激光氮势分析传感器及检测方法与流程

本发明属于种测量热处理渗氮工艺中氮势测量的技术领域，涉及一种激光氮势分析传感器及检测方法。

背景技术：

渗氮，是一种热处理工艺，将精密零件放置在热处理渗氮炉中加热，炉膛内通入氨气和微量二氧化碳等气体，高温裂解后形成主要含有氮原子渗氮气体，高温使得氮原子渗入钢件的表面。渗氮工艺可在较小热变形的前提下获得优秀的机械性能。以氮原子的数量为基础的工程量称为氮势。检测并调整氮势是获得需要的渗氮后零件的机械性能的唯一方法。

目前最常用的方法是采用氢探头检测渗氮气体中的氢含量，推算出于氢含量中对应的氮原子的数量得到氮势。由于氢探头方法是间接的通过测量氢的含量推算出氮势，运算复杂，精度低，反应时间慢。氢探头测量炉内氢含量，只能采用热导原理的传感器。炉内其他和氢热导率数值相近的其他伴随气体会严重影响氢传感器的检测可靠性和精度，甚至无法使用。

渗氮气体主要含量是氨气，是一种比较活跃的化学物质，当炉膛的气体温度波动或露点升高时，凝结析出铵盐和水汽沉积在氢探头狭小的管腔内导致传感器无法工作。

技术实现要素：

本发明为了克服上述现有技术的不足，提供一种激光氮势分析传感器及检测方法，用来解决目前最常用的使用氢探头测量氮势，精度低，反应时间慢，容易腐蚀和堵塞导致无法连续工作的缺陷。

本发明所采用的技术方案是：

激光氮势分析传感器，包含激光发射器、激光接收器、发射内置电路、接收内置电路、安装座，其特征在于：激光发射器、激光接收器、发射内置电路、接收内置电路分别安装在安装座上，且发射内置电路与激光发射器相连，接收内置电路与激光接收器相连，激光发射器的光路与激光接收器的光路在一条上。

本发明还包括两块保护镜片，在激光发射器和激光接收器相对渗氮炉炉膛一侧安装均安装一块保护镜片。

本发明还包括两个保护罩，在激光发射器和激光接收器上均安装一个保护罩。

本发明的激光氮势分析传感器采用激光TDLAS技术，用激光检测炉气气体的含量以获得直接氮势。本发明的原理是：“激光穿过被测气体的光强衰减基于郎伯.比尔(Lambert-Beer)定律：即被测气体组分对特定波长的光具有吸收，且吸收强度于组分浓度成正比”。

利用所述的激光氮势分析传感器的检测方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)将所述的激光氮势分析传感器通过安装座安装在渗氮炉外壁上，且安装座成为渗氮炉炉膛的扩展旁路，渗氮炉内有循环风扇，扩展旁路中的渗氮气体和炉膛内的气体完全一致和同步；(2)激光发射器调制成为需要的特定波长和频率的激光并发射，同时转换成相应信号传送到发射内置电路；激光穿过渗氮炉的扩展旁路渗氮气体，被安装在渗氮炉的扩展旁路对面的激光接收器接收，激光接收器接收已穿过被测渗氮气体，被吸收后光强已改变的激光，然后并通过接收内置电路，分析激光吸收前后光强变化参数，通过郎伯.比尔定律运算，转换成对应的气体含量，然后通过现有的“气氛含量/氮势转换数学模型”计算出氮势。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用不同于现有任何其他技术的独创的激光测量来测量氮势。

本发明的传感器应用了TDLAS激光技术。采用特定波长的激光，对渗氮炉气具有极佳的选择性和唯一性，解决了热导原理的氢传感器由于炉内CO₂和氢热导率数值相近的其他伴随气体，严重影响氢传感器的检测可靠性和精度，甚至无法使用。

本发明的传感器是一种真正的实时在线氮势测量装置。激传感器安装于炉体上，由于激光光束不间断，可以连续不间断直接测量。激光器设计有保护镜片，不需于渗氮气体直接接触，解决了由于渗氮炉气会凝结析出铵盐和水汽，极易沉积在氢探头狭小的管腔内和检测原件表面导致传感器无法测量氮势的问题。

附图说明

图1为本发明激光氮势分析传感器的结构示意图。

图2为本发明激光氮势分析传感器在渗氮炉上的安装方式示意图。

图中：激光发射器1、激光接收器2、发射内置电路3-1、接收内置电路3-2、安装座4、两块保护镜片5、两个保护罩6，渗氮炉7，循环风扇8。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明包含激光发射器1、激光接收器2、发射内置电路3-1、接收内置电路3-2、安装座4、两块保护镜片5、两个保护罩6，其特征在于：激光发射器1、激光接收器2、发射内置电路3-1、接收内置电路3-2分别安装在安装座4上，发射内置电路3-1与激光发射器1相连，接收内置电路3-2与激光接收器2相连，激光发射器1的光路与激光接收器2的光路在一条上，在激光发射器和激光接收器相对渗氮炉炉膛一侧安装均安装一块保护镜片5；在激光发射器和激光接收器上均安装一个保护罩6。所述的激光发射器1、激光接收器2、发射内置电路3-1、接收内置电路3-2结构均为现有结构。

如图2所示，本发明的的检测方法为：(1)激光氮势分析传感器通过安装座4安装在渗氮炉7外壁上，且安装座4成为渗氮炉7炉膛的扩展旁路，渗氮炉7内有循环风扇8，扩展旁路中的渗氮气体和炉膛内的气体完全一致和同步；(2)激光发射器1调制成为需要的特定波长和频率的激光并发射，同时转换成相应信号传送到发射内置电路3-1；激光穿过渗氮炉7的扩展旁路渗氮气体，被安装在渗氮炉7的扩展旁路对面的激光接收器2接收，激光接收器2接收已穿过被测渗氮气体，被吸收后光强已改变的激光，然后并通过接收内置电路3-2，分析激光吸收前后光强变化参数，通过郎伯.比尔定律运算，转换成对应的气体含量，然后通过现有的“气氛含量/氮势转换数学模型”计算出氮势。