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

在審

• 申請號: 201610244876.X
• 申請日: 2016-04-20
• 公開（公告）號: CN105738310A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 楊友良;曾怡帥;馬翠紅;孟凡偉
• 申請（專利權）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

技術領域

本發明涉及一種含粉塵環境中檢測包含SO₂、NO₂和NO三種氣體濃度的裝置及方法，通過特定波長的紅外激光照射含有粉塵的氣體，可測量出特定成分氣體的濃度并不受粉塵的干擾，屬于氣體濃度檢測技術領域。

背景技術

目前，針對不同的氣體采用不同波長的紅外光線進行測量，通常氣體測量的紅外激光波長在1300nm-8000nm，甚至更高。由于國外技術壟斷，高波長遠紅外測量裝置存在成本高，維護難，運輸風險大等問題；國內針對SO₂、NO₂和NO三種測量氣體，提出使用2000-4000nm波長的中紅外激光進行測量，中紅外測量經濟實用，好維護，技術門檻較低，國內可研制開發，但是，存在問題是：測量精度無法達到遠紅外測量的精度。針對SO₂、NO₂和NO三種測量氣體，使用2000-4000nm波長的中紅外激光進行測量，如何得到高精度的測量結果，是本領域亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明目的是提供一種含粉塵環境中檢測包含SO₂、NO₂和NO三種氣體濃度的裝置及方法，在程序模擬中能夠有效去除氣體中已知粉塵的干擾，分別測量出SO₂、NO₂和NO三種氣體的濃度，能夠滿足鋼鐵行業尾氣排放監測領域的應用要求，既具有成本低廉、便于維護，經濟適用的優點，又能夠得到高精度的測量結果，解決背景技術存在的上述問題。

本發明技術方案是：

一種含粉塵環境中檢測包含SO₂、NO₂和NO三種氣體濃度的裝置，包含紅外激光調節器、紅外激光頭、含塵氣體通道、紅外探測器、多通道鎖相放大器和軟件處理端，三個紅外激光調節器分別與各自的紅外激光頭連接，用于對紅外激光頭出射紅外激光的波長進行調控，使三個紅外激光頭射出的紅外激光穩定保持在規定的波長范圍內；三個紅外激光頭布置在含塵氣體通道的一側，與三個紅外激光頭匹配的三個紅外探測器布置在含塵氣體通道的另一側，保證紅外探測器能夠接收到紅外激光頭發射的紅外激光信號；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，多通道鎖相放大器的輸出通道與軟件處理端連接。

所述含塵氣體通道，是由高透光率材質制成且裝有被測氣體的長方形氣室，其寬度為0.8-1米；所述的紅外激光頭和與之匹配的紅外探測器，布置在一條直線上，該直線垂直于長方形氣室的寬度方向；紅外激光頭和與之匹配的紅外探測器之間的距離為1米以上，根據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射的紅外激光信號。

所述的三個紅外激光頭，發射的紅外激光波長不同，分別匹配測量SO₂、NO₂和NO氣體濃度。

所述軟件處理端為計算機。

本發明紅外探測器接收紅外光信號后進行光電轉換，多通道鎖相放大器對接收到的電信號進行處理后再轉化為數字信號傳送給軟件處理端，軟件處理端在分析檢測到的數字信號時候，使用去塵校正算法，消除氣體中已知屬性的粉塵顆粒對激光的影響；不論粉塵濃度如何變化，只要紅外探測器能夠接收到紅外激光信號，通過信號處理，數值運算解析出與氣體濃度呈比例的二次諧波信號，就能測量出各氣體的濃度，并使各氣體的濃度測量結果保持在一個穩定的水平。

一種含粉塵環境中檢測包含SO₂、NO₂和NO三種氣體濃度的方法，包含如下步驟：

三個紅外激光調節器分別與各自的紅外激光頭連接，用于對紅外激光頭出射紅外激光的波長進行調控，使三個紅外激光頭射出的紅外激光穩定保持在規定的波長范圍內；三個紅外激光頭布置在含塵氣體通道的一側，與三個紅外激光頭匹配的三個紅外探測器布置在含塵氣體通道的另一側，保證紅外探測器能夠接收到紅外激光頭發射的紅外激光信號；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，多通道鎖相放大器的輸出通道與軟件處理端連接；

通過紅外激光調節器對三個紅外激光頭的出射光波長進行調節，使出射紅外激光保持規定波長，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；同時在激光調節器上記錄下紅外激光頭出射紅外激光的光強度I；