【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气体检测，尤其涉及一种基于差分吸收光谱的no2和so2气体浓度检测方法。
技术介绍
1、控制大气污染排放是保护生态环境的重要组成部分，控制大气污染物中的no2和so2的排放是控制大气污染的重要环节。空气中的so2和no2主要来源于化石燃料的燃烧，例如火电厂废气排放、机动车尾气排放和锅炉烟气排放。so2和no2会造成建筑腐蚀、酸雨、化学烟雾和降低空气质量从而损害人体健康等危害。
2、差分吸收光谱技术(doas)是广泛应用于气体检测领域的气体吸收光谱处理方法，其通过对气体的吸收光谱进行处理，将目标气体吸收信号从原始光谱中分离出来，然后根据分离出来的数据对气体的浓度进行反演。doas方法因为运维成本低、检测速度快适用于在线测量受到了广泛的应用。在传统的doas测量中，为了避免吸收光谱叠加带来的数据处理困难，对so2、no2的检测通常分别使用250-310nm、330nm-400nm波段。
3、但随着中国环保政策的进步no2和so2的排放受到了愈加严格的限制，例如中国政府在2011年发布的《火电厂排放标准(gb13223-2011)》中指出，火电厂排放的no2、so2的浓度分别不超过48.7ppm、35ppm。在250-310nm波段处的so2吸收截面较小，极低排放条件下测得的so2的吸收光谱信号信噪比较低；并且传统的算法中使用的是最小二乘法对浓度进行反演，最小二乘法的误差较大可高达10％(引用文献专利cn107478593a)；此外为了获得短波段的紫外连续光谱测量系统中经常使用氘灯做为系统的光源，
4、针对以上需求，目前有多种相关的解决方案，但同时存在一些问题：
5、方法一：通过增加吸收池长度的方法增加信噪比，但是随着吸收池长度的增加，光束的发散程度会增加，接收到的光强会减小，增加信噪比的程度受到制约；而且，增加吸收池的长度会增加仪器的整体尺寸，给安装运输带来不变，此外，吸收池属于精密光学组件，增加吸收池的长度会降低系统的稳定性和可靠性，增加设备的硬件成本。
6、方法二：选择待测气体有着较大吸收截面的波段，如中国专利申请cn107478593a中公开的内容，然而其只对no和so2混合物的浓度检测方法进行了研究，但是no在空气中的存在并不稳定，no会发生化学反应转为no2；此外根据中国政府在2011年发布的《火电厂排放标准(gb13223-2011)》中规定，氮氧化物的浓度计量以no2的浓度为准。
7、以上方法，增加吸收池长度的方法成本高、技术有待验证；另外，目前针对基于doas方法对so2和no2检测的技术探测反演方法有较大误差。因此，专利技术一种既经济又有较高检测精度、较高抗干扰能力、较低检测下限的no2和so2混合气体检测系统有着重要的使用价值。
技术实现思路
1、本专利技术为解决上述问题，提供一种基于差分吸收光谱的no2和so2气体浓度检测方法。
2、本专利技术第一目的在于提供一种基于差分吸收光谱的no2和so2气体浓度检测方法，包括如下步骤：
3、s1、采集含no2和/或so2的待测混合气体，通入气体吸收池；
4、s2、由氘灯提供紫外光源，所述紫外光源经过耦合后进入抗紫外光纤i，通过抗紫外光纤i将光线传输到气体吸收池；
5、s3、在所述气体吸收池中，所述光线经过准直镜准直后产生平行光束，所述光束经过道威棱镜的反射和聚焦镜的聚焦后透射出气体吸收池；透射出气体吸收池的光线通过抗紫外光纤ii传输到光谱仪；
6、s4、所述光线中不同波长的光在所述光谱仪被分散开，经电荷耦合器件将光信号量化为电信号，所述电信号经过所述光谱仪自带处理器处理后，将数据传输到计算机；
7、s5、所述计算机接收到的数据经过数据处理软件进行噪声去除和取对数，根据吸光度进行快速傅里叶变换，得到变换后的幅值；通过变换后的幅值与待测混合气体浓度之间的关系对no2和/或so2气体的浓度进行反演，即可得到no2和/或so2气体的浓度；所述对no2和/或so2气体的浓度进行反演选取的波段为228-253nm和/或193-223nm。
8、优选的，紫外光源波长范围为185～400nm。
9、优选的，待测混合气体为n2和no2的混合气体，或n2和so2的混合气体，或n2、so2和no2的混合气体，或no2、so2、no和h2s的混合气体。
10、优选的，幅值为所述待测混合气体的吸收光谱在193-223nm吸光度经过快速傅里叶变换后在0.628nm-1的幅值，或待测混合气体的吸收光谱在228-253nm吸光度经过快速傅里叶变换后在0.284nm-1处的幅值。
11、优选的，噪声包括所述光谱仪的基底噪声和随时间增加的热噪声；噪声去除和取对数，是根据公式(1)取对数得到公式(2)；通过在暗环境种采集同样的积分时间的方法测出的光强idark，将公式(2)变为公式(3)；
12、
13、
14、
15、i'0(λ)为吸收池内充满氮气时光谱仪接收到的波长为λ的光强，i(λ)为吸收池内充满待测气体时光谱仪接收到的光强，σif(λ)、σis(λ)分别为第i种气体的快变部分和慢变部分的吸收截面，ci为第i种气体浓度，a(λ)为n种气体的吸光度，l为光线在气体中传播的光程。
16、优选的，对so2气体的浓度进行反演的公式(4)为：
17、c*so2＝564.783×ampso2-18.2009 (4)；
18、对no2气体的浓度进行反演的公式(5)为：
19、c*no2＝23676.612*ampno2+2.862 (5)；
20、对no2和so2气体的浓度反演公式(6)为：
21、c*no2＝20592.822*ampno2-0.0889*c*so2+7.5461 (6)；
22、ampso2为待测气体193-223nm的吸光度经过所述傅里叶变换后在0.628nm-1处的幅值，c*so2为反演得到的so2的浓度；所述ampno2为待测混合气体228-253nm的吸光度经过所述傅里叶变换后在0.284nm-1处的幅值。
23、优选的，抗紫外光纤为紫外熔融石英光纤。
24、本专利技术第二目的在于提供一种基于差分吸收光谱的no2和so2气体浓度的检测系统，包括：气体采集装置、气体吸收装置、光源、光谱仪、数据处理分析装置、废气处理装置；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于差分吸收光谱的NO2和SO2气体浓度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于差分吸收光谱的NO2和SO2气体浓度检测方法，其特征在于：所述紫外光源波长范围为185～400nm。
3.根据权利要求2所述的基于差分吸收光谱的NO2和SO2气体浓度检测方法，其特征在于：所述待测混合气体为N2和NO2的混合气体，或N2和SO2的混合气体，或N2、SO2和NO2的混合气体，或NO2、SO2、NO和H2S的混合气体。
4.根据权利要求3所述的基于差分吸收光谱的NO2和SO2气体浓度检测方法，其特征在于：所述幅值为所述待测混合气体的吸收光谱在193-223nm吸光度经过快速傅里叶变换后在0.628nm-1的幅值，或待测混合气体的吸收光谱在228-253nm吸光度经过快速傅里叶变换后在0.284nm-1处的幅值。
5.根据权利要求4所述的基于差分吸收光谱的NO2和SO2气体浓度检测方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的基于差分吸收光谱的NO2和SO2气体浓度检测方法，其特征在于：
7.
8.基于差分吸收光谱的NO2和SO2气体浓度的检测系统，其特征在于，包括：气体采集装置、气体吸收装置、光源、光谱仪、数据处理分析装置、废气处理装置；所述气体采集装置、气体吸收装置、光谱仪和数据处理分析装置依次连接；
9.一种电子设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至7中任一项所述的基于差分吸收光谱的NO2和SO2气体浓度检测方法。
10.一种计算机可读介质，其特征在于：所述计算机可读介质存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的基于差分吸收光谱的NO2和SO2气体浓度检测方法。
...【技术特征摘要】
1.基于差分吸收光谱的no2和so2气体浓度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于差分吸收光谱的no2和so2气体浓度检测方法，其特征在于：所述紫外光源波长范围为185～400nm。
3.根据权利要求2所述的基于差分吸收光谱的no2和so2气体浓度检测方法，其特征在于：所述待测混合气体为n2和no2的混合气体，或n2和so2的混合气体，或n2、so2和no2的混合气体，或no2、so2、no和h2s的混合气体。
4.根据权利要求3所述的基于差分吸收光谱的no2和so2气体浓度检测方法，其特征在于：所述幅值为所述待测混合气体的吸收光谱在193-223nm吸光度经过快速傅里叶变换后在0.628nm-1的幅值，或待测混合气体的吸收光谱在228-253nm吸光度经过快速傅里叶变换后在0.284nm-1处的幅值。
5.根据权利要求4所述的基于差分吸收光谱的no2和so2气体浓度检测方法，其特征在于：
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨伊标，张子辉，王嘉宁，林冠宇，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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