[發(fā)明專利]一種含粉塵環(huán)境中檢測包含SO2、NO2和NO三種氣體濃度的裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610244876.X
• 申請日: 2016-04-20
• 公開（公告）號: CN105738310A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設計）人: 楊友良;曾怡帥;馬翠紅;孟凡偉
• 申請（專利權(quán)）人: 華北理工大學
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504
• 代理公司: 唐山順誠專利事務所(普通合伙) 13106
• 代理人: 于文順;晏春紅

1.一種含粉塵環(huán)境中檢測包含SO₂、NO₂和NO三種氣體濃度的裝置，其特征在于：包含紅外激光調(diào)節(jié)器（1）、紅外激光頭（2）、含塵氣體通道（3）、紅外探測器（4）、多通道鎖相放大器（5）和軟件處理端（6），三個紅外激光調(diào)節(jié)器（1）分別與各自的紅外激光頭（2）連接，用于對紅外激光頭出射紅外激光的波長進行調(diào)控，使三個紅外激光頭射出的紅外激光穩(wěn)定保持在規(guī)定的波長范圍內(nèi)；三個紅外激光頭（2）布置在含塵氣體通道（3）的一側(cè)，與三個紅外激光頭（2）匹配的三個紅外探測器（4）布置在含塵氣體通道（3）的另一側(cè)，保證紅外探測器能夠接收到紅外激光頭發(fā)射的紅外激光信號；三個紅外探測器與多通道鎖相放大器的三個輸入通道連接，多通道鎖相放大器（5）的輸出通道與軟件處理端（6）連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含粉塵環(huán)境中檢測包含SO₂、NO₂和NO三種氣體濃度的裝置，其特征在于：所述含塵氣體通道（3），是由高透光率材質(zhì)制成且裝有被測氣體的長方形氣室，其寬度為0.8-1米；所述的紅外激光頭（2）和與之匹配的紅外探測器（4），布置在一條直線上，該直線垂直于長方形氣室的寬度方向；紅外激光頭（2）和與之匹配的紅外探測器（4）之間的距離為1米以上，根據(jù)紅外激光的能量確定，保證紅外探測器能夠接收到紅外激光頭發(fā)射的紅外激光信號。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種含粉塵環(huán)境中檢測包含SO₂、NO₂和NO三種氣體濃度的裝置，其特征在于：所述的三個紅外激光頭（2），發(fā)射的紅外激光波長不同，分別匹配測量SO₂、NO₂和NO氣體濃度；所述軟件處理端（6）為計算機。

4.一種含粉塵環(huán)境中檢測包含SO₂、NO₂和NO三種氣體濃度的方法，其特征在于包含如下步驟：

三個紅外激光調(diào)節(jié)器(1)分別與各自的紅外激光頭(2)連接，用于對紅外激光頭出射紅外激光的波長進行調(diào)控，使三個紅外激光頭射出的紅外激光穩(wěn)定保持在規(guī)定的波長范圍內(nèi)；三個紅外激光頭（2）布置在含塵氣體通道（3）的一側(cè)，與三個紅外激光頭（2）匹配的三個紅外探測器（4）布置在含塵氣體通道（3）的另一側(cè)，保證紅外探測器能夠接收到紅外激光頭發(fā)射的紅外激光信號；三個紅外探測器與多通道鎖相放大器的三個輸入通道連接，多通道鎖相放大器（5）的輸出通道與軟件處理端（6）連接；

通過紅外激光調(diào)節(jié)器對三個紅外激光頭的出射光波長進行調(diào)節(jié)，使出射紅外激光保持規(guī)定波長，測量SO₂選擇3974.24nm波長紅外光，測量NO₂選擇3434.45nm波長紅外光，測量NO選擇2664.93nm波長紅外光；同時在激光調(diào)節(jié)器上記錄下紅外激光頭出射紅外激光的光強度I；

所述含塵氣體通道（3），是由高透光率材質(zhì)制成且裝有被測氣體的長方形氣室，長方形氣室內(nèi)有已知質(zhì)量M、粉塵密度ρ、消光系數(shù)K的粉塵顆粒，還有含量為C₁的SO₂、含量為C₂的NO₂和含量為C₃的NO；紅外光線光程L與長方形氣室寬度相同；

三個紅外探測器分別接收到經(jīng)過長方形氣室的紅外激光信號后，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換將三條電信號傳送到多通道鎖相放大器；三種信號在多通道鎖相放大器中不同通道內(nèi)進行信號分析，最終解析出各個信號的二次諧波信號A_2fSO2、A_2fNO2和A_2fNO，將二次諧波信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送至軟件處理端；

⑤軟件處理端將上面測量出來的數(shù)值帶入去塵校正算法公式，即可得到修正后不受粉塵干擾的新的諧波數(shù)值A′_2fSO2、A′_2fNO2和A′_2fNO；

⑥新二次諧波數(shù)值A′_2f與氣體濃度C成線性關系；重新選取氣體濃度后再次測量，算出線性比，即可計算出其他未知濃度的氣體濃度。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種含粉塵環(huán)境中檢測包含SO₂、NO₂和NO三種氣體濃度的方法，其特征在于所述去塵校正算法公式為：

上述公式中，A′_2f所有參數(shù)中除氣體濃度C外都是已知常量，從而消除了粉塵對從光信號中提取出的二次諧波信號的干擾，使A′_2f只受氣體濃度的影響，從而可以在有塵測量環(huán)境更穩(wěn)定的測量出氣體濃度的變化，也就準確測量出SO₂、NO₂和NO三種氣體濃度。