專利名稱：同時監(jiān)測二氧化硫和一氧化氮氣體濃度的便攜裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體濃度監(jiān)測裝置，具體涉及應(yīng)用寬帶光譜技術(shù)同時監(jiān)測 兩種氣體濃度的便攜裝置。
技術(shù)背景我國是一個煤炭擁有量的大國，同時也是一個煤炭消耗大國。我國的能源 主要以煤炭為主，但是煤炭燃燒會產(chǎn)生大量的二氧化硫和氮氧化物，對環(huán)境造 成嚴(yán)重危害。氣體污染監(jiān)測儀器有在線式和便攜式兩種?，F(xiàn)有便攜式監(jiān)測二氧化硫和一氧化氮氣體濃度的設(shè)備主要是基于電化學(xué)測量技術(shù)；應(yīng)用電化學(xué)方法 測量的氣體濃度監(jiān)測儀可以單獨測量多種污染氣體的濃度，但是由于是基于一 系列化學(xué)反應(yīng)的測量方法，因此存在著濃度測量慢、反應(yīng)不靈敏、化學(xué)反應(yīng)操 作復(fù)雜、設(shè)備維護繁瑣和投入成本較高等弊端。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有便攜式電化學(xué)監(jiān)測設(shè)備所存在的只能測量單一種 類氣體濃度，且測量濃度慢、反應(yīng)不靈敏、操作復(fù)雜、成本較高的缺點、以及 設(shè)備維護繁瑣的問題，而提出的一種同時監(jiān)測二氧化硫和一氧化氮氣體濃度的 便攜裝置及測量方法。同時監(jiān)測二氧化硫和一氧化氮氣體濃度的便攜裝置，它由氖燈l、準(zhǔn)直透 鏡2、樣品池3、濾光片4、會聚透鏡5、光譜儀6和計算機7組成；気燈1 發(fā)射的紫外光束傳輸?shù)綔?zhǔn)直透鏡2的光路輸入端，準(zhǔn)直透鏡2的光路輸出端輸 出的平行光傳輸?shù)綐悠烦?的光線入射窗口，樣品池3的光線出射窗口射出的 光束照射到濾光片4上，濾光片4將光束反射到會聚透鏡5的光路輸入端，會 聚透鏡5的光路輸出端輸出的光束傳輸?shù)焦庾V儀6的光路接收端，光譜儀6 的數(shù)據(jù)信號輸出端連接計算機7的數(shù)據(jù)輸入端。同時監(jiān)測二氧化硫和一氧化氮氣體濃度的便攜裝置的測量方法，其特征在 于它的步驟如下步驟一、氘燈1發(fā)出紫外光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡2后變?yōu)槠叫泄饩€入射到含有二 氧化硫和一氧化氮混合氣體的樣品池3，樣品池3中的二氧化硫和一氧化氮吸 收紫外光；步驟二、從樣品池3射出的剩余的紫外光經(jīng)濾光片4反射到會聚透鏡5 上進行聚焦，聚焦后的反射光被光譜儀6接收，光譜儀6將光信號轉(zhuǎn)換成電信 號后送入計算機7;步驟三、計算機7對光譜儀6送入的數(shù)據(jù)信號進行計算處理，根據(jù)公式:<formula>formula see original document page 5</formula>
在公式<formula>formula see original document page 5</formula>中，^。2為被測二氧化硫氣體的濃度，C7叫為二氧化硫氣體的吸收截面，c7。為對2卯 310nm波段的吸收光譜進行多項式擬合后 對應(yīng)的吸收截面，Z是樣品池的長度；C由公式C-y^7^^求得，其中/是光譜儀接收的光強度，/。是氘燈發(fā)出的紫外光的原始強度，/ 是消光系數(shù)，K。2 為被測二氧化硫氣體的濃度， 為對290 310nm波段的吸收光譜進行多項式擬合后對應(yīng)的吸收截面；在公式A^。-^^中，A^。為被測一氧化氮氣體的 濃度，^。是一氧化氮氣體的吸收"面，丄是樣品池的長度；C由公式c二7^e^^^求得；其中/是光譜儀接收的光強度，/。是氘燈發(fā)出的紫外光的原始強度，i 是消光系數(shù)，iV恥為被測一氧化氮氣體的濃度，cr。為對290 310nm 波段的吸收光譜進行多項式擬合后對應(yīng)的吸收截面；最后得到二氧化硫和一氧 化氮氣體的濃度。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明具備的濃度測量快、反應(yīng)靈敏和投入成本較低 的優(yōu)點，而且它利用一只氘燈做光源，單氣室，和一個光譜儀，達到了同時監(jiān) 測兩種氣體濃度的目的，結(jié)構(gòu)簡單，容易操作，體積小、測量精度高和穩(wěn)定性 好的優(yōu)異性能。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為二氧化硫的吸收光譜；圖3為一氧化 氮的吸收光譜。
具體實施方式
具體實施方式
一結(jié)合圖1說明本實施方式，它由氖燈1、準(zhǔn)直透鏡2、 樣品池3、濾光片4、會聚透鏡5、光譜儀6和計算機7組成；氖燈1發(fā)射的 紫外光束傳輸?shù)綔?zhǔn)直透鏡2的光路輸入端，準(zhǔn)直透鏡2的光路輸出端輸出的平 行光傳輸?shù)綐悠烦?的光線入射窗口，樣品池3的光線出射窗口射出的光束照 射到濾光片4上，濾光片4將光束反射到會聚透鏡5的光路輸入端，會聚透鏡 5的光路輸出端輸出的光束傳輸?shù)焦庾V儀6的光路接收端，光譜儀6的數(shù)據(jù)信 號輸出端連接計算機7的數(shù)據(jù)輸入端。
具體實施方式
二結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的步驟如下 步驟一、氘燈1發(fā)出紫外光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡2后變?yōu)槠叫泄饩€入射到含有二氧化硫和一氧化氮混合氣體的樣品池3，樣品池3中的二氧化硫和一氧化氮吸收紫外光；步驟二、從樣品池3射出的剩余的紫外光經(jīng)濾光片4反射到會聚透鏡5 上進行聚焦，聚焦后的反射光被光譜儀6接收，光譜儀6將光信號轉(zhuǎn)換成電f號后送入計算機7;步驟三、計算機7對光譜儀6送入的數(shù)據(jù)信號進行計算處理，根據(jù)公式<formula>formula see original document page 6</formula>
在公式<formula>formula see original document page 6</formula>
中，^。2為被測二氧化硫氣體的濃度，&。2為二氧 22Jo"s。2-Jo l丄化硫氣體的吸收截面，cx。為對290 310nm波段的吸收光譜進行多項式擬合后 對應(yīng)的吸收截面，丄是樣品池的長度；C由公式C-^Z^—求得，其中/是光譜儀接收的光強度，/。是氘燈發(fā)出的紫外光的原始強度，i 是消光系數(shù)，ws。2 為被測二氧化硫氣體的濃度，C7。為對290 310nm波段的吸收光譜進行多項式擬合后對應(yīng)的吸收截面；在公式A^。-^——p中，A、。為被測一氧化氮氣體的濃度， 。是一氧化氮氣體的吸收"面，丄是樣品池的長度；C由公式 C^7^Z。w^求得；其中/是光譜儀接收的光強度，/。是気燈發(fā)出的紫外光的原始強度，i 是消光系數(shù)，A;為被測一氧化氮氣體的濃度，cr。為對290 310nm 波段的吸收光譜進行多項式擬合后對應(yīng)的吸收截面；最后得到二氧化硫和一氧 化氮氣體的濃度。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
二不同點在于步驟一中的 氘燈1發(fā)射紫外光波長為190nm 400nm。其它參數(shù)與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
二不同點在于步驟二中采 用的濾光片4為反射波長為240nm以下全部紫外光，并反射30%波長為240nm 以上紫外光的濾光片。其它參數(shù)與具體實施方式
二相同。由于樣品池3兩側(cè)的 準(zhǔn)直透鏡2和會聚透鏡5對210 230nm的紫外光吸收比較強烈，為了達到準(zhǔn) 確測量的目的，使用所述參數(shù)的濾光片進行調(diào)解，使光譜儀接收到的各波長的 光強度基本一致，降低測量誤差。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
二不同點在于步驟二中光譜儀6為采集光譜210nm 320nm的光譜儀。其它參數(shù)與具體實施方式
二相同。 工作原理結(jié)合圖2、圖3說明本發(fā)明的工作原理，氖燈發(fā)出的紫外光通 過被測二氧化硫和一氧化氮混合氣體吸收后，紫外光在290 310nm波段出現(xiàn) 明顯減弱現(xiàn)象，此現(xiàn)象是由二氧化硫吸收產(chǎn)生的；紫外光在220 230nm波段 之間也出現(xiàn)光強減弱現(xiàn)象，這是由于二氧化硫和一氧化氮吸收產(chǎn)生的，而一氧 化氮主要吸收光強在226nm的紫外光。因此，我們可以通過紫外光在300nm 附近波段的吸收情況測量二氧化硫的濃度，通過紫外光在226nm處的吸收情 況和已測二氧化硫的濃度來測出一氧化氮的濃度。計算機內(nèi)含有根據(jù)比爾一朗 伯定律編寫的程序軟件。含有根據(jù)比爾一朗伯定律編寫的程序軟件能根據(jù)公式 /(義)=^。(;1>_^")、其中/(A)是光譜儀接收的波長為A的光強度，/。("是 氘燈發(fā)出的波長為A的光的原始強度，i 是消光系數(shù)，7V為氣體的濃度，cr(A)為 氣體在波長/l處的吸收截面，丄為氣體的長度，分析、計算并顯示二氧化硫和 一氧化氮氣體的濃度；并且可以排除一氧化氮的測量中二氧化硫?qū)σ谎趸?干擾。
權(quán)利要求
1、同時監(jiān)測二氧化硫和一氧化氮氣體濃度的便攜裝置，其特征在于它由氘燈(1)、準(zhǔn)直透鏡(2)、樣品池(3)、濾光片(4)、會聚透鏡(5)、光譜儀(6)和計算機(7)組成；氘燈(1)發(fā)射的紫外光束傳輸?shù)綔?zhǔn)直透鏡(2)的光路輸入端，準(zhǔn)直透鏡(2)的光路輸出端輸出的平行光傳輸?shù)綐悠烦?3)的光線入射窗口，樣品池(3)的光線出射窗口射出的光束照射到濾光片(4)上，濾光片(4)將光束反射到會聚透鏡(5)的光路輸入端，會聚透鏡(5)的光路輸出端輸出的光束傳輸?shù)焦庾V儀(6)的光路接收端，光譜儀(6)的數(shù)據(jù)信號輸出端連接計算機(7)的數(shù)據(jù)輸入端。
2、同時監(jiān)測二氧化硫和一氧化氮氣體濃度的便攜裝置的測量方法，其特征在于它的步驟如下.-步驟一、氘燈(1)發(fā)出紫外光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡(2)后變?yōu)槠叫泄饩€入射到含有 二氧化硫和一氧化氮混合氣體的樣品池(3)，樣品池(3)中的二氧化硫和一氧化 氮吸收紫外光；步驟二、從樣品池(3)射出的剩余的紫外光經(jīng)濾光片(4)反射到會聚透鏡(5) 上進行聚焦，聚焦后的反射光被光譜儀(6)接收，光譜儀(6)將光信號轉(zhuǎn)換成電 信號后送入計算機(7);步驟三、計算機(7)對光譜儀(6)送入的數(shù)據(jù)信號進行計算處理，根據(jù)公式-》-lnc) / w 1W0 ， ，在公式i^。,n》11^1 ^中，A^。2為被測二氧化硫氣體的濃度，cx,。為二氧 2J°"so2 - l丄 2化硫氣體的吸收截面，(T。為對290 310nm波段的吸收光譜進行多項式擬合后 對應(yīng)的吸收截面，丄是樣品池的長度；C由公式C:丁^戶 i求得，其中z是光譜儀接收的光強度，/。是氘燈發(fā)出的紫外光的原始強度，i 是消光系數(shù)，iVs。2 為被測二氧化硫氣體的濃度，cj。為對290 310nm波段的吸收光譜進行多項式擬合后對應(yīng)的吸收截面；在公式7^。=^~T中， 。為被測一氧化氮氣體的 濃度， 。是一氧化氮氣體的吸收截面，￡是樣品池的長度；C由公式c二7^^^^求得；其中/是光譜儀接收的光強度，/。是氘燈發(fā)出的紫外光的原始強度，i 是消光系數(shù)，A。。為被測一氧化氮氣體的濃度， 為對290 310mn 波段的吸收光譜進行多項式擬合后對應(yīng)的吸收截面；最后得到二氧化硫和一氧化氮氣體的濃度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的同時監(jiān)測二氧化硫和一氧化氮氣體濃度的便攜 裝置的測量方法，其特征在于步驟一中的氘燈(l)發(fā)射紫外光波長為190nm 400nm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的同時監(jiān)測二氧化硫和一氧化氮氣體濃度的便攜 裝置的測量方法，其特征在于步驟二中采用的濾光片(4)為反射波長為240nm 以下全部紫外光，并反射30%波長為240nm以上紫外光的濾光片。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的同時監(jiān)測二氧化硫和一氧化氮氣體濃度的便攜 裝置的測量方法，其特征在于步驟二中光譜儀(6)為采集光譜210mn 320nm 的光譜儀。
全文摘要
同時監(jiān)測二氧化硫和一氧化氮氣體濃度的便攜裝置及測量方法。本發(fā)明涉及氣體濃度監(jiān)測裝置，它解決了只能測量單一種類氣體濃度、測量濃度慢、反應(yīng)不靈敏、操作復(fù)雜、成本較高、設(shè)備維護繁瑣的問題。裝置中的氘燈發(fā)射的紫外光束傳輸?shù)綔?zhǔn)直透鏡的光路輸入端，準(zhǔn)直透鏡的光路輸出端輸出的平行光傳輸?shù)綐悠烦氐墓饩€入射窗口，樣品池的光線出射窗口射出的光束照射到濾光片上，濾光片將光束反射到會聚透鏡的光路輸入端，會聚透鏡的光路輸出端輸出的光束傳輸?shù)焦庾V儀的光路接收端，光譜儀的數(shù)據(jù)信號輸出端連接計算機的數(shù)據(jù)輸入端。數(shù)據(jù)通過上述公式最后得到二氧化硫和一氧化氮氣體的濃度。本發(fā)明具有濃度測量快、反應(yīng)靈敏、維護簡單和成本低的優(yōu)點。
文檔編號G01N21/33GK101256140SQ20081006412
公開日2008年9月3日 申請日期2008年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月17日
發(fā)明者張云剛, 張治國, 王華山, 星 高 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)