專利名稱：用于工業(yè)過程控制的化學(xué)分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
被定義為工業(yè)制造過程的材料性質(zhì)的分析的過程分析在多種行 業(yè)應(yīng)用了數(shù)十年。這些行業(yè)包括化學(xué)、石化、石油、制藥、食品和飲 料、紙漿和造紙以及農(nóng)業(yè)等行業(yè)。以前的過程分析的常見實現(xiàn)包括從 過程手動提取樣品并將樣品送到實驗室分析。隨著時間推移，過程分 析從離線分析演進到連續(xù)在線分析，其中樣品由自動取樣系統(tǒng)提取并 且以滑流形式傳送給過程分析儀。
在線過程分析的主要優(yōu)點是減少樣品提取與數(shù)據(jù)生成之間的時 間間隔。更快的響應(yīng)時間提供對制造過程的更大控制，從而增加產(chǎn)品 產(chǎn)量、改進產(chǎn)品質(zhì)量(一致性)、減少在制品數(shù)量、減少操作維護勞動 力、減少能量消耗、減少原材料投入消耗以及減少廢液的產(chǎn)生。
若干儀器目前用于工作過程監(jiān)測。例如，氣相色譜儀(GC)測量分 子移動的差異，以便識別多組分樣品。GC具有高專一性(specificity) 和高靈敏度。它們需要屏蔽罩以便防止環(huán)境影響、供應(yīng)立柱氣體、頻 繁維護和脫水，特別是在腐蝕性應(yīng)用中。在已發(fā)布文獻中廣泛論述了 這些儀器。
紅外線(IR)儀器依靠材料吸收來分析樣品。IR儀器包括傅立葉變 換紅外線(FTIR)分析儀、IR色散分析儀和非色散IR (NDIR)分析儀。 非色散儀器包括基于濾波和非濾波的儀器。IR儀器由于更高的速度、 靈敏度和專一性而取代了其它類型的儀器。IR儀器通常由于旋轉(zhuǎn)或 振動運動而S1起樣品的分子中的偶極矩的凈變化。該方法適用于許多 物類，但是無法用于同核物類，例如不能在偶極矩中具有凈變化的氮、氧、氯、氫和氟。
電化學(xué)傳感器提供用于量化物類濃度的其它方式。這些類型的傳感器通常^皮限制到測量單物類，并且往往補充IR方法。
用于工業(yè)過程監(jiān)測的備選方式包括使用拉曼(Raman)方法。拉曼光譜法基于光線從分子的非彈性散射。作為一種過程分析技術(shù)，拉曼光譜法具有優(yōu)于其它技術(shù)的優(yōu)點，因為它不需要樣品提取或者樣品制備，可執(zhí)行連續(xù)就地(in-situ)定量測量，可通過觀察窗來分析管道內(nèi)容，可檢測其它技術(shù)不能檢測的分子，并且不受水分子影響。
因此，拉曼光譜儀在其中沒有存在其它可行解決方案的市場中找到了機會。盡管具有這些優(yōu)點，但是拉曼光譜儀的廣泛采用還是受到阻礙，因為它們購買、安裝和維護價格非常昂貴，需要頻繁校準和熟練的操作人員，并且一般缺乏在嚴酷的工廠環(huán)境下進行操作所需的魯棒性(robustness)。
為了使拉曼儀器廣泛被接受用于工業(yè)過程監(jiān)測，它必須具有低成本并具有高性能。本發(fā)明使用比其它拉曼儀器更少且更易于可得的組件，并易于制造且適合于不同應(yīng)用。它消除了光纖的使用，因此實現(xiàn)較高的光吞吐量。本發(fā)明還使用采用魯棒多級光-電放大器的增加放大和優(yōu)化的光學(xué)濾光器設(shè)計。此外，本發(fā)明可承受困難的工業(yè)條件，并且使用低成本和波長穩(wěn)定的激光源。
拉曼光譜儀是稱作光學(xué)分析儀的普通類別的儀器的 一部分。光學(xué)分析儀一般基于六種現(xiàn)象中之一吸收、熒光、磷光、散射、放射和化學(xué)發(fā)光。這些現(xiàn)象可在光譜的紫外線、可見和紅外線等部分出現(xiàn)。典型儀器包含五個基本元件輻射源、樣品容器、查看光譜的特定區(qū)域的光譜元件、將光子轉(zhuǎn)換成電子的^^測器以及信號處理器。拉曼分類為二階(order)散射過程，因為從入射光光子與樣品分子的非彈性交互來創(chuàng)建拉曼散射光子。這些二階光子很弱，通常比一階彈性散射光子的強度小106至107倍。
美國專利號4648714、 4784486、 5521703和5754289使用拉曼散氣體流經(jīng)這段管子。該發(fā)明需要離開管線或反應(yīng)器的樣品的滑流或重定向。多數(shù)
使用與單個檢測器結(jié)合的濾光輪。美國專利號5521703與另外三個的
細孩吏差別在于，它的多個檢測器沿激光共振配置中的氣體取樣單元的
長度設(shè)置。美國專利號5754289教導(dǎo)了濾光輪結(jié)合樣品的積分球的使用。相關(guān)美國專利號5386295、 5357343和5526121教導(dǎo)了通過使用光纖探頭與參考和取樣元件耦合的濾光輪光譜儀的使用。美國專利號5963319和6244753教導(dǎo)了用于工業(yè)過程監(jiān)測的色散光鐠儀和光纖耦合器的使用。光纖耦合器被認為限制了光吞吐量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供合并到小型低成本魯棒封裝中的光度分析儀，用于就地工業(yè)過程監(jiān)測應(yīng)用。分析儀可測量由一種或多種固體、液體或氣體分析物組成的均質(zhì)或非均質(zhì)化學(xué)混合物。分析儀使用拉曼散射并使光吞吐量最大、增加系統(tǒng)的信噪比并且合并有過程濃度的板載(on-board)量化。本發(fā)明不需要提取也不需要重定向來自始發(fā)過程管線或容器的材料。它可遠離過程來分析化學(xué)濃度，即，分析儀可與過程管線或容器分離或者在物理上分開。本發(fā)明可對工作在大范圍的條件下的過程中的化學(xué)成分進行分析。示例包括從低于大氣壓到數(shù)千psi的過程壓力、從零下到數(shù)百攝氏度的過程溫度以及從停滯到每分鐘數(shù)百公升的過程流量。
分析儀包括激光輻射源，所述激光輻射源可以是任何類型的激光器，但是優(yōu)選為固態(tài)激光二極管。激光輻射的時間特性受集成激光控制器模塊控制，集成激光控制器模塊又由微處理器來控制。激光器輸出經(jīng)過空間成形并且在自由空間光路定向到過程樣品。自由空間傳播被定義為光束主要通過氣體或真空的傳播，其中具有控制聚焦、光譜特性和其它性質(zhì)的分立光學(xué)組件和窗口。然后，激光輻射入射到位于分析器外部的樣品上。樣品所散射的拉曼輻射由分析器的自由空間成形光學(xué)器件來收集，自由空間成形光學(xué)器件調(diào)整散射輻射的空間特性以供向檢測器模塊的傳輸。使用 一個或多個空間和/或光學(xué)濾光器來減少或消除？ 1入檢測器模塊的在激勵波長的輻射的量，而沒有實質(zhì)減少預(yù)期拉曼信號量。使用 一個或多個附加濾光器來從拉曼信號提取目標光譜帶。各光譜帶的信號經(jīng)過低噪聲高增益放大器，該放大器增加模擬信號電平而沒有引入明顯的干擾。模擬信號電平在量上通過模數(shù)信號轉(zhuǎn)換器來測量。產(chǎn)生的數(shù)字信號由專用嵌入式微處理器或者另外某個數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)來處理。使用來自已知源、如化學(xué)樣品或者適當(dāng)參考標準的校準信息，信號直接或者經(jīng)由數(shù)學(xué)去巻積生成分析物的定量測量。
通過識別將要測量若干化學(xué)物類的哪一種，可將本發(fā)明定制用于特定應(yīng)用。理想地，預(yù)期化學(xué)物類的拉曼輻射包括在很大程度上與其它分子的散射輻射無關(guān)的光譜成分。


圖l是本發(fā)明的示意表示；圖2是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的示意表示；圖3是本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的示意表示；以及圖4是本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例的光學(xué)布局的一部分的示意表示。
具體實施例方式
本發(fā)明的示意表示如圖l所示。黑色箭頭指明主光信號的方向；灰色箭頭指明主電信號的方向。包括激光輻射源的輻射模塊110由控制微處理器150來控制。激光源可以為任何類型，但優(yōu)選為固態(tài)激光二極管。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，激光輻射源主要以785 nm的波長來放射輻射。
在離開輻射模塊之后，激光輻射經(jīng)由自由空間光學(xué)器件傳遞到自由空間光學(xué)器件模塊120。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，光學(xué)器件
模塊包括選擇性反射器，它處理激光輻射的方式與處理其它輻射、特別是包含返回信號(在下面定義)的輻射的方式不同。選擇性反射器可反射激光輻射而允許其它輻射通過，或者可允許激光輻射通過而反射其它輻射。選擇性反射器依靠包括下列項的機制中之一或若干機制的
組合(i)空間選擇性，例如鏡面或透明孔徑在選擇性反射器一部分中的附著；(ii)波長選擇性；或者(iii)偏振選擇性。在一個優(yōu)選實施例中，選擇性反射器具有較大的空白區(qū)，在其中心具有小反射點以反射準直射激光輻射。在另一個優(yōu)選實施例中，選擇性反射器包括二向色(dichroic)濾光器，或者涂敷有光學(xué)薄膜，該光學(xué)薄膜反射在激勵激光波長的光線而透射在更長和更短波長的光線。
在離開光學(xué)器件模塊120之后，激光輻射退出分析儀100，并且入射到位于分析儀外部的樣品。樣品可以是大量化學(xué)材料中任一種，并且可以容納或者可以不容納在對激光輻射和返回信號輻射透明的樣品端口 (port)窗口的背后。樣品和樣品端口窗口不是分析儀的組成部分。分析儀依靠樣品對激光輻射的拉曼散射。管理這種散射的物理過程一般包括例如拉曼散射的非彈性散射(波長偏移)過程以及例如瑞利(Rayleigh)和米氏(Mie)散射的彈性散射(波長保持)。預(yù)期信號(稱作返回信號)包括非彈性散射的拉曼輻射；非預(yù)期信號(稱作噪聲)包括彈性散射輻射加上例如雜散光的寄生源。返回信號和噪聲的一部分由自由空間光學(xué)器件模塊120來收集，并且組成返回輻射(稱作后向散射輻射)。返回輻射的空間和光譜特性由自由空間光學(xué)器件模塊來調(diào)整。使用一個或多個空間和/或光學(xué)濾光器來減少或消除在激勵波長的輻射量，而沒有實質(zhì)減少預(yù)期返回信號量。在退出光學(xué)器件模塊之后，返回輻射經(jīng)由自由空間光學(xué)器件傳遞到光度檢測器模塊130。
光度檢測模塊包括一個或多個濾光器，它們從返回信號提取與受關(guān)注的特定化學(xué)制品(chemicals)相對應(yīng)的目標光譜帶。濾光器可以是帶通或陷波濾光器，并且可以是固定波長或可調(diào)濾光器。在與合成束分離之后，將光線的所選波長定向到能夠檢測光子流的光敏檢測器。這些檢測器生成與在給定時間所檢測的光子數(shù)量成比例的模擬電壓和/或電流響應(yīng)。合成信號承載光流分為分立路徑，使得光電檢測器實時接收光線的可測量數(shù)量。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，用多個濾光器和多個檢測器來同時測量多個波長組分。同時檢測的優(yōu)點是減少總信號收集時間，以便實現(xiàn)預(yù)期測量靈敏度。同時檢測的另一個優(yōu)點是將分析物濃度變化與共模效應(yīng)、如樣品密度變化或者對入射輻射的樣品透明度變化區(qū)分的能力。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中，濾光器設(shè)置在活動臺架上，例如轉(zhuǎn)輪、線性滑片或者準許波長分離的其
它幾何配置。在本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例中，用將普克爾斯(Pockels)或克爾(Kerr)介質(zhì)用于單色器的電光濾光器來分離波長。使用可調(diào)濾光器、電光濾光器或者活動臺架的優(yōu)點是使用較少數(shù)量的檢測器的能力。在第四優(yōu)選實施例中，使用衍射元件(例如反射或折射光柵)或色散元件來分離波長。在這個實施例中，不同的波長組分可采用^r測器陣列來4企測。
在例如分析低壓氣體的一些情況下，使用能夠增加模擬信號電平(1 evel)而沒有引入明顯干擾的低噪聲高增益放大器來增加檢測器信號。在一個優(yōu)選實施例中，模擬信號路徑分為若干級，各級針對穩(wěn)定性以及對電噪聲和熱噪聲的低易感性來設(shè)計。屏蔽至各放大器的輸入，以便防止以電形式從外部源獲取信號。模擬信號電平在量上通過模數(shù)信號轉(zhuǎn)換器來測量。
光度檢測模塊與控制微處理器150之間的雙向通信在數(shù)字控制總線140上傳送。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，各信號采用專用模數(shù)轉(zhuǎn)換器來監(jiān)測，以便使積分時間最小，并且增加數(shù)據(jù)分析的速度而沒有信號降級。微處理器向一個或多個外部裝置提供數(shù)字數(shù)據(jù)，例如測量數(shù)據(jù)和分析儀狀態(tài)信息。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，分析儀在沒有外部裝置的情況下還采用可^r測的數(shù)據(jù)的就地物理呈現(xiàn)。
本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的示意表示如圖2所示。光學(xué)輻射由
ii激光源212生成。輻射源由激光冷卻器214進行溫度控制，并且該輻 射由光束成形光學(xué)器件213進行空間和光譜成形，在一個優(yōu)選實施例 中，光束成形光學(xué)器件213包括控制光束的空間范圍和準直的透鏡； 控制和穩(wěn)定光束的中心波長的波長選擇性反射元件以及限制光束的 光譜范圍的光學(xué)濾光器。激光輻射的時間特性由激光控制器211控 制，而激光控制器211又由控制微處理器250控制。在一個優(yōu)選實施 例中，光束的時間特性在低于lOMHz的頻率合并有矩形波串(boxcar) 調(diào)制，以便幫助辨別雜散光學(xué)背景。激光源212、激光冷卻器214、 光束成形光學(xué)器件213和激光控制器211包含在輻射模塊210中。
在離開輻射模塊時，激光輻射進入由自由空間光學(xué)器件模塊220。 自由空間光學(xué)器件模擬包括選擇性反射器222，該選擇性反射器222 具有較大空白區(qū)以及在其中心反射激光輻射的較d、反射區(qū)。在由選擇 性反射器進行反射之后，激光輻射入射到物鏡221上，物鏡221的功 能是幫助將激光輻射傳遞到被測樣品。
物鏡221從被測樣品收集后向散射輻射。后向散射輻射傳播到選 擇性反射器222，選擇性反射器222使信號的大部分通過，并且在反 射器中心反射光線。來自選擇性反射器的透射信號的空間特性由返回 信號成形光學(xué)器件223來調(diào)整。激勵阻擋濾光器224包括一個或多個 透鏡以及一個或多個空間或者光學(xué)濾光器，它們用于減少或消除進入 檢測器模擬230的在激勵激光波長的非預(yù)期輻射的量。激勵阻擋濾光 器224沒有實質(zhì)減少預(yù)期返回信號量，而是減少返回輻射中在激勵激 光波長的非預(yù)期彈性組分。監(jiān)測非預(yù)期輻射的其余部分，以便用作包 含與儀器的操作和被分析過程的狀況有關(guān)的信息的診斷信號。
離開激勵阻擋濾光器的信號入射到一個或多個鏡面225上，鏡面 225用于將信號重定向到光度檢測器模塊230并且?guī)椭治鰞x的光學(xué) 對齊。檢測器模塊包括濾光器模塊231。在進入濾光器模塊時，返回 信號以非法線角度入射到多個光學(xué)帶通濾光器232,每個光學(xué)帶通濾 光器有選擇地以固定的窄波帶透射輻射并將其它波長的輻射反射到濾光器鏈中的下一個濾光器，因而在濾光器模塊中創(chuàng)建曲折分叉的光 路。透射過任意帶通濾光器的信號由檢測器透鏡聚焦到光電檢測器元 件233。光電檢測器元件的示例包括硅光電檢測器、雪崩光電檢測器
或者光電倍增管。雖然圖2中示出了6組濾光器和檢測器元件，但是，
分析儀可與任何數(shù)量的濾光器和檢測器元件配合操作。在本發(fā)明的一 個備選實施例中，濾光器設(shè)置在活動臺架上，例如轉(zhuǎn)輪、線性滑片。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，光學(xué)帶通濾光器232裝配在活動
壓下且保持，以便提供低成本、易于再配置并且易于制造的部件。在 圖2所示的具體實施例中，可使用各保持一半濾光器的兩個濾筒。
來自光電檢測器元件233的輸出電流由光電檢測器放大器234放 大并轉(zhuǎn)換成信號電壓。由于激光源212經(jīng)過調(diào)制，所以樣品所散射的 光子具有不同的標識，并且被從來自其它源的非預(yù)期光子區(qū)分開。來 自光電檢測器放大器234的信號由鎖定(lock-in)放大器235解調(diào)為DC 電壓或電流信號電平(level)。各解調(diào)器以同步方式與激光激勵調(diào)制綁 定，以便允許同相測量。
模擬信號電平在量上通過^:莫數(shù)信號轉(zhuǎn)換器236來測量。在本發(fā)明
的一個優(yōu)選實施例中，這些信號轉(zhuǎn)換器執(zhí)行高分辨率平均功能。不希 望的噪聲(包括由調(diào)制源生成的噪聲)被過濾，這提供更準確的DC測量。
光電檢測器元件233通過與PID環(huán)溫度控制器耦合的加熱和/或 冷卻裝置237進行有效溫度穩(wěn)定，以便使熱噪聲和漂移最小。
在裝配之后，使用已知數(shù)量的參考化學(xué)制品或者已校準熒光源來 校準分析儀。光信號的強度與分子強度成正比。這種比例性提供將所 觀測拉曼光子功率與樣品成分相關(guān)的方式。備選地，化學(xué)制品的定量 測量可通過使用采用來自光電^^測器元件的組合的信息的數(shù)學(xué)去巻 積來生成。在本發(fā)明的另一個實施例中，使用來自光電檢測器元件的 信號來提供與過程有關(guān)的非定量信息，例如作為時間或操作條件的函
13數(shù)的濃度變化。通過分析儀所提供的信息，用戶可調(diào)整或者控制過程 條件。
本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的示意表示如圖3所示。除了檢測器 模塊330之外，這個實施例與圖2所示相似。檢測器模塊包含單個檢 測器元件333。光學(xué)過濾元件332包括單個可變?yōu)V光器(例如可調(diào)濾光 器或電光濾光器)或者活動臺架(例如轉(zhuǎn)輪或線性滑片)上的多個固定 濾光器。光學(xué)過濾元件332有選4奪地透射在預(yù)期波帶的輻射。透射信 號由檢測器元件333檢測。檢測器元件的示例包括硅光電檢測器、雪 崩光電檢測器或者光電倍增管。通過改變過濾元件的性質(zhì)或者通過移 動臺架，通過過濾元件332來允許不同的波帶。
來自檢測器元件333的輸出電流由檢測器放大器334放大并轉(zhuǎn)換 成信號電壓。來自檢測器放大器334的信號由鎖定放大器335解調(diào)為 DC電壓或電子電流信號電平。模擬信號電平在量上使用高分辨率模 數(shù)信號轉(zhuǎn)換器336來測量。
在本發(fā)明的另 一個優(yōu)選實施例中，將一個或多個附加濾光器和抬r 測器加到檢測器模塊330，以便分析其它預(yù)期波帶。
本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例的一部分的示意表示如圖4所示。來 自輻射模塊410的激光輻射入射到自由空間光學(xué)器件模塊420。物鏡 421公用于激光輻射傳遞和返回信號收集，但是，與圖2提供的具體 實施例不同，選擇性反射器422僅用于向樣品傳遞激光輻射。在圖4 所示的具體實施例中，選擇性反射器422不要求是波長選擇的。
雖然針對本發(fā)明的若干示范實施例示出和描述了本發(fā)明，但是， 在沒有背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對其形式和細節(jié)進行變 更、省略和添力口。
權(quán)利要求
1.一種光化學(xué)分析儀，包括激光模塊，包括激光源；光學(xué)檢測器模塊，包括至少一個固定波長光譜濾光器和至少一個光電檢測器；自由空間光學(xué)器件模塊，其中，所述光學(xué)器件模塊通過光學(xué)窗口或透鏡將所述激光源的輻射傳遞到位于所述分析儀外部并與所述分析儀有一定間隔的樣品，所述光學(xué)器件模塊通過所述光學(xué)窗口或透鏡從所述樣品收集散射的拉曼輻射，并且將所述所收集拉曼輻射傳遞到所述光學(xué)檢測器模塊，每個所述光譜濾光器從所述所收集拉曼輻射提取光譜帶；以及控制微處理器。
2. 如權(quán)利要求1所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述光譜濾光器 是帶通濾光器或陷波濾光器。
3. 如權(quán)利要求1所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述光譜檢測器 模塊還包括至少一個可調(diào)濾光器。
4. 如權(quán)利要求2所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述光譜濾光器 設(shè)置在曲折分叉的光路上。
5. 如權(quán)利要求4所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述拉曼輻射以 非法線角度入射到所述光譜濾光器。
6. 如權(quán)利要求1所述的光化學(xué)分析儀，其中，每個所述光譜帶 由不同的光電檢測器來4企測。
7. 如權(quán)利要求6所述的光化學(xué)分析儀，其中，每個所述光電檢 測器是硅光電檢測器、雪崩光電檢測器或者光電倍增管。
8. 如權(quán)利要求6所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述光電檢測器 由加熱或冷卻裝置進行有效溫度穩(wěn)定。
9. 如權(quán)利要求1所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述光譜濾光器設(shè)置在例如轉(zhuǎn)輪或線性滑片的活動臺架上。
10. 如權(quán)利要求2所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述光譜濾光器 是薄膜濾光器。
11. 如權(quán)利要求1所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述光譜濾光器 裝配在一個或多個活動且可更換濾筒中，其中，所述光譜濾光器相對 于參考表面被壓下并保持。
12. 如權(quán)利要求1所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述光語;險測器 才莫塊還包括用于光譜^是耳又的Pockels或Kerr介質(zhì)。
13. 如權(quán)利要求1所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述光譜4企測器 模塊還包括一個或多個衍射元件或色散元件。
14. 如權(quán)利要求13所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述衍射元件 包括反射或折射光柵。
15. 如權(quán)利要求1所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述自由空間光 學(xué)器件模塊包括選擇性反射器，所述選擇性反射器主要反射所述激光 輻射并主要透射所述拉曼輻射 。
16. 如權(quán)利要求15所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述選擇性反 射器包括光學(xué)薄膜或者二向色濾光器或者較大空白區(qū)，其中較小反射 區(qū)位于所述較大空白區(qū)中。
17. 如權(quán)利要求1所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述自由空間光 學(xué)器件模塊包括選擇性反射器，所述選擇性反射器主要透射所述激光 輻射并主要反射所述拉曼輻射。
18. 如權(quán)利要求17所述的光學(xué)化學(xué)分析儀，其中，所述選擇性 反射器包括具有'J 、孔徑的大反射區(qū)。
19. 如權(quán)利要求1所述的光化學(xué)分析儀，其中，在所述分析儀外 部傳遞的所述激光輻射的主軸與進入所述分析儀的所述拉曼輻射的 主軸在所述兩個主軸與所述光學(xué)窗口或透4t相交的位置共線。
20. 如權(quán)利要求1所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述樣品位于對 所述激光輻射和所述拉曼輻射透明的窗口之后。
21. 如權(quán)利要求20所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述樣品包括一種或多種固體、液體或氣體材料的均質(zhì)或非均質(zhì)化學(xué)混合物。
22. 如權(quán)利要求21所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述樣品位于 過程管線或過程容器內(nèi)部。
23. 如權(quán)利要求21所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述分析儀提 供至少一種所述固體、液體或氣體材料的濃度的量化。
24. 如權(quán)利要求1所述的光化學(xué)分析儀，其中，將來自所述激光 源的所述輻射的幅度以低于10MHz的頻率在時間上進行調(diào)制。
25. 如權(quán)利要求24所述的光化學(xué)分析儀，其中，在光譜上使所 述激光源穩(wěn)定。
26. 如權(quán)利要求25所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述激光源放 射主要在785 nm波長的輻射。
27. 如權(quán)利要求25所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述激光模塊 包括激光冷卻器、光束成形光學(xué)器件和波長選擇性元件，以便控制所 述激光源的所述輻射的波長。
28. 如權(quán)利要求27所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述激光模塊 還包括至少一個光學(xué)濾光器，以便對所述激光源的所述輻射的光譜范 圍進行限制。
29. 如權(quán)利要求1所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述光學(xué)器件模 塊改變所述所收集拉曼輻射的空間和光譜特性，以及其中，所述光學(xué) 器件模塊包括至少一個透鏡和至少一個空間或光譜濾光器，以便減少 或消除在所述激光源的所述輻射的波長的非預(yù)期輻射。
30. 如權(quán)利要求1所述的光化學(xué)分析儀，其中，所述光檢測模塊 中的至少一個模擬信號路徑分為具有高穩(wěn)定性且對電噪聲和熱噪聲 的低易感性的若干級，以及其中，所述控制微處理器向一個或多個外 部裝置提供數(shù)字數(shù)據(jù)，例如測量數(shù)據(jù)和分析儀狀態(tài)信息。
31. —種用于測量連續(xù)流或批量過程中的化學(xué)濃度的方法，包括使用自由空間光學(xué)器件通過觀測窗將激光輻射放射到所述連續(xù)流或批量過程中；使用光學(xué)器件模塊通過所述觀測窗來收集散射的拉曼輻射； 使用所述光學(xué)器件模塊將所述拉曼輻射傳遞到一企測模塊；以及 使用包括固定波長光譜濾光器的光度檢測器模塊來檢測所述拉曼輻射的各個光譜帶。
全文摘要
一種用于工業(yè)化學(xué)過程的測量的光學(xué)設(shè)備。該分析儀使用拉曼散射，并且執(zhí)行連續(xù)或批量過程中的化學(xué)濃度的測量。分析儀在距分析物的一定間隔距離處進行操作，并且可通過光學(xué)端口來測量濃度，幫助連續(xù)無損或無創(chuàng)分析而無需從過程提取分析物。分析儀可測量一個或若干固體、液體或氣體分析物或者它們的組合。
文檔編號G01N21/65GK101652653SQ200880003475
公開日2010年2月17日 申請日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月29日
發(fā)明者B·克蘭頓, D·埃里克森, G·C·布朗, J·格雷西, M·B·沙菲爾, M·P·哈蒙, M·伯卡, P·維勒納維 申請人:坎布留斯公司