紫外光譜煙氣分析測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種紫外光譜煙氣分析測量方法，屬于煙氣檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，市面上現(xiàn)存的氣體分析儀主要利用紫外熒光法和可調(diào)諧激光器法，紫外熒光法可以用來測量二氧化硫，其原理是190?230 nm附近的紫外光照射到被測氣體時，二氧化硫分子吸收紫外光的能量，分子受到激發(fā)從高能級返回基態(tài)時發(fā)出熒光。大氣中的N2，02基本不引起“熒光淬滅效應(yīng)”，激發(fā)態(tài)的S02主要通過熒光過程返回基態(tài)，利用光電倍增管接收發(fā)的熒光，紫外熒光發(fā)對S02的監(jiān)測靈敏度很高，熒光光強大小即可反映出二氧化硫的濃度。該方法可以監(jiān)測到PPb數(shù)量級的低濃度S02，同時動態(tài)范圍和線性度很好，因此多用于空氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測。將其應(yīng)用在煙氣監(jiān)測時，需要配備稀釋法采樣器，系統(tǒng)非常復雜?？烧{(diào)諧激光器(Tunable Laser)，是指在一定范圍內(nèi)可以連續(xù)改變激光輸出波長的激光器。這種激光器的用途廣泛，可用于光譜學、光化學、醫(yī)學、生物學、集成光學、污染監(jiān)測、半導體材料加工、信息處理和通信等。由于激光波段覆蓋范圍廣，強度大，譜線窄，可以用于多種氣體的檢測。一般有兩種工作方式:一種是利用被測氣體的后向散射，得到污染氣體在空間上的分布，基于差分吸收雷達技術(shù)。另一種是利用反射器獲得光程方向上的平均濃度，透射光與發(fā)射光符合朗伯比爾定律。該方法的優(yōu)勢是幾乎可以測量所有氣體，響應(yīng)快精度高。缺點是中紅外區(qū)的可調(diào)諧激光器的成本太高，不同氣體檢測需配備不同光源，且近紅外區(qū)的激光器產(chǎn)生的吸收譜線強度較低，不利于測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種在吸收光譜中剔除光強隨波長緩慢變化的部分，而只留下隨波長快速變化的部分，然后用快速變化部分去反演氣體的濃度，從而可以避免因為光源溫漂或衰減、粉塵干擾、其他氣體干擾等因素引起的測量值波動和漂移的紫外光譜煙氣分析測量方法。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為紫外光譜煙氣分析測量方法，包括氣室和光譜儀，按照以下步驟進行操作，
a、向光程為L的氣室內(nèi)通入濃度為X的待測氣體；
b、利用光譜儀測量得到Π(λ)，Π(λ)表示第i種氣體穿過濃度為X和光程為L的待測氣體后的光強；
C、經(jīng)過實驗測量得到Ι0(λ)，Ι0(λ)表示波長在λ出的入射光強；
d、根據(jù)吸收截面的計算原理則為Beer-Lambert定律，計算得到oi(λ)，公式為Ii(λ)=Ι0(λ) exp { _L*oi (λ)*Χ}，
其中Ι0(λ)表示波長在λ出的入射光強，π(λ)表示第i種氣體穿過濃度為X和光程為L的待測氣體后的光強，oi (λ)即為第i種氣體吸收截面；
e、采用最小二乘擬合的算法，對氣體的具有明顯吸收譜的波段的吸收截面進行曲線擬合，將擬合的曲線作為吸收截面的慢變部分P i (λ);
f、然后根據(jù)DOAS原理，進行計算得到Ri (λ)，計算公式為Oi (λ)= P i (A)+R i (λ), 其中oi (λ)氣體的吸收截面，P i (λ)為吸收截面隨波長緩慢變化部分，R i (λ)為吸收截面隨波長急劇變換部分；
g、最后利用吸收截面隨波長急劇變換部分Ri (λ)，進行反演計算得到氣體內(nèi)各組分的濃度。
[0005]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:本發(fā)明利用了紫外采用DOAS差分吸收光譜技術(shù)，就是在吸收光譜中剔除光強隨波長緩慢變化的部分，而只留下隨波長快速變化的部分，然后用快速變化部分去反演氣體的濃度，從而可以避免因為光源溫漂或衰減、粉塵干擾、其他氣體干擾等因素引起的測量值波動和漂移。同時可測量多種氣體的濃度;消除了煙塵、水分、光源變化等影響因素，保證了測量的準確性和穩(wěn)定性。
【具體實施方式】
[0006]為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0007]實施例一
紫外光譜煙氣分析測量方法，其特征在于:包括氣室和光譜儀，按照以下步驟進行操作，
a、向光程為L的氣室內(nèi)通入濃度為X的待測氣體；
b、利用光譜儀測量得到Π(λ)，Π(λ)表示第i種氣體穿過濃度為X和光程為L的待測氣體后的光強；
C、經(jīng)過實驗測量得到Ι0(λ)，Ι0(λ)表示波長在λ出的入射光強；
d、根據(jù)吸收截面的計算原理則為Beer-Lambert定律，計算得到oi(λ)，公式為Ii(λ)=Ι0(λ) exp { _L*oi (λ)*Χ}，
其中Ι0(λ)表示波長在λ出的入射光強，π(λ)表示第i種氣體穿過濃度為X和光程為L的待測氣體后的光強，oi (λ)即為第i種氣體吸收截面；
e、采用最小二乘擬合的算法，對氣體的具有明顯吸收譜的波段的吸收截面進行曲線擬合，將擬合的曲線作為吸收截面的慢變部分P i (λ);
f、然后根據(jù)DOAS原理，進行計算得到Ri (λ)，計算公式為oi (λ)= P i (A)+R i (λ), 其中oi (λ)氣體的吸收截面，P i (λ)為吸收截面隨波長緩慢變化部分，R i (λ)為吸收截面隨波長急劇變換部分；
g、最后利用吸收截面隨波長急劇變換部分Ri (λ)，進行反演計算得到氣體內(nèi)各組分的濃度。
[0008]本發(fā)明的測量原理為紫外差分光譜吸收法(D0SA技術(shù))，它是在一種對被測氣體濃度進行比較準確定量分析的光譜分析方法，它利用被測氣體在所選波段具有明顯的差分吸收結(jié)構(gòu)，從而準確辨別不同氣體和監(jiān)測被測氣體濃度。
[0009]DOSA技術(shù)的基本原理是利用待測氣體的窄帶吸收特性來鑒別分子，并且根據(jù)窄帶吸收強度反演氣體的濃度。將氣體的吸收截面看成是2部分的疊加，其一時隨波長緩慢變化的部分，構(gòu)成光譜的寬帶結(jié)構(gòu)，其二是隨波長快速變化部分，構(gòu)成光譜的窄帶結(jié)構(gòu)，如下式:Oi (λ)= P i (A)+R I (λ),
其中oi (λ)氣體的吸收截面，P i (λ)為吸收截面隨波長緩慢變化部分，R i (λ)為吸收截面隨波長急劇變換部分，DOAS的原理就是在吸收光譜中去除光強隨波長緩慢變化部分，只留下隨波長快速變化的部分，然后利用快速變化部分去反演氣體濃度。
[00?0] 吸收截面的計算原理則為Beer-Lambert定律:該定律公式如下:Ii (λ) = Ι0(λ)exp { _L*oi (λ)*Χ}，
其中Ι0(λ)表示波長在λ出的入射光強，π(λ)表示第i種氣體穿過濃度為X和光程為L的待測氣體后的光強，oi (λ)即為第i種氣體吸收截面。
[0011]Ι0(λ)可以有實驗室測試得到，Π(λ)可以由光譜儀測試得到，光程L為固定值，由上述兩個公式可以看出，只要能去除了吸收截面的慢變部分P i (λ)，利用快變部分R i(λ)的值與氣體的濃度的關(guān)系反演出氣體濃度值。
[0012]本發(fā)明中根據(jù)被測氣體的吸收特性，經(jīng)過無數(shù)次的實驗，選擇了最合適的紫外波段去進行進行氣體濃度反演，反演誤差降至最低;利用特定的數(shù)據(jù)處理算法，排除氣體彼此間的干擾;該算法有效的抑制了低濃度氣體的測量誤差;溫度等外界因素對氣體濃度的誤差的影響得到了補償;粉塵干擾對反演濃度的影響得到抑制。
[0013]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包在本發(fā)明范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.紫外光譜煙氣分析測量方法，其特征在于:包括氣室和光譜儀，按照以下步驟進行操作， a、向光程為L的氣室內(nèi)通入濃度為X的待測氣體； b、利用光譜儀測量得到Π(λ)，Π(λ)表示第i種氣體穿過濃度為X和光程為L的待測氣體后的光強； C、經(jīng)過實驗測量得到ΙΟ(λ)，ΙΟ(λ)表示波長在λ出的入射光強； d、根據(jù)吸收截面的計算原理則為Beer-Lambert定律，計算得到oi(λ)，公式為Ii(A)=Ι0(λ) exp { _L*oi (λ)*Χ}， 其中Ι0(λ)表示波長在λ出的入射光強，π(λ)表示第i種氣體穿過濃度為X和光程為L的待測氣體后的光強，oi (λ)即為第i種氣體吸收截面； e、采用最小二乘擬合的算法，對氣體的具有明顯吸收譜的波段的吸收截面進行曲線擬合，將擬合的曲線作為吸收截面的慢變部分P i (λ); f、然后根據(jù)DOAS原理，進行計算得到Ri (λ)，計算公式為oi (λ)= P i (A)+R i (λ), 其中oi (λ)氣體的吸收截面，P i (λ)為吸收截面隨波長緩慢變化部分，R i (λ)為吸收截面隨波長急劇變換部分； g、最后利用吸收截面隨波長急劇變換部分Ri (λ)，進行反演計算得到氣體內(nèi)各組分的濃度。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種紫外光譜煙氣分析測量方法，屬于煙氣檢測技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種在吸收光譜中剔除光強隨波長緩慢變化的部分，而只留下隨波長快速變化的部分，然后用快速變化部分去反演氣體的濃度，從而可以避免因為光源溫漂或衰減、粉塵干擾、其他氣體干擾等因素引起的測量值波動和漂移的紫外光譜煙氣分析測量方法，所采用的技術(shù)方案為用DOAS差分吸收光譜技術(shù)，就是在吸收光譜中剔除光強隨波長緩慢變化的部分，而只留下隨波長快速變化的部分，然后用快速變化部分去反演氣體的濃度；本發(fā)明廣泛用于煙氣的分析測量。
【IPC分類】G01N21/33
【公開號】CN105548057
【申請?zhí)枴緾N201610018479
【發(fā)明人】白惠峰, 閆興鈺, 張利軍, 唐艷平, 郭榮, 呂子嘯, 白慧賓, 王紅梅
【申請人】中綠環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?br>【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年1月12日