專利名稱：便攜式紫外光譜煙氣分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于煙霧氣體檢測分析領(lǐng)域，是一種煙氣檢測分析裝置，特別是一種便攜式紫外光譜煙氣分析儀。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)水泥廠、發(fā)電廠等行業(yè)的燃煤鍋爐、燃氣鍋爐的煙氣排放監(jiān)測主要采用電化學(xué)氣體分析儀、紅外光譜分析儀，少量紫外光譜分析儀。這些儀器一般都存在價格比較昂貴、體積較大、針對應(yīng)重點監(jiān)測的NO2氣體測量精度低、每次測試必須進行零點標定等缺陷。便攜式紫外光譜煙氣分析儀是用來測量固定污染源廢氣中的特定氣體的濃度和排放量，是各級各類環(huán)境監(jiān)測機構(gòu)必備的監(jiān)測設(shè)備，也是各類工礦企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排、回收利用廢氣的必要儀器。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種使用方便快捷、測量種類齊全、提高測量NO2精度、能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)在線測量的儀器設(shè)備。本實用新型的內(nèi)容是便攜式紫外光譜煙氣分析儀，它是由煙氣采集主體與主工作箱的輸入端氣嘴通過軟氣管連通構(gòu)成；煙氣采集主體主要包括耐熱不銹鋼管和熱電偶，其特征是主工作箱包括箱體和內(nèi)部裝置，主工作箱內(nèi)部裝置由煙氣預(yù)處理裝置、煙氣核心分析組件、數(shù)據(jù)處理及控制裝置和數(shù)據(jù)輸出及顯示裝置構(gòu)成；煙氣預(yù)處理裝置的輸入端與氣嘴連通，其輸出端與煙氣核心分析組件的輸入端連通，煙氣核心分析組件連接有數(shù)據(jù)處理及控制裝置和數(shù)據(jù)輸出及顯示裝置，煙氣核心分析組件的輸出端與主工作箱的輸出端氣嘴連通，并裝有抽氣泵；煙氣預(yù)處理裝置由冷凝器、干燥器和真空過濾器依次連通構(gòu)成；數(shù)據(jù)處理及控制裝置包括控制面板和數(shù)據(jù)處理模塊，其硬件核心是CPU-LPC2214 ；數(shù)據(jù)輸出及顯示裝置包括液晶觸摸顯示屏、打印機和USB接口。所述的煙氣核心分析組件是由底座和固定在底座上的紫外光源、U形氣室、光譜儀、CO傳感器、O2傳感器、傳感器電路板以及流量計構(gòu)成；U形氣室的兩端分別與紫外光源和光譜儀連通，并在U形氣室的兩端分別設(shè)有氣嘴，左氣嘴與煙氣預(yù)處理裝置的輸出端連通，右氣嘴與CO傳感器、O2傳感器依次連通，O2傳感器接有抽氣泵并與主工作箱的輸出端氣嘴連通；光譜儀與數(shù)據(jù)處理及控制裝置連接。所述的U形氣室的外殼采用了鋁管，內(nèi)嵌光學(xué)玻璃管，并在與光譜儀連通的一端有聚焦透鏡。所述的數(shù)據(jù)處理及控制裝置的硬件核心CPU-LPC2214通過USB總線與光譜儀交換數(shù)據(jù)，它與CO傳感器和A傳感器的數(shù)據(jù)通過擴展了的ADC接口電路輸入；熱電偶設(shè)置了SPI接口電路輸入硬件核心CPU-LPC2214 ；矩陣式鍵盤接口電路，設(shè)計了 9個按鍵，四個方位鍵、一個確定回車鍵及四個功能切換鍵控制硬件核心CPU-LPC2214 ；氣體流量和打印機通
3過擴展了 RS232雙串口電路接入硬件核心CPU-LPC2214。所述的主工作箱內(nèi)部分為兩層，其中一層內(nèi)置有數(shù)據(jù)處理及控制裝置的控制電路板和抽氣泵，另一層內(nèi)置有煙氣核心分析組件，主工作箱的箱體頂部是數(shù)據(jù)輸出及顯示裝置。所述的抽氣泵是隔膜泵。所述的煙氣采集主體是網(wǎng)狀過濾頭通過連接件與耐熱不銹鋼管連通，耐熱不銹鋼管上有熱電偶和前握把、后握把以及握把芯，耐熱不銹鋼管末端外包橡膠套，前握把和后握把之間有外鎖緊。本實用新型的特點是1、該分析儀結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、重量輕，方便攜帶測量。便攜式紫外光譜煙氣分析儀體積小于同類儀器的2/3，質(zhì)量小于同類產(chǎn)品的50%，除煙氣采集探頭和打印機外，其余設(shè)備集成在同一箱體內(nèi)，擯棄了同類產(chǎn)品分體式的設(shè)計缺陷；同時，該儀器采用了觸摸液晶顯示，能夠?qū)崟r的讀出測量結(jié)果，通過觸摸屏控制，可讀取即時數(shù)據(jù)，也可獲取平均測量值，實現(xiàn)了真正的便攜快捷測量。2、該儀器可測量氣體種類較為齊全，可同時在線測量五種氣體。該儀器可測量NO、NO2, NH3、SO2, H2S, CO、O2共七種氣體，與同類產(chǎn)品相比，做到了一機多用。3、提高了 NO2的測量精度。國內(nèi)外紫外煙氣分析儀采用傳統(tǒng)的DOAS算法，NO2的測量精度約為5% ；本實用新型采用優(yōu)先頻譜迭代法和紫外光譜儀積分時間變量法，NO2的測量精度小于H4、可對固定污染源排放的煙氣進行在線連續(xù)監(jiān)測。本實用新型與傳統(tǒng)的測試方法相比，具備無信號衰減、無傳感器壽命限制、無氣體交叉等優(yōu)點；每次測量前無需標定，數(shù)字口輸出傳輸，可實現(xiàn)無人值守監(jiān)測。

下面將結(jié)合實施例對本實用新型作進一步的說明圖1是便攜式紫外光譜煙氣分析儀的煙氣采集主體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是便攜式紫外光譜煙氣分析儀的主工作箱結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是便攜式紫外光譜煙氣分析儀的煙氣核心分析組件結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是便攜式紫外光譜煙氣分析儀的數(shù)據(jù)處理工作原理示意圖。圖中1、網(wǎng)狀過濾頭；2、連接件；3、耐熱氣管；4、熱電偶；5、前握把；6、外鎖緊；7、后握把；8、握把芯；9、橡膠套；10、軟氣管；11、輸入氣嘴；12、冷凝器；13、干燥器；14、真空過濾器；15、線路板；16、抽氣泵；17、煙氣分析核心組件；18、出氣管；19、紫外光源；20、U形氣室；21、光譜儀；22、CO傳感器；23、O2傳感器；24、傳感器電路板；25、流量計；26、底座；27、左氣嘴；28、右氣嘴。
具體實施方式
如圖1所示，煙氣采集主體是網(wǎng)狀過濾頭1通過連接件2與耐熱不銹鋼管3連通，耐熱不銹鋼管3上有熱電偶4和前握把5、后握把7以及握把芯8，耐熱不銹鋼管3末端外包橡膠套9，前握把5和后握把7之間有外鎖緊6。工作中，所采集煙氣經(jīng)網(wǎng)狀過濾頭1初次過濾后被吸入工作機內(nèi)，同時熱電偶4獲取氣體溫度，煙氣經(jīng)輸入氣嘴11進入主工作箱。3/3頁如圖2所示，便攜式紫外光譜煙氣分析儀的主工作箱包括箱體和內(nèi)部裝置，主工作箱內(nèi)部裝置由煙氣預(yù)處理裝置、煙氣核心分析組件17、數(shù)據(jù)處理及控制裝置和數(shù)據(jù)輸出及顯示裝置構(gòu)成。數(shù)據(jù)輸出及顯示裝置包括液晶觸摸顯示屏、打印機和USB接口。主工作箱左側(cè)是煙氣預(yù)處理裝置，由冷凝器12、干燥器13和真空過濾器14依次連通構(gòu)成，煙氣預(yù)處理裝置的輸入端與氣嘴11連通，輸出端與煙氣核心分析組件17的輸入端左氣嘴27連通。煙氣經(jīng)輸入氣嘴11進入主工作箱后，首先通過冷凝器12降溫，再通過干燥器13脫水，最后經(jīng)真空過濾器14進入U形氣室20，至此就完成了煙氣預(yù)處理。主工作箱右側(cè)分為兩層，其中一層內(nèi)置有數(shù)據(jù)處理及控制裝置的控制電路板15和抽氣泵16，另一層內(nèi)置有煙氣核心分析組件17，主工作箱的箱體頂部是數(shù)據(jù)輸出及顯示裝置。采集煙氣經(jīng)煙氣分析核心組件分析完成后，經(jīng)抽氣泵16泵出，從出氣嘴18排出箱體。如圖3所示，煙氣核心分析組件17是由底座沈和固定在底座沈上的紫外光源19、U形氣室20、光譜儀21、CO傳感器22、&傳感器23、傳感器電路板M以及流量計25構(gòu)成；底座26與箱體之間進行了隔振連接，從而確保了整個核心組件工作中的光信號穩(wěn)定，分析數(shù)據(jù)可靠準確。U形氣室20的兩端分別與紫外光源19和光譜儀21連通，并在U形氣室20的兩端分別設(shè)有氣嘴，左氣嘴27與煙氣預(yù)處理裝置的輸出端連通，右氣嘴觀與CO傳感器22、&傳感器23依次連通，O2傳感器23接有抽氣泵16并與主工作箱的輸出端氣嘴18連通；光譜儀21與數(shù)據(jù)處理及控制裝置連接。紫外光源19發(fā)出的紫外光準直后，在U形氣室20內(nèi)經(jīng)兩次反射，再經(jīng)過透鏡聚焦，進入光譜儀21，光譜儀的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)會根據(jù)不同光譜給出不同的數(shù)據(jù)信號，這些信號經(jīng)數(shù)據(jù)線傳輸給數(shù)據(jù)處理電路板，經(jīng)過運算處理后，液晶顯示屏將給出相應(yīng)的曲線和數(shù)據(jù)。當(dāng)經(jīng)過預(yù)處理的煙氣經(jīng)左氣嘴27進入U形氣室20，光譜儀21將得到與所含氣體相應(yīng)的譜線，不同氣體最終在液晶顯示屏上顯示處不同的曲線和數(shù)據(jù)，如果氣體濃度變化，氣體曲線及其百分比濃度數(shù)據(jù)也會發(fā)生變化。從U形氣室20的右氣嘴觀出來的煙氣進入CO傳感器22，再進入O2傳感器23，最后由抽氣泵16泵出，經(jīng)出氣嘴18排出。抽氣泵16采用了隔膜泵，確保了氣體流量恒定，有利于提高采集數(shù)據(jù)的精度。U形氣室20外殼采用了鋁管，內(nèi)嵌特制光學(xué)玻璃管，保證了氣體在氣室內(nèi)無滯留。上述核心組件元件都裝在底座26上，底座26與箱體之間進行了隔振連接，從而確保了整個核心組件工作中的光信號穩(wěn)定，分析數(shù)據(jù)可靠準確。如圖4所示，數(shù)據(jù)處理及控制裝置包括控制面板和數(shù)據(jù)處理模塊，其硬件核心是CPU-LPC2214，它通過USB總線與光譜儀交換數(shù)據(jù)，將光譜儀采集到的光譜數(shù)據(jù)進行處理，然后將得到氣體成份和濃度通過彩色LCD輸出顯示。傳感器電路測量02、CO氣體所得數(shù)據(jù)，通過擴展了的ADC接口電路輸入；熱電偶設(shè)置了 SPI接口電路；矩陣式鍵盤接口電路，設(shè)計了 9個按鍵，四個方位鍵、一個確定回車鍵及四個功能切換鍵；氣體流量和打印機，通過擴展了 RS232雙串口電路連接。算法上，傳統(tǒng)煙氣分析儀采用的差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)(DOAS)因受氣體相互干擾而精度降低。本實用新型的計算原理采用優(yōu)選差值逼近法即根據(jù)各種氣體的不同吸收光譜特性，選擇特定波數(shù)，用計算軟件進行多次逼近計算，經(jīng)多次取值、迭代和運算，使各氣體的干擾誤差減到最小，從而獲得測量的高精度。
權(quán)利要求1.便攜式紫外光譜煙氣分析儀，它是由煙氣采集主體與主工作箱的輸入端氣嘴(11) 通過軟氣管(10)連通構(gòu)成；煙氣采集主體主要包括耐熱不銹鋼管(3)和熱電偶(4)，其特征是主工作箱包括箱體和內(nèi)部裝置，主工作箱內(nèi)部裝置由煙氣預(yù)處理裝置、煙氣核心分析組件(17)、數(shù)據(jù)處理及控制裝置和數(shù)據(jù)輸出及顯示裝置構(gòu)成；煙氣預(yù)處理裝置的輸入端與氣嘴(11)連通，其輸出端與煙氣核心分析組件(17)的輸入端連通，煙氣核心分析組件(17)連接有數(shù)據(jù)處理及控制裝置和數(shù)據(jù)輸出及顯示裝置，煙氣核心分析組件(17)的輸出端與主工作箱的輸出端氣嘴(18)連通，并裝有抽氣泵(16)；煙氣預(yù)處理裝置由冷凝器(12)、干燥器 (13)和真空過濾器(14)依次連通構(gòu)成；數(shù)據(jù)處理及控制裝置包括控制面板和數(shù)據(jù)處理模塊，其硬件核心是CPU-LPC2214 ；數(shù)據(jù)輸出及顯示裝置包括液晶觸摸顯示屏、打印機和USB 接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的便攜式紫外光譜煙氣分析儀，其特征是所述的煙氣核心分析組件(17)是由底座(26)和固定在底座(26)上的紫外光源(19)、U形氣室(20)、光譜儀 (21)、CO傳感器(22)、O2傳感器(23)、傳感器電路板(24)以及流量計(25)構(gòu)成；U形氣室 (20)的兩端分別與紫外光源(19)和光譜儀(21)連通，并在U形氣室00)的兩端分別設(shè)有氣嘴，左氣嘴(27)與煙氣預(yù)處理裝置的輸出端連通，右氣嘴08)與CO傳感器(22)、02傳感器(23)依次連通，O2傳感器(23)接有抽氣泵(16)并與主工作箱的輸出端氣嘴(18)連通； 光譜儀與數(shù)據(jù)處理及控制裝置連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的便攜式紫外光譜煙氣分析儀，其特征是所述的U形氣室 (20)的外殼采用了鋁管，內(nèi)嵌光學(xué)玻璃管，并在與光譜儀(21)連通的一端有聚焦透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的便攜式紫外光譜煙氣分析儀，其特征是所述的數(shù)據(jù)處理及控制裝置的硬件核心CPU-LPC2214通過USB總線與光譜儀(21)交換數(shù)據(jù)，它與CO傳感器(22)和O2傳感器(23)的數(shù)據(jù)通過擴展了的ADC接口電路輸入；熱電偶(4)設(shè)置了 SPI 接口電路輸入硬件核心CPU-LPC2214 ；矩陣式鍵盤接口電路，設(shè)計了 9個按鍵，四個方位鍵、 一個確定回車鍵及四個功能切換鍵控制硬件核心CPU-LPC2214 ；氣體流量和打印機通過擴展了 RS232雙串口電路接入硬件核心CPU-LPC2214。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的便攜式紫外光譜煙氣分析儀，其特征是所述的主工作箱內(nèi)部分為兩層，其中一層內(nèi)置有數(shù)據(jù)處理及控制裝置的控制電路板(1 和抽氣泵(16)，另一層內(nèi)置有煙氣核心分析組件(17)，主工作箱的箱體頂部是數(shù)據(jù)輸出及顯示裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的便攜式紫外光譜煙氣分析儀，其特征是所述的抽氣泵 (16)是隔膜泵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的便攜式紫外光譜煙氣分析儀，其特征是所述的煙氣采集主體是網(wǎng)狀過濾頭(1)通過連接件O)與耐熱不銹鋼管C3)連通，耐熱不銹鋼管C3)上有熱電偶(4)和前握把(5)、后握把(7)以及握把芯(8)，耐熱不銹鋼管(3)末端外包橡膠套 (9)，前握把(5)和后握把(7)之間有外鎖緊(6)。
專利摘要本實用新型是便攜式紫外光譜煙氣分析儀。它是由煙氣采集主體與主工作箱的輸入端氣嘴通過軟氣管連通構(gòu)成；煙氣采集主體主要包括耐熱不銹鋼管和熱電偶，其特征是主工作箱包括箱體和內(nèi)部裝置，主工作箱內(nèi)部裝置由煙氣預(yù)處理裝置、煙氣核心分析組件、數(shù)據(jù)處理及控制裝置和數(shù)據(jù)輸出及顯示裝置構(gòu)成；煙氣預(yù)處理裝置與氣嘴連通和煙氣核心分析組件連通，煙氣核心分析組件連接有數(shù)據(jù)處理及控制裝置和數(shù)據(jù)輸出及顯示裝置；數(shù)據(jù)處理及控制裝置包括控制面板和數(shù)據(jù)處理模塊，其硬件核心是CPU-LPC2214。它使用方便快捷、測量種類齊全、提高測量NO2精度、能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)在線測量的儀器設(shè)備。
文檔編號G01N21/33GK202330277SQ20112049622
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月4日
發(fā)明者樊安倉, 趙鐵鹍 申請人:北方光電集團有限公司