CN104101568A - 一种基于光声光谱技术的监测大气六氟化硫含量的装置 - Google Patents

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徐睿英
赵由之
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Abstract

本发明提供一种基于光声光谱技术的大气六氟化硫含量监测装置，旨在提供一种能够实时在线监测大气中的SF6含量的装置。本发明中通过单片机19控制二氧化碳激光器1产生1000赫兹的调制光波，经过激光扩束镜3和滤光片5激光光束进入到光声腔内部，再经过圆锥形反射镜10反射到上盖反射镜8，并从上盖反射镜8反射到下盖反射镜9，光束在上盖反射镜8，下盖反射镜9之间来回反射达到增加光程的目的。产生的光声信号通过音频传感器17，音频放大电路18，单片机19来显示数据。根据光声理论大气中的SF6含量越高产生的声音的分贝数越高，在单片机19上显示的数据就越大，在单片机19上显示大气中的SF6含量。

Description

一种基于光声光谱技术的监测大气六氟化硫含量的装置
技术领域
本发明是一种高精度检测六氟化硫含量的装置，适用于环境监测领域。
背景技术
六氟化硫(SF6)是一种惰性的卤代烃化合物,具有良好的化学稳定性、绝缘性、灭弧性和冷却散热性能,用途广泛.其产品主要用于电力工业、冶金工业和气象部门等。SF6 的泄漏可通过多种途径进入大气而影响环境.目前全球大气本底浓度虽然浓度不高,但其温室效应是CO2的23900 倍,寿命可长达3200 年，且每年以7%的比例递增。随着经济迅猛发展大气中的SF6含量越来越高，而对全球增温造成重要影响。目前检测大气中的SF6含量的主要方法是利用配有电子捕获检测器的气相色谱仪测定.该方法主要缺点是必须在特定实验室进行检测不能实时在线监测。
发明内容
本发明的目的是，克服现有技术的缺点，提供一种灵敏度高，结构简单，
能够实时在线监测大气中的SF6含量的装置。
本发明的目的是由以下技术方案来实现的：
基于光声效应的大气中的SF6含量检测装置，它包括二氧化碳激光器1，激光扩束镜3，光声腔7，光声腔7特征是：具有空心圆柱形壳体，在壳体内设有滤光片5，上盖反射镜8，下盖反射镜9，圆锥形反射镜10。还包括光声腔外围设备，光声腔外围检测设备结构是进气口空气滤膜11与进气口电磁阀14连接，出气口空气滤膜12与出气口电池阀15连接，出气口电池阀15与抽气泵13连接，抽气泵13与抽气泵放气电磁阀16连接。光声腔7相接触的音频传感器17与音频放大电路18连接，音频放大电路18与单片机19连接，单片机19与电池阀和抽气泵控制电路20连接，单片机19并与二氧化碳激光器1连接。
本发明的有益效果：由于采用了特殊的光声腔结构可以实现大气中的SF6含量在线监测。
本发明的优点体现在：
（1）由于采用了特殊的光声腔结构，大大增加了激励气体发声的光程，从而提高了灵敏度，并最小检测能力达到了pptv（体积比10-12）级。
（2）由于该装置的进气口与出气口采用了空气滤膜能够保证长时间稳定测量。
附图说明
图1是基于光声光谱技术的监测大气SF6含量的装置的结构示意图。
图2是图1中放大电路18电路原理图。
图3是图1单片机19电路原理图。
图4是图1电磁阀和抽气泵控制电路20电路原理图。
图1中：二氧化碳激光器1，激光器输出光束2，激光扩束镜3，经过激光扩束镜扩束后光束4，滤光片5，经过圆锥形反射镜反射后的光束6，光声腔7，上盖反射镜8，下盖反射镜9，圆锥形反射镜10，进气口空气滤膜11，出气口空气滤膜12，抽气泵13，进气口电磁阀14，出气口电磁阀15，抽气泵放气电磁阀16，音频传感器17，音频放大电路18，单片机19，电磁阀和抽气泵控制电路。
下面利用附图和实施例对本发明作进一步描述。
单片机19发出指令，关闭抽气泵放气电磁阀16，打开进气口电磁阀14和出气口电池阀15，打开抽气泵13，抽气30分钟后关闭进气口电磁阀14和出气口电池阀15，并打开抽气泵放气电磁阀16，空气采样结束。然后单片机19又发出一个指令发出1000赫兹的方波控制信号控制二氧化碳激光器1，使激光器输出调制频率为1000赫兹的激光。激光器产生的激光光束直径大约为5mm的激光光束2,通过扩束镜把激光光束扩束成直径为30毫米的激光光束4，经扩束的激光光束通过滤光片5进入到光声腔7。滤光片5选择带宽为40纳米、中心波长为10.55微米的滤光片，这样进入到光声腔7的激光是调制频率为1000赫兹，中心波长为10.55微米的激光。SF6 的吸收峰值恰好在10.55微米处，产生光声效应。激光光束4进入到光声腔7后射入到圆锥形反射镜10，由圆锥形反射镜10反射后形成空心圆锥形光束6，光束6入射到上盖反射镜8，再由上盖反射镜8反射，反射光束入射到下盖反射镜9，再由下盖反射镜9反射，如此光束在上盖反射镜8和下盖反射镜9之间来回反射来达到增加光程的目的。光程越大激发的气体就越多，激发的气体就越多产生的声音就越大，以此方法可以使pptv级SF6含量的气体产生一定分贝的声音，产生的声音通过音频传感器17接收，音频传感器17输出一定的电信号，电信号在经过音频放大电路18放大送入单片机19进行数据处理并显示。根据光声理论大气中的SF6含量越高产生的声音的分贝数越高，在单片机19上显示的数据就越大，在单片机19上显示大气中的SF6含量。

Claims (3)

1.一种基于光声光谱技术的大气六氟化硫含量监测装置包括：二氧化碳激光器1，激光器输出光束2，激光扩束镜3，经过激光扩束镜扩束后光束4，滤光片5，经过圆锥形反射镜反射后的光束6，光声腔7，上盖反射镜8，下盖反射镜9，圆锥形反射镜10，进气口空气滤膜11，出气口空气滤膜12，抽气泵13，进气口电磁阀14，出气口电磁阀15，抽气泵放气电磁阀16，音频传感器17，音频放大电路18，单片机19，电磁阀和抽气泵控制电路20。
2.其特征：具有激光扩束镜3，光声腔7内设置滤光片5，上盖反射镜8，下盖反射镜9，在下盖反射镜中央设置圆锥形反射镜10，该装置并设置进气口空气滤膜11，出气口空气滤膜12。
3.根据权利要求1所述的基于光声光谱技术的大气六氟化硫含量的监测装置，其特征是：滤光片5选择带宽为40纳米，中心波长为10.55微米的滤光片。
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