[發明專利]利用光聲光譜法檢測氨氣氣體檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 201710123324.8
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN106769973A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 陳默;何安德
• 申請（專利權）人: 江蘇舒茨測控設備股份有限公司
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙)32231
• 代理人: 滕詣迪

技術領域

本發明屬于微量氣體檢測技術領域，具體涉及一種利用光聲光譜法檢測痕量氨氣氣體濃度，適用于諸如大氣污染源中痕量氨氣的檢測，其氨氣濃度一般在0-3ppm范圍，檢測時極易受到大氣中水汽以及二氧化碳氣體的干擾。

背景技術

氨氣是城市大氣中的污染物之一，是大氣成分中含量僅次于氮氣和一氧化二氮的含氮化合物，也是大氣成分中最豐富的堿性痕量氣體。作為大氣酸性成分的主要中和劑，大氣中氨氣的環境效應越來越受到人們的重視。它被認為是影響區域空氣質量、大氣能見度以及酸性沉降的重要因素。氨氣在制冷，鍋爐煙氣脫硝等各個方面都有很重要的作用，因此對于其濃度的檢測具有重要的意義。

氨氣(NH3)是一種無色而具有強烈刺激性臭味的氣體，呈堿性，溶解度極高，所以經常被吸附在皮膚黏膜和眼結膜上，從而產生刺激和炎癥。對接觸的組織都有腐蝕和刺激作用。可以吸收組織中的水分，使組織蛋白變性，并使組織脂肪皂化，破壞細胞膜結構…。室內空氣中氨氣的存在嚴重的威脅到人民群眾的健康。

農業源一般被認為是大氣氨氣污染的主要排放源，但最近的研究表明，機動車排放是城市地區氨氣的最主要的排放源。大氣氨氣的環境效應已引起各國的重視，并提出了一些相應的檢測和治理措施。由于氨氣分子能夠與水分子形成氫鍵，具有很強的吸附作用，所以極易沉積在暴露于空氣中的物質表面。而空氣中的氨氣濃度又較低，通常只有微克每立方米量級，這些特點都對大氣氨濃度檢測裝置提出了較高的要求。

針對微量氨氣氣體的檢測，我國標準主要定義了三種檢測方法：氣相色譜法、熱導法和紅外檢測方法。

前述的色譜法的基本原理是使樣氣注入色譜柱內進行分析。含有氨氣的氣樣由惰性載氣攜帶下，緩緩通過色譜柱后到達檢測器，其間需控制色譜柱的溫度，以便于氣樣通過色譜柱時各類化合物析出時間不同而達到對其分離的目的。隨后，將由檢測器得到的化合物析出圖譜的時間、面積等參量與該化合物已知濃度圖譜對照后得到其濃度值。該法是國內實驗室測定氨氣常用的方法，其優點是靈敏度高、抗干擾能力好。缺點是不能現場檢測、分析時間長、體積龐大，需要依賴連續通入載氣。

前述的熱導法是基于不同氣體具有不同熱導率的特性，根據熱導率的變化來檢測氣體濃度。熱導法核心部分是熱導傳感器，在熱導傳感器內部集成了一個加熱電阻絲。當氨氣氣體流經電阻絲時，因氨氣氣體具有一定的熱導率，會帶走一定程度的熱量，導致電阻絲溫度發生變化。不同濃度的氨氣氣體帶走的熱量會不一樣，會造成電阻絲溫度發生不同的改變，通過檢測電阻絲溫度變化情況，從而得到氨氣氣體對應的濃度值。這種檢測方法的優點是靈敏度高；缺點是抗干擾能力差，傳感器使用壽命短，需要經常標定儀器。

前述的紅外檢測法是利用氨氣氣體在中紅外區域(10～12μm)的光吸收進行濃度測量，當一束恒定的10～12μm的紅外光通過含有氨氣氣體的介質時，光的能量被氨氣氣體吸收，光通量被衰減，測出衰減掉的光能量，即可求出氨氣氣體的濃度。該法應用較為普遍，但測量時由于中紅外區域還存在其他氣體的吸收譜，例如濕氣，二氧化碳等，導致氨氣的檢測精度和下限會受到干擾，所以該方法無法很好檢測微量氨氣氣體的濃度。

鑒于上述已有技術，有必要加以探索更為理想的對痕量氨氣濃度的檢測方法，為此，本發明作了大量而有益的研究，下面將要介紹的技術方案便是在這種背景下產生的。

發明內容

1、本發明的目的。

本發明提供一種利用光聲光譜法結合紅外檢測法，配置雙探測器，檢測痕量氨氣氣體濃度。光聲光譜法是基于光聲效應的新型光譜技術，它將光信號有效轉換成聲信號，并通過精密微音器對聲音信號的檢測計算得到最終的氣體濃度。同時雙氣室內配上紅外檢測探測器，實時檢測水汽濃度以及二氧化碳濃度，并計算信號干擾。由于光聲光譜技術的特殊光學結構以及在信號采集、信號處理過程中的特殊計算過程，使此方法能高效采集微弱光聲信號，并有效剔除背景信號的干擾，非常適用于痕量氣體濃度檢測領域，以及在復雜環境中的無干擾檢測。

2、本發明所采用的技術方案。

本發明利用光聲光譜法檢測氨氣氣體檢測裝置，包括光源、斬波器、濾光片、光聲池、硅微微音器、紅外探測器；光聲池前方平行設置斬波器，濾光片位于在光聲池的左端，光聲池被分為上、下兩個氣室，上部的氣室右端內嵌有紅外探測器；下部的氣室右端側內嵌硅微微音器，紅外探測器和硅微微音器位于同一垂直平面上，所述的光源通過斬波器斬波后輸入通過濾光片濾光進入光聲池。

更進一步具體實施方式中，所述的濾光片為波數為937，中心波長為10.2微米的窄帶濾光片。