[发明专利]基于激光诱导击穿光谱的氦气在线检测系统

说明书

本发明公开了一种基于激光诱导击穿光谱的氦气检测系统，包括脉冲激光器，产生高能量纳秒激光脉冲，用于击穿待测气体产生等离子体发光光子；气体腔，为待测气体样品的检测区域；光纤，一端固定于所述光纤耦合接口，其光纤头设置于所述透镜的焦平面上并对准透镜的焦点位置，用于将等离子体发光光子耦合进入光纤中；光谱仪，与所述光纤另一端相连，用于解析待测气体中是否含有氦气及氦气含量；抽气泵，通过管道与所述气体腔相连，相连接的管道上设置有出气阀；以及柔性采样头，用于对不同空间区域的气体进行采样，通过管道与所述气体腔相连，相连接的管道上设置有进气阀。本系统适合于工业领域的氦气检漏的现场检测。

技术领域

本发明涉及氦气检测系统，尤其涉及一种基于激光诱导击穿光谱的氦气在线检测系统。

背景技术

氦气是无色无味无毒惰性气体，具有低黏度和高扩散性等特征。基于以上特征氦气常被用做示踪气体、保护气体等。氦气在核电工业中得到广泛应用。核电厂将核能转换为热能最后转化为电力。此种发电方式发电成本较低，燃料费用较低，且没有污染。但是核电厂一旦发生放射性物质的泄漏将会导致设备和环境的污染，引起灾难性后果。因此核电厂必须采取严苛的检漏措施，确保核反应在完全安全、可控的状态下运行。氦气常常被作为核电厂检漏的示踪气体，应用于换热器的出厂验收、定期检测、氢气干燥器检漏等。

目前氦气的主要检测方法为真空检漏法、吸枪累积比对法、正压检漏法等。真空检漏法灵敏度高，但是不方便移动，受湿度影响较大；吸枪累积比对法受湿度影响小，但是安全性、工作效率低；正压检漏法工作效率高，但是灵敏度低，安全性低。以上方法均难以有效满足氦气的在线检测需求。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种基于激光诱导击穿光谱的氦气检测系统，该系统通过高能量、强聚焦的脉冲激光，在极小区域内实现了待测气体样品的等离子化，并准确捕获氦元素等离子体辐射光谱以实现精确的在线定量分析。

基于上述问题，本发明提供了基于激光诱导击穿光谱的氦气检测系统，包括：

脉冲激光器，用于产生纳秒激光脉冲击穿待测气体产生等离子体辐射，为激光诱导击穿光谱的激发光源；

气体测量腔，为待测气体样品的检测区域；所述的气体测量腔包括圆环柱体，在所述的圆环柱体的顶部固定有一个光学窗口透镜，用于聚焦激光束；所述的光学窗口透镜边缘与气体测量腔顶部内壁密封设置；在所述的圆环柱体的底部固定有一个玻璃窗口，允许脉冲激光穿过；所述玻璃窗口对脉冲激光束的透过率高于95％；

在所述的气体测量腔的侧壁上部分别安装有与气体测量腔连通的光纤耦合接口以及出气接口，在所述的气体测量腔的侧壁下部安装有与气体测量腔连通的进气接口；

反射镜，所述的反射镜的位置设置为：从脉冲激光器发出的水平激光束经反射镜的入射面沿竖直方向反射至光学窗口透镜并由光学窗口透镜沿竖直方向导入气体测量腔；

光纤，所述的光纤一端固定于所述光纤耦合接口，所述的光纤的光纤头设置于透镜的焦平面上并对准透镜的焦点位置，用于将等离子体发光光子收集并耦合进入光纤中；

光谱仪，所述的光谱仪与光纤另一端相连，用于探测等离子体辐射的光子；所述光谱仪包含有CCD相机；

抽气泵，所述的抽气泵的出口通过安装有出气阀的管道与出气接口相连，所述的抽气泵用于对气体测量腔进行抽气；

柔性采样头，所述的柔性采样头通过安装有进气阀的管道与进气接口连通，所述的柔性采样头用于对气体采样点进行采样。

本发明的有益效果是：

(1)适合于工业领域的氦气检漏的现场检测；

(2)适合于资源勘探领域的氦气定量测量；

(3)柔性采样头，能够对狭窄空间进行气体采样；