專利名稱：利用二極管激光器同時監(jiān)測二氧化硫和一氧化氮氣體濃度的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同時監(jiān)測ニ氧化硫和一氧化氮氣體濃度的裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，排放到空氣中的ニ氧化硫和氮氧化物不斷増加，我國ニ氧化硫和氮氧化物的排放總量都超過了 2000萬噸。作為酸雨的主要誘因，エ業(yè)ニ氧化硫排放量占全國ニ氧化硫排放總量的80%以上，控制エ業(yè)ニ氧化硫的排放對于減少ニ氧化硫排放、減輕酸雨危害具有重要意義。隨著我國能源消費和機動車保有量的快速增長氮氧化物排放量也迅速上升，氮氧化物排放量的増加使得我國酸雨污染由硫酸型向硫酸和硝酸復(fù)合型轉(zhuǎn)變。ニ氧化硫和氮氧化物的排放對城市空氣環(huán)境造成了極大的污染，我國正在制定新的環(huán) 保法，對ニ氧化硫、氮氧化物以及懸浮顆粒物實行總量控制。因此，對污染氣體排放的在線監(jiān)測就成為必需的技術(shù)基礎(chǔ)。只有準確快速的測量，才能供運行人員實時調(diào)整，使污染物的排放降到最低。然而目前缺少測量精度高、性能穩(wěn)定的同時監(jiān)測ニ氧化硫和ー氧化氮氣體濃度的裝置及方法提供空氣環(huán)境污染的實時數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前缺少測量精度高、性能穩(wěn)定的同時監(jiān)測ニ氧化硫和一氧化氮氣體濃度的裝置及方法的問題，提供ー種利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和一氧化氮氣體濃度的裝置及方法。利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和一氧化氮氣體濃度的裝置，它由信號發(fā)生器、一號溫度電流控制器、一號ニ極管激光器、一號準直透鏡、分束鏡、待測氣體通道、一號會聚透鏡、一號探測器、數(shù)據(jù)采集卡、二號溫度電流控制器、二號ニ極管激光器、二號準直透鏡、ニ向色鏡、和頻晶體、干渉濾光片、二號會聚透鏡、二號探測器和計算機組成，信號發(fā)生器的鋸齒波信號輸出端與一號溫度電流控制器的耦合信號輸入端連通，一號溫度電流控制器的驅(qū)動電流的輸出端與一號ニ極管激光器的驅(qū)動電流的輸入端連通，一號ニ極管激光器發(fā)出的激光依次通過一號準直透鏡、分束鏡、待測氣體通道和一號會聚透鏡，到達一號探測器的光敏面，一號探測器的電信號輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的ー個數(shù)據(jù)采集信號的輸入端連通，二號溫度電流控制器的驅(qū)動電流的輸出端與二號ニ極管激光器的驅(qū)動電流的輸入端連通，二號ニ極管激光器發(fā)出的激光通過二號準直透鏡，入射到ニ向色鏡，ニ向色鏡的透射光與分束鏡的反射光同時入射到和頻晶體，和頻晶體的出射光依次通過干涉濾光片、待測氣體通道和二號會聚透鏡，入射到二號探測器，二號探測器的電信號輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的另ー個數(shù)據(jù)采集信號的輸入端連通，數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集信號的輸出端與計算機的采集信號的輸入端連通。利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和一氧化氮氣體濃度的方法，它包括的具體步驟如下
采用鋸齒波電流驅(qū)動ニ極管激光器輸出激光；將所述激光采用準直透鏡變成平行光束，然后采用分束鏡分成兩束光，其中一束光入射至待測氣體后，采用會聚透鏡會聚至探測器的光敏面，通過該探測器獲得第一組數(shù)據(jù)；另一束光通過ニ向色鏡反射獲得短波光束，將激光信號數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡輸入到計算機中；另一路入射到ニ向色鏡；控制另一個ニ極管激光器輸出的激光；將所述激光采用二號準直透鏡轉(zhuǎn)換成平行光束，再通過ニ向色鏡透射獲得該束平行光束中的長波光束；將獲得的短波光束和長波光束和頻獲得和頻光束,該和頻光束經(jīng)干涉濾光片濾波后入射至待測氣體，然后通過會聚透鏡會聚到探測器的光敏面，通過該探測器獲得另ー組數(shù)據(jù)；通過計算機采用Beer-Lambert定律分析軟件對第一組數(shù)據(jù)和另ー組數(shù)據(jù)進行分析，獲得待測氣體通道中ニ氧化硫氣體的濃度和ー氧化氮氣體的濃度。 本發(fā)明采用一號ニ極管激光器發(fā)出的激光通過待測氣體檢測ニ氧化硫，采用ニ向色鏡把二號ニ極管激光器與一號ニ極管激光器發(fā)出的激光合束，通過和頻晶體的和頻的光束通過待測氣體檢測ー氧化氮。實現(xiàn)了對ニ氧化硫的濃度和ー氧化氮的濃度同時實時監(jiān)測。具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、測量精度高、穩(wěn)定性好、維護簡單的優(yōu)點。


圖I為本發(fā)明裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式所述利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和一氧化氮氣體濃度的裝置，它由信號發(fā)生器I、一號溫度電流控制器
2、一號ニ極管激光器3、一號準直透鏡4、分束鏡5、待測氣體通道6、一號會聚透鏡7、一號探測器8、數(shù)據(jù)采集卡9、二號溫度電流控制器10、二號ニ極管激光器11、二號準直透鏡12、ニ向色鏡13、和頻晶體14、干涉濾光片15、二號會聚透鏡17、二號探測器18和計算機19組成，信號發(fā)生器I的鋸齒波信號輸出端與一號溫度電流控制器2的耦合信號輸入端連通，一號溫度電流控制器2的驅(qū)動電流的輸出端與一號ニ極管激光器3的驅(qū)動電流的輸入端連通，一號ニ極管激光器3發(fā)出的激光依次通過一號準直透鏡4、分束鏡5、待測氣體通道6和一號會聚透鏡7，到達一號探測器8的光敏面，一號探測器8的電信號輸出端與數(shù)據(jù)采集卡9的ー個數(shù)據(jù)采集信號的輸入端連通，二號溫度電流控制器10的驅(qū)動電流的輸出端與二號ニ極管激光器11的驅(qū)動電流的輸入端連通，二號ニ極管激光器11發(fā)出的激光通過二號準直透鏡12，入射到ニ向色鏡13，ニ向色鏡13的透射光與分束鏡5的反射光同時入射到和頻晶體14，和頻晶體14的出射光依次通過干涉濾光片15、待測氣體通道6和二號會聚透鏡17，入射到二號探測器18，二號探測器18的電信號輸出端與數(shù)據(jù)采集卡9的另ー個數(shù)據(jù)采集信號的輸入端連通，數(shù)據(jù)采集卡9的數(shù)據(jù)采集信號的輸出端與計算機19的采集信號的輸入端連通。本發(fā)明采用一號ニ極管激光器發(fā)出的激光通過待測氣體檢測ニ氧化硫，采用ニ向色鏡把二號ニ極管激光器與一號ニ極管激光器發(fā)出的激光合束，通過和頻晶體的和頻的光束通過待測氣體檢測ー氧化氮。實現(xiàn)了對ニ氧化硫的濃度和ー氧化氮的濃度同時實時監(jiān)測。具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、測量精度高、穩(wěn)定性好、維護簡單的優(yōu)點。
具體實施方式
ニ 本實施方式是對具體實施方式
一所述利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和ー氧化氮氣體濃度的裝置的進ー步限定，一號ニ極管激光器3采用300nm的ニ極管激光器實現(xiàn)。
具體實施方式
三本實施方式是對具體實施方式
一所述利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和ー氧化氮氣體濃度的裝置的進ー步限定，二號ニ極管激光器11采用900nm的ニ極管激光器實現(xiàn)。
具體實施方式
四本實施方式是對具體實施方式
一所述利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和ー氧化氮氣體濃度的裝置的進ー步限定，一號ニ極管激光器3發(fā)出的激光與二號ニ極管激光器11發(fā)出的激光和頻后得到255nm激光。
具體實施方式
五本實施方式所述利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和ー氧化 氮氣體濃度的方法，它包括具體步驟如下采用鋸齒波電流驅(qū)動ニ極管激光器輸出激光；將所述激光采用準直透鏡變成平行光束，然后采用分束鏡分成兩束光，其中一束光入射至待測氣體后，采用會聚透鏡會聚至探測器的光敏面，通過該探測器獲得第一組數(shù)據(jù)；另一束光通過ニ向色鏡反射獲得短波光束，將激光信號數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡輸入到計算機中；另一路入射到ニ向色鏡；控制另一個ニ極管激光器輸出的激光；將所述激光采用二號準直透鏡轉(zhuǎn)換成平行光束，再通過ニ向色鏡透射獲得該束平行光束中的長波光束；將獲得的短波光束和長波光束和頻獲得和頻光束,該和頻光束經(jīng)干涉濾光片濾波后入射至待測氣體，然后通過會聚透鏡會聚到探測器的光敏面，通過該探測器獲得另ー組數(shù)據(jù)；通過計算機采用Beer-Lambert定律分析軟件對第一組數(shù)據(jù)和另ー組數(shù)據(jù)進行分析，獲得待測氣體通道中ニ氧化硫氣體的濃度和ー氧化氮氣體的濃度。
具體實施方式
六本實施方式是對具體實施方式
五所述利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和ー氧化氮氣體濃度的方法的進ー步限定，所述短波光束采用300nm的激光實現(xiàn)。
具體實施方式
七本實施方式是對具體實施方式
五所述利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和ー氧化氮氣體濃度的方法的進ー步限定，所述長波光束采用900nm的激光實現(xiàn)。
具體實施方式
八本實施方式是對具體實施方式
五所述利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和ー氧化氮氣體濃度的方法的進ー步限定，所述和頻光束采用255nm的激光實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和一氧化氮氣體濃度的裝置，其特征是，它由信號發(fā)生器(I)、一號溫度電流控制器(2)、一號ニ極管激光器(3)、一號準直透鏡(4)、分束鏡(5)、待測氣體通道￠)、一號會聚透鏡(7)、一號探測器(8)、數(shù)據(jù)采集卡(9)、二號溫度電流控制器(10)、二號ニ極管激光器(11)、二號準直透鏡(12)、ニ向色鏡(13)、和頻晶體(14)、干渉濾光片(15)、二號會聚透鏡(17)、二號探測器(18)和計算機(19)組成，信號發(fā)生器(I)的鋸齒波信號輸出端與一號溫度電流控制器(2)的稱合信號輸入端連通,一號溫度電流控制器⑵的驅(qū)動電流的輸出端與一號ニ極管激光器⑶的驅(qū)動電流的輸入端連通，一號ニ極管激光器(3)發(fā)出的激光依次通過一號準直透鏡(4)、分束鏡(5)、待測氣體通道(6)和一號會聚透鏡(7)，到達一號探測器(8)的光敏面，一號探測器(8)的電信號輸出端與數(shù)據(jù)采集卡(9)的ー個數(shù)據(jù)采集信號的輸入端連通，二號溫度電流控制器(10)的驅(qū)動電流的輸出端與二號ニ極管激光器(11)的驅(qū)動電流的輸入端連通，二號ニ極管激光器(11)發(fā)出的激光通過二號準直透鏡(12)，入射到ニ向色鏡(13)，ニ向色鏡(13)的透射光與分束鏡(5)的反射光同時入射到和頻晶體(14)，和頻晶體(14)的出射光依次通過干涉濾光片(15)、待測氣體通道(6)和二號會聚透鏡(17)，入射到二號探測器(18)，二號探測器(18)的電信號輸出端與數(shù)據(jù)采集卡(9)的另ー個數(shù)據(jù)采集信號的輸入端連通，數(shù)據(jù)采集卡(9)的數(shù)據(jù)采集信號的輸出端與計算機(19)的采集信號的輸入端連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和一氧化氮氣體濃度的裝置，其特征在于，一號ニ極管激光器(3)采用300nm的ニ極管激光器實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和一氧化氮氣體濃度的裝置，其特征在干，二號ニ極管激光器(11)采用900nm的ニ極管激光器實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和一氧化氮氣體濃度的裝置，其特征在干，一號ニ極管激光器(3)發(fā)出的激光與二號ニ極管激光器(11)發(fā)出的激光和頻后得到255nm激光。
5.利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和一氧化氮氣體濃度的方法，其特征在干，它包括具體步驟如下 采用鋸齒波電流驅(qū)動ニ極管激光器輸出激光； 將所述激光采用準直透鏡變成平行光束，然后采用分束鏡分成兩束光，其中一束光入射至待測氣體后，采用會聚透鏡會聚至探測器的光敏面，通過該探測器獲得第一組數(shù)據(jù) ’另一束光通過ニ向色鏡反射獲得短波光束，將激光信號數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡輸入到計算機中；另一路入射到ニ向色鏡； 控制另ー個ニ極管激光器輸出的激光；將所述激光采用二號準直透鏡轉(zhuǎn)換成平行光束，再通過ニ向色鏡透射獲得該束平行光束中的長波光束； 將獲得的短波光束和長波光束和頻獲得和頻光束，該和頻光束經(jīng)干涉濾光片濾波后入射至待測氣體，然后通過會聚透鏡會聚到探測器的光敏面，通過該探測器獲得另ー組數(shù)據(jù)； 通過計算機采用Beer-Lambert定律分析軟件對第一組數(shù)據(jù)和另ー組數(shù)據(jù)進行分析，獲得待測氣體通道中ニ氧化硫氣體的濃度和ー氧化氮氣體的濃度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和一氧化氮氣體濃度的方法，其特征在于，所述短波光束采用300nm的激光實現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和一氧化氮氣體濃度的方法，其特征在于，所述長波光束采用900nm的激光實現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述利用ニ極管激光器同時監(jiān)測ニ氧化硫和一氧化氮氣體濃度的方法，其特征在于，所述和頻光束采用255nm的激光實現(xiàn)。
全文摘要
利用二極管激光器同時監(jiān)測二氧化硫和一氧化氮氣體濃度的裝置及方法，涉及同時監(jiān)測二氧化硫和一氧化氮氣體濃度的裝置及方法，它為解決目前缺少測量精度高、性能穩(wěn)定的同時監(jiān)測二氧化硫和一氧化氮氣體濃度的裝置及方法的問題，所述裝置，它由信號發(fā)生器、溫度電流控制器、激光器、準直透鏡、分束鏡、探測器、數(shù)據(jù)采集卡、二向色鏡、和頻晶體和計算機組成；所述方法，它包括鋸齒波電流驅(qū)動二極管激光器輸出激光；分束鏡分成兩束光，其中一束光入射至待測氣體后，獲得第一組數(shù)據(jù)；將短波光束和長波光束和頻后光束入射至待測氣體，獲得另一組數(shù)據(jù)；通過計算機分析，獲得待測氣體的濃度。適用于同時監(jiān)測二氧化硫和一氧化氮氣體濃度的裝置及方法。
文檔編號G01N21/17GK102830070SQ201210315018
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者秦峰, 張治國, 曹文武 申請人:昆山昱翌輝華電子科技有限公司