推进剂开放光路FTIR检测系统标定吸收池及标定装置的制作方法

推进剂开放光路ftir检测系统标定吸收池及标定装置
技术领域
1.本实用新型涉及光谱检测技术领域，尤其涉及一种推进剂开放光路ftir检测系统标定吸收池及标定装置。


背景技术：

2.目前在用的常规液体火箭推进剂肼类燃料和硝基氧化剂，均为三级中等以上毒物，易燃易爆，为可疑致癌物质。在使用过程中，由于跑、冒、滴、漏以及突发事故等原因极易造成人员中毒，甚至着火、爆炸事故，同时对环境造成污染。火箭煤油作为新一代运载火箭燃料也即将投入到发射任务中，火箭煤油作为一种烃类混合物同样存在着火和爆炸的危险性，一定量的吸入同样对人体造成急慢性中毒。因此，对作业环境中液体推进剂气体浓度进行安全监测，对于保障安全和作业人员健康，防止事故发生，控制环境污染，保证发射试验任务的顺利进行具有重要意义。
3.光学仪器是近年来应用于气体检测的新型仪器，光源发出的光在被测气体作用下，光的强度、波长、频率、相位、偏振态等光学性质发生改变，再由光电探测器进行接收，处理探测器接收的信号就可获得到待测气体的信息。这类仪器具有灵敏度高、选择性好、响应时间短、使用寿命长等优点。目前，依据不同光学原理的检测仪器越来越广泛地应用于各种领域的大气污染环境监测中。
4.吸收光谱技术测量速度快、测量范围广、成本低，便于长期连续测量，还能发现用其他方法难以揭示的污染源及其扩散状态。傅里叶变换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy technology，简称ftir)技术可同时对多组分痕量气体和污染气体测量，因为基于这个原理研制的仪器的灵敏度在十亿分之一(partperbillion，简称ppb)量级上，并具有高光谱分辨率、高选择性的优势，非常适合作业环境中液体推进剂气体浓度的监测。
5.傅里叶变换红外光谱技术中需要通过对液体推进剂挥发气体标准吸收光谱的测量，建立标准光谱数据库，首先目标是先建立一个标定吸收池。


技术实现要素：

6.本实用新型提供一种推进剂开放光路ftir检测系统标定吸收池及标定装置，用以解决现有技术中没有适用于火箭推进剂气体吸收池的缺陷。
7.本实用新型提供一种推进剂开放光路ftir检测系统标定吸收池，包括：所述吸收池为圆柱形管状结构，所述吸收池的两端均设有窗片，所述窗片为蓝宝石材料，所述吸收池的长度为1m，所述吸收池的内壁由聚四氟材料制作而成。
8.本实用新型提供的一种推进剂开放光路ftir检测系统标定吸收池，所述窗片可透过光的波数范围为：800cm
‑1至4000cm
‑1。
9.本实用新型提供的一种推进剂开放光路ftir检测系统标定吸收池，所述吸收池的直径为180mm。
10.本实用新型提供的一种推进剂开放光路ftir检测系统标定吸收池，所述吸收池的厚度为10mm。
11.本实用新型提供的一种推进剂开放光路ftir检测系统标定吸收池，还包括：压力温控箱，所述吸收池通过底座设置于所述压力温控箱内，所述压力温控箱用于控制所述吸收池的温度和压力。
12.本实用新型还提供一种包括上述推进剂开放光路ftir检测系统标定吸收池的标定装置，包括：气体发生装置、红外光源和ftir检测系统，其中，所述气体发生装置、所述红外光源均与所述吸收池的一端连接，所述吸收池的另一端与所述ftir检测系统连接；
13.所述气体发生装置用于提供预设浓度的目标气体；
14.所述红外光源用于提供红外光，以使得所述红外光在充满目标气体的吸收池内壁进行多次反射后射出，并输出到所述ftir检测系统中；
15.所述ftir检测系统用于根据反射光，获取所述目标气体在所述预设浓度下的标准光谱。
16.本实用新型还提供一种标定装置，所述气体发生装置包括：氮气瓶、减压器、过滤器、第一流量控制器、第二流量控制器、推进剂雾化模块和混合罐，其中，所述氮气瓶的出口与所述减压器的一端连接，所述减压器的另一端与所述过滤器的一端连接，所述过滤器的另一端与所述第一流量控制器的一端连接，所述第一流量控制器的另一端与所述推进剂雾化模块的第一端连接，所述推进剂雾化模块的第二端与推进剂装置的出气口连接，所述推进剂雾化模块的第三端与所述混合罐的一端连接；
17.所述过滤器的另一端与所述第二流量控制器的一端连接，所述第二流量控制器的另一端与所述混合罐的一端连接；
18.所述混合罐的另一端用于输出混合后的推进剂气体。
19.本实用新型还提供一种标定装置，所述推进剂雾化装置为超声波装置。
20.本实用新型还提供一种标定装置，所述第一流量控制器为aalborg公司型号为gfc37的流量控制器。
21.本实用新型还提供一种标定装置，所述第二流量控制器为aalborg公司型号为gfc17的流量控制器。
22.本实用新型提供一种推进剂开放光路ftir检测系统标定吸收池及标定装置，通过蓝宝石材料的窗片，解决了光学畸变的问题；将吸收池的长度设置为1m，方便后续标准光谱的计算；将吸收池的内壁材料设置为聚四氟材料，可以减少对火箭推进剂气体的吸收。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本实用新型提供的一种推进剂开放光路ftir检测系统标定吸收池的结构示意图；
25.图2为本实用新型提供的一种标定装置的结构示意图；
26.图3为本实用新型提供的一种气体发生装置的结构示意图。
27.附图标记：
28.201，气体发生装置；
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202，红外光源；
29.203，ftir检测系统；
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204，吸收池；
30.301，氮气瓶；
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302，减压器；
31.303，过滤器；
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304，第一流量控制器；
32.305，第二流量控制器；
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306，推进剂雾化模块；
33.307，混合罐。
具体实施方式
34.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.本实用新型中推进剂为液体推进剂，本实用新型实施例提供一种推进剂开放光路ftir检测系统标定吸收池，该吸收池包括：
36.所述吸收池为圆柱形管状结构，所述吸收池的两端均设有窗片，所述窗片为蓝宝石材料，所述吸收池的长度为1m，所述吸收池的内壁由聚四氟材料制作而成。
37.具体地，本吸收池为圆柱形管状结构，吸收池的两端设置有窗片，该窗片的材料为蓝宝石材料，蓝宝石材料在推进剂主要吸收波段为3μm，其在主要吸收波段附近具有很高的透过率，具有耐腐蚀、吸附性小、温度稳定性好的特点，是比较理想的窗口材料。
38.另外，制作标定吸收池使用蓝宝石窗口，表面平整度按照光学表面标准加工，确保不会产生畸变。
39.吸收池内部气体吸收路径为1m，便于后续标准光谱的计算，减少标定的计算量。
40.另外，本标定池主要用于获取火箭推进剂气体的标准光谱，吸收池内部的气体主要是火箭推进剂，比如偏二甲肼气体、火箭煤油气体等。因此，本实用新型实施例中吸收池的内壁由聚四氟材料制作而成，可以尽量减少偏二甲肼、火箭煤油等的吸附，从而减少标定误差。
41.本实用新型实施例提供一种推进剂开方光路ftir检测系统标定吸收池，通过蓝宝石材料的窗片，解决了光学畸变的问题；将吸收池的长度设置为1m，方便后续标准光谱的计算；将吸收池的内壁材料设置为聚四氟材料，可以减少对火箭推进剂气体的吸收。
42.在上述实施例的基础上，优选地，所述窗片可透过光的波数范围为：800cm
‑1至4000cm
‑1。
43.当窗片可透过光的波数范围位于800cm
‑1至4000cm
‑1之间时，具有较高的透过率，同样地，本技术中吸收池必须能提供稳定的、精确可控的温度环境，能精确测量吸收池内气体的温度和压力，以保证样品准备和光谱采集时样品状态可知。
44.在上述实施例的基础上，优选地，所述吸收池的直径为180mm。
45.在上述实施例的基础上，优选地，所述吸收池的厚度为10mm。
46.在上述实施例的基础上，优选地，还包括：压力温控箱，所述吸收池通过底座设置于所述压力温控箱内，所述压力温控箱用于控制所述吸收池的温度和压力。
47.具体地，该吸收池还包括压力温控箱外壳，吸收池通过底座设置在压力温控箱的内部，用于控制吸收池内部气体的温度和压力，便于使得该吸收池处于恒定的温度和压力下。
48.本实用新型实施例中的吸收池主要应用在开放光路ftir检测系统进行光谱标定，开放光路ftir(op
‑
ftir)的红外光束通过一个开放的大气路径。一个热红外源辐射红外光，红外光沿着一个开放光路传播，光程定义为红外光源和光谱仪的距离。光谱仪光学器件接收到的红外光被光谱仪的干涉仪调制，调制信号由一个红外检测器探测，在光谱仪电子学部件和连接数据系统作用下形成一个干涉图，并被保存下来。用一个数学运算即傅里叶变换把干涉图转换为红外光谱。
49.当有红外活性分子(即在观察的光谱波段范围，分子有一个明显的红外吸收截面)在光路上，其特有的吸收特征(线吸收或带吸收)将出现在红外光谱中。根据朗伯
‑
比尔定律，由透过率光谱准确并可靠地判断出光路上分子的成分和数量。
50.本实用新型实施例还提供一种标定装置，如图2所示，该装置包括：气体发生装置201、红外光源202和ftir检测系统203，其中，所述气体发生装置、所述红外光源均与所述吸收池204的一端连接，所述吸收池的另一端与所述ftir检测系统连接；
51.所述气体发生装置用于提供预设浓度的目标气体；
52.所述红外光源用于提供红外光，以使得所述红外光在充满目标气体的吸收池内壁进行多次反射后射出，并输出到所述ftir检测系统中；
53.所述ftir检测系统用于根据反射光，获取所述目标气体在所述预设浓度下的标准光谱。
54.具体地，该气体发生装置可以看做是气源，其主要功能是提供一定浓度的目标气体，当需要测量某一浓度气体的标准光谱时，气体发生装置就提供该浓度的目标气体；红外光源用于提供红外光；目标气体和红外光穿过窗片后进入到吸收池中，目标气体使得吸收池内部都处于该气体环境中，红外光在吸收池内壁多次反射最后射出，进入到ftir检测系统的，结合吸收池的长度，根据一定的计算公式计算出标准光谱。
55.当需要测量其它浓度目标气体的标准光谱时，只需要改变气体发生装置提供的气体浓度即可。
56.本实用新型实施例中目标气体一般是火箭推进剂气体，例如火箭煤油气体、偏二甲肼气体等。
57.具体地，该ftir检测系统可以是ftir检测仪。
58.本实用新型实施例提供一种气体发生装置，如图3所示，该装置包括：氮气瓶301、减压器302、过滤器303、第一流量控制器304、第二流量控制器305、推进剂雾化模块306和混合罐307，其中，所述氮气瓶的出口与所述减压器的一端连接，所述减压器的另一端与所述过滤器的一端连接，所述过滤器的另一端与所述第一流量控制器的一端连接，所述第一流量控制器的另一端与所述推进剂雾化模块的第一端连接，所述推进剂雾化模块的第二端与推进剂装置的出气口连接，所述推进剂雾化模块的第三端与所述混合罐的一端连接；
59.所述过滤器的另一端与所述第二流量控制器的一端连接，所述第二流量控制器的
另一端与所述混合罐的一端连接；
60.所述混合罐的另一端用于输出混合后的推进剂气体。
61.本推进剂气体发生装置的主要目的是输出可以配置浓度的推进剂气体，本装置的设计思路是采用超声装置把液态推进剂雾化成均匀、超细颗粒的气溶胶和蒸汽，一路氮气进入雾化腔，作为载气与液体推进剂蒸汽混合；另一路氮气作为稀释气，两路气体均进入混合腔体，通过改变氮气的流量，用于配置不同浓度的气体。
62.液体推进剂在常温下是液体，为了使它在常温下转化成一定浓度气体，使用推进剂雾化模块把液态推进剂雾化成超细颗粒的气溶胶和蒸汽，同时使用高纯度氮气(99.999％)作为载气气和稀释气，配置所要求的液体推进剂气体的浓度。
63.具体地，氮气瓶中装的是高纯度氮气，氮气通过减压器和过滤器进入到第一流量控制器和第二流量控制器，第一流量控制器可以控制流过氮气的速率，将第一流量控制器通过的氮气称作载气，载气进入到推进剂雾化模块中。
64.推进剂雾化模块的第二端与推进剂装置的出气口连接，进接入的液体推进剂进行气化，载气与推进剂进行融合后从推进剂雾化模块中输出，输出到混合罐中。
65.第二流量控制器中通过的氮气称作稀释气，第二流量控制器中可以控制稀释气通过的速率，稀释气最终进入到混合罐中。
66.混合罐中推进剂气体、载气和稀释气进行充分混合后，即得到一定浓度的推进剂气体。
67.第一流量控制器的流量被设定为f
car
，第二流量控制器的流量被设定为f
dil
，推进剂装置的流量被设定为f
kg
，混合后的推进剂气体浓度ke
con
如下：
[0068][0069]
本推进剂气体发生装置通过将液态的液体推进剂气化后，将氮气为载气和稀释气，加入到推进剂气体中，从而调节输出的推进剂气体浓度；同时，通过控制液态推进剂的注入量、作为载体的氮气注入量和作为稀释气体的氮气的注入量，可以配置输出的推进剂气体的浓度。
[0070]
第一流量控制器和第二流量控制器采用美国aalborg公司原装进口的气体质量流量控制器，第一流量控制器的型号为gfc37，流量为0
‑
20l/min，第二流量控制器的型号为gfc17，流量为0
‑
5l/min。
[0071]
第一流量控制器和第二流量控制器的参数如下：
[0072]
配气不确定度：
±
1.5％f.s。
[0073]
单一气体流量：2％～100％f.s。
[0074]
流量响应时间：≦2.0s。
[0075]
所有控制器的量程比为：40：1。
[0076]
不同配制试验气切换时间：≤2s。
[0077]
流量计工作压力：0.14～0.2mpa。
[0078]
流量线性误差：≤
±
0.5％f.s。
[0079]
设备接口：1/4卡通连接。
[0080]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可
以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0081]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。