性，在特征波段701‐2700cm^‐1上进行最小二乘拟合，用气体纯组分光谱的加权代数和拟合已知气体组分含量的双组分样气光谱，得到各气体纯组分的相对拉曼强度系数。基于拉曼光谱叠加原理，利用各气体纯组分的拉曼光谱和相对拉曼强度系数建立酸性气组分含量的定量分析模型。

(2)现场应用时，通过在线检测系统实时在线地获得酸性气的原始拉曼光谱。然后对原始拉曼光谱进行预处理，具体包括：暗光谱的扣除、平滑滤波、基线校正和标准归一化。根据酸性气成分的定量分析模型，计算得到酸性气中各组分的含量。

3.根据权利要求2所述的一种基于拉曼光谱的酸性气成分的在线检测方法，其特征在于，所述步骤1.2中，归一化的硫化氢的纯组分光谱获取方式为：测量含1.00％(mol/mol)硫化氢的硫化氢和氮气的双组分样气光谱，经过暗光谱的扣除、平滑滤波、基线校正，然后对2500‐2700cm^‐1波数范围进行光谱最大值归一化，得到硫化氢和氮气的双组分样气的归一化拉曼光谱。将2500‐2700cm^‐1以外波数的拉曼强度设为0，即得到归一化的硫化氢的纯组分光谱。

4.根据权利要求2所述的一种基于拉曼光谱的酸性气成分的在线检测方法，其特征在于，所述步骤1.2中，采用迭代多项式拟合的基线校正方法，基线校正的范围是701‐2700cm^‐1，基线采用2阶多项式。

5.根据权利要求2所述的一种基于拉曼光谱的酸性气成分的在线检测方法，其特征在于，所述步骤2中，酸性气光谱的归一化范围是2301‐2400cm^‐1。