[實用新型]一種煙氣濃度分析儀高能量利用率光學系統

有效

• 申請號: 201420136397.2
• 申請日: 2014-03-25
• 公開（公告）號: CN203745364U
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 湯光華;李利;彭樟;林正根;韓少鵬;楊劍;劉璐
• 申請（專利權）人: 南京國電環保科技有限公司
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

技術領域

本實用新型涉及一種利用光學和光譜學技術對氣體濃度進行測量的光學系統，作為光信號傳輸物理通道的光學系統是煙氣濃度分析儀的核心和關鍵部分，它的光傳輸效率和信噪比很大程度上直接決定了整個分析儀的信噪比、靈敏度和測量準確度等關鍵指標。

背景技術

????煙氣排放連續監測系統(CEMS,Continuous?Emission?Monitoring?System)是指導電廠脫硫、脫硝系統閉環運行的重要監控設備，同時又是煙氣排放的重要監測設備。隨著我國節能減排工作的不斷推進，氣態污染物中SO₂、NO_X、NH₃等的排放濃度越來越低，原來基于紅外吸收光譜技術的適用于低濕、高硫的直接抽取冷干法很難適應目前的高濕、低硫的工況。20世紀70年代末由德國海德堡大學Platt.U等人提出的，作為直接測量法中較有代表性的差分吸收光譜法(Differential?Optical?Absorption?Spectroscopy,DOAS)在大氣痕量氣體濃度監測和污染源煙氣排放濃度的直接測量中獲得了成功而廣泛的應用。

基于紫外差分吸收光譜技術的煙氣濃度直接測量系統，光學系統是其中的核心和關鍵部分，它的光能量利用率、準直性、信噪比等很大程度上決定了分析儀的靈敏度、信噪比、測量準確度和壽命等關鍵指標。煙氣濃度直接測量系統安裝于脫硫脫硝前后以及污染源的排放口如煙囪或煙道等，由于被測對象通常和其它干擾氣體以及粉塵等共存，因此系統對發射光束和返回光束的能量有一定的要求；且由于現場存在振動、高溫等因素的影響，要求系統具有較高的可靠性和穩定性。

目前，此類光學系統大多采用了半透半反分光或采用球面鏡準直的設計思想，紫外光折射式系統較少使用，主要由于系統所用光源一般為氘燈(190-410?nm)或氙燈(200-1100?nm),光源輻射波段較寬，能透過紫外光線的材料很少，色差校正困難，常采用CaF₂消色差，但其材料柔軟易碎，對溫度的適用性差，加工具有一定的難度，再加上現場的振動和高溫等因素，折射式光學系統難以滿足分析儀要求。對于使用半透半反分光鏡的光學系統，無論是參考光還是測量光均要兩次經過不同的半透半反分光鏡，導致光源發出的光在分光鏡上損失至少四分之三的能量，最終進入光電探測器的能量小于四分之一，光能利用率低；而對于采用球面鏡準直的光學系統，由于球面反射鏡具有球差的特點，同時氘燈的發散角較大，所以準直效果難以保證，從而導致能量的損失以及雜散光的產生，雜散光可使吸收光譜變形，直接影響分析的準確度，同時光學系統的雜散光往往不是固定值，很難作為系統誤差校正。所以在設計過程中要充分考慮光能的利用率以及盡可能避免雜散光對測量結果的影響。

由于目前基于紫外差分法煙氣在線監測分析儀光學系統存在以上缺點，有必要對現有煙氣濃度分析儀的光學系統進行創新設計。

實用新型內容

本實用新型針對現有煙氣濃度分析儀光學系統結構復雜、不緊湊、能量利用率低以及穩定性和可靠性差的缺點，提供一種煙氣濃度分析儀高能量利用率光學系統。

本實用新型的具體技術解決方案如下：

一種煙氣濃度分析儀高能量利用率光學系統，該系統包括光源1、分光鏡4、測量光角錐鏡8、參考光角錐鏡10、光譜儀13和旋轉平面反射鏡11，其特征是：該系統還包括：離軸拋物面反射鏡6、發射單透鏡3和平面反射鏡5，

其中離軸拋物面反射鏡6與測量光角錐鏡8相對設置形成測量光路，所述旋轉平面反射鏡11設在該測量光路上，且測量光角錐鏡8的中心對稱軸與離軸拋物面反射鏡6的光軸重合；

其中離軸拋物面反射鏡6的光軸與參考光角錐鏡10中心對稱軸垂直，且交點位于旋轉平面反射鏡11與水平面呈45⁰設置時的鏡面上；

其中分光鏡4位于發射單透鏡3的上側，擋住一半的入射光，并反射全部的回程光，該分光鏡4與光軸夾角呈45^0??；平面反射鏡5與水平方向呈51.65⁰，且位于分光鏡4的上側，中心位置沿著發射單透鏡3光軸方向；旋轉平面反射鏡11右側的測量光路上設有煙氣通道14，參考光角錐鏡10位于標氣池內，旋轉平面反射鏡11的中心軸與參考光角錐鏡10中心軸重合；

所述光源1位于發射光路的焦點上，光纖入射端位于接收光路的焦點處，該光纖12的出射端連接光譜儀13。

本實用新型的進一步設計在于：

所述分光鏡4和離軸拋物面反射鏡6均采用JGS1為基底材料。