[實用新型]一種氣體濃度測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520292418.4
• 申請日: 2015-05-08
• 公開（公告）號: CN205080055U
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭艷林;黃曉;洪義;程平;黃正旭;高偉;董俊國;周振
• 申請（專利權(quán)）人: 昆山禾信質(zhì)譜技術(shù)有限公司;上海大學(xué);廣州禾信分析儀器有限公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 張海英;林波

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及煙氣檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氣體濃度測量裝置。

背景技術(shù)

工業(yè)中化石燃料燃燒過程伴隨著H₂O和CO₂的生成，當(dāng)氧氣含量不足時，就會有另一種產(chǎn)物CO產(chǎn)生。因此，CO濃度可以作為衡量燃燒效率的指標(biāo)之一，在燃燒過程中的高溫條件下對CO的監(jiān)測有助于提高燃燒效率，同時也能很大程度上減少CO向大氣中的排放。大氣中90％的CO會被OH自由基氧化成CO₂，所消耗的OH占總量的70％。過多的CO將導(dǎo)致大氣中OH自由基含量的降低，從而影響對其他痕量污染氣體的氧化，減小了大氣的自凈化能力，因此需要監(jiān)測燃燒過程中的高溫條件下CO含量，防止CO的過多排放。

傳統(tǒng)的CO測量方法主要是電化學(xué)和氣相色譜技術(shù)，這些方法都局限于常溫條件下進(jìn)行，無法實時在線測量CO在高溫條件下的濃度，其檢測手段都是通過將CO轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)，通過對該物質(zhì)的測量反推算出CO濃度，不具備直接測量的優(yōu)勢。

可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜法(TDLAS)以其具有實時在線、原位、直接測量的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于氣體分析領(lǐng)域。該方法基于朗伯比爾定律，可調(diào)諧半導(dǎo)體激光被氣體組分吸收后，由探測器得到的吸收峰與組分濃度和光程成正比，通過已知光程即可推算出氣體組分濃度。

雖然波長調(diào)制技術(shù)能夠有效抑制噪音提高信噪比，但是目前很多儀器對CO的檢測限依舊維持在幾十個ppm量級，且絕大多數(shù)的儀器僅限于常溫條件下。結(jié)合長光程技術(shù)可以有效降低氣體濃度的檢測限。目前的方法多是通過直角平面鏡反射，該方法激光出射口與直角平面鏡距離較遠(yuǎn)，僅有一次往返，光程內(nèi)的待測氣體組分波動性大，完全不適用于高溫、體積小的檢測環(huán)境。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于提出一種氣體濃度測量裝置，能夠?qū)怏w濃度進(jìn)行實時觀測，且使得激光束產(chǎn)生長光程，使得該裝置能夠檢測到較低濃度限值，并且使該裝置適用于高溫體積小的檢測環(huán)境。

為達(dá)此目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：

一種氣體濃度測量裝置，包括用于產(chǎn)生激光束的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光調(diào)制系統(tǒng)、用于生成標(biāo)準(zhǔn)氣體的標(biāo)準(zhǔn)氣體配制系統(tǒng)、長光程光路系統(tǒng)和信號探測處理系統(tǒng)，所述長光程光路系統(tǒng)接收所述可調(diào)諧半導(dǎo)體激光調(diào)制系統(tǒng)產(chǎn)生的激光束，所述標(biāo)準(zhǔn)氣體配制系統(tǒng)生成的標(biāo)準(zhǔn)氣體導(dǎo)入到所述長光程光路系統(tǒng)中，所述激光束穿過所述長光程光路系統(tǒng)內(nèi)的所述標(biāo)準(zhǔn)氣體或待檢測氣體而產(chǎn)生吸收信號，所述吸收信號由所述信號探測處理系統(tǒng)進(jìn)行探測并處理，所述信號探測處理系統(tǒng)能夠獲得待檢測氣體的濃度值。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述長光程光路系統(tǒng)包括多反射系統(tǒng)，用于使得所述激光束產(chǎn)生多次反射，獲得較長的光程。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述長光程光路系統(tǒng)還包括高溫系統(tǒng)，所述高溫系統(tǒng)包括輸入端連接所述標(biāo)準(zhǔn)氣體配制系統(tǒng)的石英管，所述石英管置于高溫爐內(nèi)或貫穿所述高溫爐，所述石英管的輸出端連接大氣。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述標(biāo)準(zhǔn)氣體配制系統(tǒng)包括某種氣體源系統(tǒng)，水汽源系統(tǒng)以及氮氣源系統(tǒng)，所述某種氣體源系統(tǒng)和氮氣源系統(tǒng)分別與三通閥的兩輸入端連接，所述三通閥的輸出端與三通燒瓶的一個輸入端連接，所述三通燒瓶設(shè)于所述水汽源系統(tǒng)內(nèi)，所述水汽源系統(tǒng)的輸出端與所述石英管輸入端連接，所述某種氣體為CO。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述信號探測處理系統(tǒng)包括探測器、鎖相放大器、采集卡以及電腦，所述長光程光路系統(tǒng)射出的激光束由所述探測器接收，所述激光束經(jīng)過光電轉(zhuǎn)化后連接到所述鎖相放大器的輸入端，所述鎖相放大器的輸出端與所述采集卡相連接。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述可調(diào)諧半導(dǎo)體激光調(diào)制系統(tǒng)包括DFB半導(dǎo)體激光器及其溫度電流控制模塊，所述溫度電流控制模塊的輸出端與所述DFB半導(dǎo)體激光器的輸入端相連接；所述可調(diào)諧半導(dǎo)體激光調(diào)制系統(tǒng)還包括函數(shù)發(fā)生器和加法器，所述函數(shù)發(fā)生器的輸出端和所述鎖相放大器的輸出端均與所述加法器的輸入端連接，所述加法器的輸出端與所述溫度電流控制模塊的輸入端連接。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述某種氣體源系統(tǒng)包括充有某種氣體的第一氣瓶，還包括沿第一氣瓶至所述三通閥方向依次設(shè)置的用于控制氣體流速的第一氣體調(diào)節(jié)針閥和用于讀取氣體流速的第一質(zhì)量流量計，所述某種氣體為CO。

進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述氮氣源系統(tǒng)包括充有氮氣的第二氣瓶，還包括沿第二氣瓶至所述三通閥方向依次設(shè)置的用于控制氮氣流速的第二氣體調(diào)節(jié)針閥和用于讀取氮氣流速的第二質(zhì)量流量計。