阅读说明：本技术 一种检测hf气体含量的在线检测仪及检测方法 (online detector for detecting HF gas content and detection method ) 是由 黄鑫 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及的一种检测HF气体含量的在线检测仪及检测方法,包括以下步骤：利用工艺管道内UF<Sub>6</Sub>气体的压力差带动待测工艺UF<Sub>6</Sub>气体流动经过测量室,激光发射端发射激光光束,激光光束经准直后通过透光孔进入测量室；激光光束在测量室内经单次或多次反射后,由平面反射镜将激光光束反射并从相同透光孔射出,并通过接收端探测器进行光电转换；将接收端探测器转换后的电信号经过同轴电缆传输回分析仪表,分析仪表对转换后的电信号进行AD转换、数字信号处理及浓度计算,并实时显示及输出HF气体浓度信号。本发明可靠性高,结构简单,方便拆装,其测量范围宽、精度高、响应快,不受背景气体和粉尘干扰,更可自动修正温度和压力的影响,实用性高。(The invention relates to an online detector for detecting HF gas content and a detection method, which comprises the following steps of utilizing UF in a process pipeline 6 The pressure difference of the gas drives the process UF to be measured 6 The gas flows through the measuring chamber, the laser emitting end emits laser beams, and the laser beams enter the measuring chamber through the light holes after being collimated; after the laser beam is reflected once or for many times in the measuring chamber, the laser beam is reflected by the plane reflector and emitted out from the same light-transmitting hole, and is subjected to photoelectric conversion through a receiving end detector; and transmitting the electric signal converted by the receiving end detector back to the analysis instrument through the coaxial cable, and carrying out AD conversion, digital signal processing and concentration calculation on the converted electric signal by the analysis instrument, and displaying and outputting an HF gas concentration signal in real time. The invention has the advantages of high reliability, simple structure, convenient assembly and disassembly, wide measurement range, high precision, quick response, no interference of background gas and dust, automatic correction of the influence of temperature and pressure and high practicability.)

一种检测HF气体含量的在线检测仪及检测方法

技术领域

本发明涉及检测装置技术领域，更具体地说，涉及一种检测HF气体含量的在线检测仪及检测方法。

背景技术

目前，铀离心浓缩是当前铀浓缩的主要方式，主要是将天然铀浓缩到核电站燃料用低浓缩度铀，铀离心浓缩的工艺介质为UF₆气体，UF₆气体遇水蒸汽会生产HF气体，UF₆工艺气体中HF气体含量升高会降低铀浓缩的效率，增加离心机和工艺管道的腐蚀损耗，HF气体含量升高也表明工艺管道的密封有问题，需要检漏堵漏处理。在现有技术中，铀离心浓缩厂的UF₆工艺气体中HF气体含量是通过桥式平衡电阻来测量的，其参考电阻置于贫铀腔室(一般认为该腔室的HF气体含量为零)，无法给出准确的HF气体含量，只是定性测量HF气体含量，而由于铀离心浓缩UF₆工艺气体中不含氧气，因此无法采用基于电化学传感器的HF气体含量检测仪，UF₆工艺气体中HF气体含量检测仪要满足铀离心浓缩工艺的特点和UF₆气体的特性。

现有的方案存在如下缺点：

1.无法测出准确的HF气体含量，只是定性测量HF气体含量；

2.传统检测仪无法满足铀离心浓缩工艺的特点以及UF₆气体的特性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，解决传统检测仪无法满足铀离心浓缩工艺的特点以及UF₆气体的特性，且无法测出准确的HF气体含量的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种检测HF气体含量的在线检测仪及检测方法，通过将检测装置以及激光发射、接收装置内装在防护罩中，并将气阀和传感器设置在防护罩外，其可靠性高，结构简单，方便拆装，并且操作简单，工作效率高。

在本发明所述的一种检测HF气体含量的在线检测仪中，包括：防护罩、测量装置、球阀装置、压力传感器和安装底板；

防护罩安装在安装底板上，测量装置内置于防护罩并安装在安装底板上；

测量装置包括：测量室、激光发射端、接收端探测器和平面反光镜；

测量室设置在安装底板上，激光发射端和接收端探测器均固定安装在安装底板上并设置在测量室的一端，平面反射镜安装在安装底板上并设于测量室的另一端；

压力传感器与测量室连接并设于防护罩顶面上，球阀组件与测量室连接并设于防护罩的顶面。

在本发明的一种检测HF气体含量的在线检测仪中，防护罩为空心的方形箱体结构，防护罩的顶端设有两个球阀通孔，防护罩的顶端还设有一个传感器通孔；

还包括：进气球阀接口、出气球阀接口和传感器接口；

进气球阀接口、出气球阀接口和传感器接口均设置在测量室外壁上；

球阀组件包括：进气球阀和出气球阀；

进气球阀安装在进气球阀接口上，并设置在球阀通孔中，出气球阀安装在出气球阀接口上，并设置在球阀通孔中，压力传感器安装在传感器接口上，并设置在传感器通孔中。

在本发明的一种检测HF气体含量的在线检测仪中，进气球阀接口、出气球阀接口和传感器接口均与防护罩固定连接。

在本发明的一种检测HF气体含量的在线检测仪中，激光发射端间隔设置在接收端探测器与测量室之间。

在本发明的一种检测HF气体含量的在线检测仪中，测量室的两端均设有气室法兰。

在本发明的一种检测HF气体含量的在线检测仪中，进气球阀接口的连接部设有进气口法兰，出气球阀接口的连接部设有出气口法兰；

传感器接口的连接部设有压力传感器法兰。

在本发明的一种检测HF气体含量的在线检测仪中，测量室的外侧壁上设有温度传感器安装孔；

安装底板的底部设有两块减震垫，并分别安装在安装底板的两端。

在本发明的一种检测HF气体含量的检测方法中，包括以下步骤：

S1利用工艺管道内UF₆气体的压力差带动待测工艺UF₆气体通过进气球阀流入测量室，并通过出气球阀流出测量室，使得工艺管道内的UF₆气体流动经过测量室；

S2激光发射端发射激光光束，激光光束经准直后通过透光孔进入测量室；

S3激光光束在测量室内经单次或多次反射后，由平面反射镜将激光光束反射并从相同透光孔射出，并通过接收端探测器进行光电转换；

S4将接收端探测器转换后的电信号经过同轴电缆传输回分析仪表，分析仪表对转换后的电信号进行AD转换、数字信号处理及浓度计算，并实时显示及输出HF气体浓度信号。

在本发明的一种检测HF气体含量的检测方法中，分析仪表包括：可调谐半导体激光器、分光器、参比池、嵌入式工业计算机和电源模块；

参比池用于HF气体分子特征波长锁定，实时锁定HF气体的吸收峰位置，可保证检测仪无波长漂移；

嵌入式工业计算机用于控制可调谐半导体激光器驱动波形输出、信号采集和信号处理；

电源模块提供稳定的电流以及电压。

在本发明的一种检测HF气体含量的检测方法中，测量室采用耐腐蚀设计，其腔体材质为316L不锈钢，光窗材料采用GaF玻璃或蓝宝石玻璃，密封材料采用丁晴橡胶或全氟橡胶；

测量室还包括：温度传感器和压力传感器，温度传感器和压力传感器用于温度压力补偿和HF气体绝对含量计算。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明提供了一种检测HF气体含量的在线检测仪及检测方法，通过将检测装置以及激光发射、接收装置内装在防护罩中，并将气阀和传感器设置在防护罩外，其可靠性高，结构简单，方便拆装，并且可以在线定量测出铀离心浓缩工艺UF₆气体中HF气体的含量，其测量范围宽、精度高、响应快，不受背景气体和粉尘干扰，更可自动修正温度和压力的影响，功能完善，实用性高。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的一种检测HF气体含量的在线检测仪的立体图；

图2是本发明的一种检测HF气体含量的在线检测仪的正视图；

图3是本发明的一种检测HF气体含量的在线检测仪测量装置的立体图；

图4是本发明的一种检测HF气体含量的在线检测仪测量装置的正视图；

图5是本发明的一种检测HF气体含量的检测方法的原理示意图；

图6是本发明的一种检测HF气体含量的检测方法的原理框图。

在图中，1、防护罩；2、安装底板；3、进气球阀；4、出气球阀；5、压力传感器；6、减震垫；7、接收端探测器；8、激光发射端；9、平面反射镜；10、进气球阀接口；11、出气球阀接口；12、传感器接口；13、测量室。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-4所示，一种检测HF气体含量的在线检测仪，包括：防护罩1、测量装置、球阀装置、压力传感器5和安装底板2；

防护罩1安装在安装底板2上，测量装置内置于防护罩1并安装在安装底板2上；

测量装置包括：测量室13、激光发射端8、接收端探测器7和平面反光镜；

测量室13设置在安装底板2上，激光发射端8和接收端探测器7均固定安装在安装底板2上并设置在测量室13的一端，平面反射镜9安装在安装底板2上并设于测量室13的另一端；

压力传感器5与测量室13连接并设于防护罩1顶面上，球阀组件与测量室13连接并设于防护罩1的顶面。

进一步地，防护罩1为空心的方形箱体结构，防护罩1的顶端设有两个球阀通孔，防护罩1的顶端还设有一个传感器通孔；

如图3所示，还包括：进气球阀接口10、出气球阀接口11和传感器接口12；

进气球阀接口10、出气球阀接口11和传感器接口12均设置在测量室13外壁上；

球阀组件包括：进气球阀3和出气球阀4；

进气球阀3安装在进气球阀接口10上，并设置在球阀通孔中，出气球阀4安装在出气球阀接口11上，并设置在球阀通孔中，压力传感器5安装在传感器接口12上，并设置在传感器通孔中。

进一步地，进气球阀接口10、出气球阀接口11和传感器接口12均与防护罩1固定连接。

进一步地，激光发射端8间隔设置在接收端探测器7与测量室13之间。

进一步地，测量室13的两端均设有气室法兰。

进气球阀接口10的连接部设有进气口法兰，出气球阀接口11的连接部设有出气口法兰；

传感器接口12的连接部设有压力传感器5法兰。

进一步地，测量室13的外侧壁上设有温度传感器安装孔；

安装底板2的底部设有两块减震垫6，并分别安装在安装底板2的两端。

如图6所示，一种检测HF气体含量的检测方法，包括以下步骤：

S1利用工艺管道内UF₆气体的压力差带动待测工艺UF₆气体通过进气球阀3流入测量室13，并通过出气球阀4流出测量室13，使得工艺管道内的UF₆气体流动经过测量室13；

S2激光发射端8发射激光光束，激光光束经准直后通过透光孔进入测量室13；

S3激光光束在测量室13内经单次或多次反射后，由平面反射镜9将激光光束反射并从相同透光孔射出，并通过接收端探测器7进行光电转换；

S4将接收端探测器7转换后的电信号经过同轴电缆传输回分析仪表，分析仪表对转换后的电信号进行AD转换、数字信号处理及浓度计算，并实时显示及输出HF气体浓度信号。

进一步地，分析仪表包括：可调谐半导体激光器、分光器、参比池、嵌入式工业计算机和电源模块；

参比池用于HF气体分子特征波长锁定，实时锁定HF气体的吸收峰位置，可保证检测仪无波长漂移；

嵌入式工业计算机用于控制可调谐半导体激光器驱动波形输出、信号采集和信号处理；

电源模块提供稳定的电流以及电压。

进一步地，测量室13采用耐腐蚀设计，其腔体材质为316L不锈钢，光窗材料采用GaF玻璃或蓝宝石玻璃，密封材料采用丁晴橡胶或全氟橡胶；

测量室13还包括：温度传感器和压力传感器5，温度传感器和压力传感器5用于温度压力补偿和HF气体绝对含量计算。

更进一步地，测量装置的进气球阀3、出气球阀4通过直径10mm的紫铜管接入到测量室13，利用工艺管道内UF₆气体的压力差带动待测工艺UF₆气体流动经过测量室13，激光光束经准直后通过透光孔进入测量室13，光束在测量室13内经单次或多次反射后从相同透光孔射出，并通过接收端探测器7进行光电转换，转换后的信号经过同轴电缆传输回分析仪表，分析仪表对转换后的电信号进行AD转换、数字信号处理及浓度计算，并实时显示及输出HF气体浓度信号。

进一步地，如图5所示，其计算公式如下:

计算公式为：I(v)＝I₀(v)exp[-σ(v)CL]

其中，I(v)：光束穿过被测气体的透射光强度，I₀(v)：入射光强度，σ(v)：被测气体分子吸收截面，C：被测HF气体的浓度，L：光程；

σ(v)吸收截面是HF分子吸收线强S(V)和HF分子吸收线形φ(V)的乘积，吸收线强S(V)受到气体温度的影响，吸收线形φ(V)受到压力展宽的影响。因此在实际检测中，HF气体含量检测仪需输入温度和压力值进行补偿。如果过程气体的温度和压力变化比较大，还需要通过接入温度和压力传感器5实时进行温度压力补偿。

进一步地，可调谐半导体激光器采用蝶形封装的半导体激光器，激光发射的光通过光纤传输到测量室13中的激光准直单元，激光穿过测量室13中流过的被测气体，接收传感器电路检测被被测气体吸收过的激光束，将光信号转换成电信号传送到分析仪表的信号处理单元，即嵌入式工业计算机，嵌入式工业计算机经过光谱计算后得到被测气体的浓度。

更进一步地，采用TDLAS技术进行HF气体的测量，以可调谐半导体激光器作为光源发射出特定波长(HF气体单分子特征吸收波长1312.5nm)的激光束，穿过待测气体，通过接收端探测器7将光信号转换成电信号，通过分析被测气体吸收导致的激光光强衰减，实现高灵敏快速精确测量待测HF气体的浓度。由于激光谱宽特别窄(小于0.0001nm)，且只发射待测气体吸收的特定波长，使测量不受测量环境中其它成分如UF₆气体的干扰。

进一步地，UF₆气体为***气体。

本发明提供一种检测HF气体含量的在线检测仪及检测方法，通过将检测装置以及激光发射、接收装置内装在防护罩中，并将气阀和传感器设置在防护罩外，其可靠性高，结构简单，方便拆装，并且可以在线定量测出铀离心浓缩工艺UF₆气体中HF气体的含量，其测量范围宽、精度高、响应快，不受背景气体和粉尘干扰，更可自动修正温度和压力的影响，功能完善，实用性高。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。