基于紫外差分吸收光谱法的烟气分析仪及测量方法技术

本发明专利技术提供了一种基于紫外差分吸收光谱法的烟气分析仪，包括：气路模块，用于待测烟气输入输出烟气分析仪；光路模块，用于将所述待测烟气经过光谱仪将光信号转换接入电路模块；电路模块，用于进行浓度反演计算。本发明专利技术还提供了一种使用如上所述的烟气分析仪进行烟气浓度测量的方法。浓度测量的方法。浓度测量的方法。

【技术实现步骤摘要】
基于紫外差分吸收光谱法的烟气分析仪及测量方法


[0001]本专利技术涉及气体浓度测量分析
，尤其涉及一种基于紫外差分吸收光谱法的烟气分析仪及测量方法。

技术介绍

[0002]随着国内工业的发展，国家对环境污染的情况也开始重视起来，各地方环保部门陆续出台了工业生产中各种污染气体如烟尘、二氧化硫、氮氧化物等成分排放浓度的排放标准。同时，关于烟气气体各成分的浓度检测要求也更加精确和严格，保证实时性和准确性。
[0003]差分吸收光谱法(DOAS)早由德国海德堡大学环境物理研究所的Platt提出。主要是利用吸收分子在紫外到可见光段的特征吸收来研究大气层的痕量气体成分(CH2O、O3、NO2、SO2、Hg、NH3等)。差分吸收光谱技术是利用空气中气体分子的窄带吸收特性来鉴别气体成分，并根据窄带吸收强度来推演气体的浓度，因此差分吸收光谱方法具有一些传统检测方法所无法比拟的优点。DOAS广泛应用于测量大气中污染气体浓度，以后逐渐在烟气监测领域也得到应用，差分吸收光谱法的主要优点是可以在不受被测对象化学行为的干扰的情况下来测量它们的浓度，可以通过分析几种气体在同一波段的重叠吸收光谱，来同时测定几种气体的浓度。增加测量气体的数量只需要更改软件，不需要增加硬件。
[0004]目前，市面上大多是直接测量式的烟气分析仪，直接测量式是将烟道作为一个开放的吸收池，对气体进行实时连续的直接测量，不需要预处理系统，虽然有安装方便，维护量小，并且在一定范围内不受烟道内烟尘和水雾的影响的一些优点，但当烟尘或水雾较高时此方法就无效了，易耗品较贵，维护需要专业人士，特别是当保护仪表失效时设备极易被烟道气体污染导致数据的失效，而且现场不容易实施对标准物质的比对实验。此外，由于超低排放现场的烟气成分复杂，二氧化硫、氮氧化物排放的浓度较低，目前大部分烟气分析仪为常规量程分析仪，已不能满足监测要求，一些采用红外技术的烟气分析仪在低浓度区域测量易受背景气体干扰的影响，还有一些紫外烟气分析仪为了提高检测灵敏度采用了多次反射测量池，多次反射测量池增加了系统的复杂程度，相较于直通池稳定性差并且增加了现场维护难度。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种基于紫外差分吸收光谱法的烟气分析仪及测量方法，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。
[0006]为了实现上述目的，作为本专利技术的一方面，提供了一种基于紫外差分吸收光谱法的烟气分析仪，包括：
[0007]气路模块，用于待测烟气输入输出烟气分析仪；
[0008]光路模块，用于将所述待测烟气经过光谱仪将光信号转换接入电路模块；
[0009]电路模块，用于进行浓度反演计算。
[0010]其中，所述气路模块包括气室进出气口、盘管单元、电磁阀、旋转泵和气室管道，其中，所述气室管道的材料为铝合金材料。
[0011]其中，所述光路模块包括光源、光纤、透镜、反射镜和光谱仪，其中，所述光源发射紫外光，经所述透镜准直为平行光，经所述反射镜反射后再经所述透镜汇聚进入所述光谱仪。
[0012]其中，所述电路模块包括电源开关、继电器、控制电源、PCB板、触摸屏及风扇。
[0013]作为本专利技术的另一方面，提供了一种使用如上所述的烟气分析仪进行烟气浓度测量的方法，包括以下步骤：
[0014]光源发射紫外光信号，进入光谱仪，光谱仪采集光信号；
[0015]对光谱信号谱线进行滤波，采用波长权重法拟合得到直接浓度D0；
[0016]对所述直接浓度D0加入温度修正系数和流速修正系数进行浓度反演算。
[0017]其中，所述光谱仪采集光谱信号包括测量不同距离处的光谱能量分布，之后将位置调整至使待测烟气吸收波长处呈最大能量分布的位置。
[0018]其中，所述直接浓度D0的计算公式如下所示：
[0019][0020]其中，M0、M1、M2、M3、M4、M5代表不同次项的拟合系数值；n为参与计算反演浓度的像素点个数，根据要求结果精确度自行设置；A
i
为第i个像素点的差分吸光度，主控电路中可直接得出；S
i
为不同像素点差分吸光度的权重数。
[0021]其中，对所述直接浓度D0加入温度修正系数和流速修正系数进行浓度反演算的计算公式如下：
[0022][0023]其中，λ
T
为温度修正算法中的温度修正系数；λ
V
为流速修正算法中的气体流速修正系数，由实验测得；V0为标准流速，V为实时流速；T0为标准温度，T为实时温度；标准温度与标准流速为实验中所设置；D为最终的反演浓度结果。
[0024]基于上述技术方案可知，本专利技术的烟气分析仪及测量方法相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：
[0025](1)提供一种基于紫外差分光谱技术的用于实时监测烟气(主要测量SO2、NO化合物浓度)的系统及方法，并重新改进现有市场中普通烟气分析仪的结构与设计；
[0026](2)增加改进算法修正内容，将温度修正与流速修正加入到算法当中，使得结果更加准确；
[0027](3)改进程序控制与操作系统控制，使得操作更为简单，处理信息速度更加快捷；
[0028](4)该方法在没有增加占用体积的情况下，适当增加了测量气室量程，达到浓度测量要求且没有增加系统的复杂程度；
[0029](5)测试效率高、测试过程人工干预少、测试成本低、操作系统在触摸屏面板上通
过很少步骤即可完成测量；
[0030](6)可实时监测浓度数据，算法改进使得能达到准时、准确反馈当前待测区域气体浓度；
[0031](7)在提取气体吸收谱线时，结合紫外差分吸收光谱技术的原理，设计了DOAS技术吸收光谱的数据处理流程。对所测的各种气体采用相应干扰较少的波长，采用标准样品气进行相应检测气体吸收截面的校准，得到精确结果；
[0032](8)加入温度修正与流速修正部分，去除温度变化与流速变化带来的影响，使结果更接近于准确值；
[0033](9)氘灯激光器驱动板部分，使用数字芯片控制，使得激光器的工作温度、工作波长比模拟芯片更准确更稳定，可以精确调整我们所需要的激光波长，并且避免因温度等外界问题影响到激光信号的输出波长。
附图说明
[0034]图1是本专利技术实施例提供的机箱内整体结构示意图；
[0035]图2是本专利技术实施例提供的气室内部光路示意图；
[0036]图3是本专利技术实施例提供的主体主控电路与测量部分示意图；
[0037]图4是本专利技术实施例提供的利用本专利技术所公开的方法计算浓度的流程示意图；
[0038]图5是本专利技术实施例提供的通入零气时的光谱仪图像；
[0039]图6是本专利技术实施例提供的通入气体NO时的光谱仪图像；
[0040]图7是本专利技术实施例提供的通入SO2时的光谱谱线图。
[0041]上述附图中，附图标记含义如下：
[0042]1‑
烟气分析仪机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于紫外差分吸收光谱法的烟气分析仪，其特征在于，包括：气路模块，用于待测烟气输入输出烟气分析仪；光路模块，用于将所述待测烟气经过光谱仪将光信号转换接入电路模块；电路模块，用于进行浓度反演计算。2.根据权利要求1所述的烟气分析仪，其特征在于，所述气路模块包括气室进出气口、盘管单元、电磁阀、旋转泵和气室管道，其中，所述气室管道的材料为铝合金材料。3.根据权利要求1所述的烟气分析仪，其特征在于，所述光路模块包括光源、光纤、透镜、反射镜和光谱仪，其中，所述光源发射紫外光，经所述透镜准直为平行光，经所述反射镜反射后再经所述透镜汇聚进入所述光谱仪。4.根据权利要求1所述的烟气分析仪，其特征在于，所述电路模块包括电源开关、继电器、控制电源、PCB板、触摸屏及风扇。5.一种使用如权利要求1
‑
4所述的烟气分析仪进行烟气浓度测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：光源发射紫外光信号，进入光谱仪，光谱仪采集光信号；对光谱信号谱线进行滤波，采用波长权重法拟合得到直接浓度D0；对所述直接浓度D0加入温度修正系数和流...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，李永刚，李洪刚，王磊，关淑翠，
申请(专利权)人：天津同阳科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：