CN101498665A - 基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的检测装置 - Google Patents

基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的检测装置 Download PDF

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Abstract

基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的检测装置，它涉及气体浓度的测量领域。本发明解决了现有的二氧化硫检测装置易受光强波动干扰，或系统复杂、成本大的问题。基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的检测装置，正弦波发生器的输出端与电压驱动器的输入端连接，电压驱动器的输出端与发光二极管的电压输入端连接，发光二极管的输出光经准直透镜透射后经过样品池和分光镜，并由分光镜分成反射光和透射光，反射光经第二凸透镜聚焦至第二探测器，透射光经过参考池后经第一凸透镜聚焦至第一探测器，样品池中的介质是待测二氧化硫气体，参考池中的介质是饱和浓度的二氧化硫气体。本发明适用于多种需要测量二氧化硫浓度的场合。

Description

基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的检测装置
技术领域
本发明涉及的是气体浓度的测量领域，具体涉及的是一种二氧化硫浓度检测的装置。
背景技术
目前国际上针对二氧化硫气体的检测装置有很多种，其中较常用的为利用光学吸收法的非色散光学吸收技术的检测装置和利用光学吸收法的差分光学吸收光谱技术的检测装置。非色散光学吸收技术的检测装置是通过对比吸收前后的光强差的方式来获得待测气体浓度，但是这种装置易受与光强波动有关的干扰；差分光学吸收光谱技术的检测装置是通过光谱信息推演待测气体浓度，这种装置的缺点是必须使用光谱仪等色散设备，系统复杂、成本很高。
发明内容
本发明是为了解决现有的二氧化硫检测装置易受光强波动干扰，以及系统复杂度高、成本过高的问题，从而提供一种基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的检测装置。
基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的检测装置，它由正弦波发生器、电压驱动器、发光二极管、准直透镜、样品池、分光镜、参考池、第一凸透镜、第一探测器、第二凸透镜、第二探测器、数据采集卡和计算机组成，正弦波发生器的输出端与电压驱动器的输入端连接，电压驱动器的输出端与发光二极管的电压输入端连接，发光二极管的输出光入射至准直透镜，经准直透镜透射得到平行光，所述平行经过样品池后入射至分光镜，所述平行光经分光镜分成反射光和透射光，所述反射光入射至第二凸透镜，经第二凸透镜聚焦至第二探测器，透射光经过参考池后入射至第一凸透镜，经第一凸透镜聚焦至第一探测器，所述第一探测器的输出端和第二探测器的输出端分别连接数据采集卡的两个数据输入端，所述数据采集卡的数据输出端与计算机的输入端连接，样品池中的介质是待测二氧化硫气体，参考池中的介质是饱和浓度的二氧化硫气体。
本发明利用关联光谱技术实现了对二氧化硫气体浓度的有效检测，用参考气体本身的光谱信息实现了对二氧化硫的选择性探测，排除了光强波动带来的干扰。并且系统组成简单，无需使用光谱仪等色散设备，成本较低。本发明可以达到的最低检测限低于1PPM(PPM为百万分率)，尤其充分满足了工业污染排放监测的要求。
附图说明
图1是本发明的装置的结构示意图，图2是本发明具体实施方式七中光强对比度与待测量气体浓度的对应关系图(横轴为待测量气体浓度；纵轴为光强对比度)。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本具体实施方式，基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的检测装置，它由正弦波发生器9、电压驱动器8、发光二极管1、准直透镜2、样品池3、分光镜4、参考池5、第一凸透镜6、第一探测器7、第二凸透镜10、第二探测器11、数据采集卡12和计算机13组成，正弦波发生器9的输出端与电压驱动器8的输入端连接，电压驱动器8的输出端与发光二极管1的电压输入端连接，发光二极管1的输出光入射至准直透镜2，经准直透镜2透射得到平行光，所述平行经过样品池3后入射至分光镜4，所述平行光经分光镜4分成反射光和透射光，所述反射光入射至第二凸透镜10，经第二凸透镜10聚焦至第二探测器11，透射光经过参考池5后入射至第一凸透镜6，经第一凸透镜6聚焦至第一探测器7，所述第一探测器7的输出端和第二探测器11的输出端分别连接数据采集卡12的两个数据输入端，所述数据采集卡12的数据输出端与计算机13的输入端连接，样品池3中的介质是待测二氧化硫气体，参考池5中的介质是饱和浓度的二氧化硫气体。
工作原理：发光二极管1在电压驱动器8的驱动下发出紫外光，由正弦信号发生器9产生频率为f Hz的正弦信号，并输入到电压驱动器8中对发光二极管1的输出光强进行幅度调制，带有f Hz幅度调制的紫外光经准直透镜2后变为平行光，在经过装有待测气体的样品池3后被分光镜4分为透射光和发射光，透射光(参考光)经过装有饱和浓度二氧化硫的参考池5再经第一凸透镜6聚焦后被第一探测器7接收，反射光(样品光)直接经第二凸透镜10聚焦后被第二探测器11接收，第一探测器7和第二探测器11的产生的信号输入到数据采集卡12中进行模/数转换，得到的数字信号通过PCI接口输入到计算机13中进行数据处理分析，计算机对带有幅度调制的两路光信号在f频率处解调出高信噪比的原始信号，根据公式：
M＝(IR-AIS)/(IR+AIS)
式中M为两路光强的对比度，IR和IS分别是参考光(透射光)和样品光(反射光)的光强，A是样品池中不含有待测气体时对比度为零所对应的常数。
计算两路光强的对比度。并利用光强对比度和样品池中气体的二氧化硫浓度所具有的对应关系得到二氧化硫气体浓度(即：在零点校准时获得的值)。
具体实施方式二：本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的检测装置的区别在于，电压驱动器8的调制频率为1～100KHz。
具体实施方式三：本具体实施方式与具体实施方式一或二所述的基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的检测装置的区别在于，准直透镜2、分光镜4、第一凸透镜6和第二凸透镜10的材质均为石英。
具体实施方式四：本具体实施方式与具体实施方式三所述基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的检测装置的区别在于，第一探测器7和第二探测器11均为硅探测器。
具体实施方式五：本具体实施方式与具体实施方式一、二或四所述的基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的区别在于，参考池5中二氧化硫气体的饱和浓度为10000PPM～20000PPM。
具体实施方式六：本具体实施方式与具体实施方式五所述的基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的区别在于，发光二极管1的中心波长为300nm。
本实施方式可以达到的最低检测限低于1PPM。
具体实施方式七：本具体实施方式采用具体实施方式一所述的装置，再选定如下参数：
电压驱动器8的调制频率为2KHz，参考池5中的二氧化硫气体饱和浓度为10000PPM，发光二极管1的中心波长为300nm；
通过公式计算出两光强对比度，根据得到的不同光强对比度确定样品池的二氧化硫浓度，结果如图2所示。

Claims (6)

1、基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的检测装置，其特征是：它由正弦波发生器(9)、电压驱动器(8)、发光二极管(1)、准直透镜(2)、样品池(3)、分光镜(4)、参考池(5)、第一凸透镜(6)、第一探测器(7)、第二凸透镜(10)、第二探测器(11)、数据采集卡(12)和计算机(13)组成，正弦波发生器(9)的输出端与电压驱动器(8)的输入端连接，电压驱动器(8)的输出端与发光二极管(1)的电压输入端连接，发光二极管(1)的输出光入射至准直透镜(2)，经准直透镜(2)透射得到平行光，所述平行经过样品池(3)后入射至分光镜(4)，所述平行光经分光镜(4)分成反射光和透射光，所述反射光入射至第二凸透镜(10)，经第二凸透镜(10)聚焦至第二探测器(11)，透射光经过参考池(5)后入射至第一凸透镜(6)，经第一凸透镜(6)聚焦至第一探测器(7)，所述第一探测器(7)的输出端和第二探测器(11)的输出端分别连接数据采集卡(12)的两个数据输入端，所述数据采集卡(12)的数据输出端与计算机(13)的输入端连接，样品池(3)中的介质是待测二氧化硫气体，参考池(5)中的介质是饱和浓度的二氧化硫气体。
2、根据权利要求1所述的基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的检测装置，其特征在于，电压驱动器(8)的调制频率为1～100KHz。
3、根据权利要求1或2所述的基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的检测装置，其特征在于，准直透镜(2)、分光镜(4)、第一凸透镜(6)和第二凸透镜(10)的材质均为石英。
4、根据权利要求3所述的基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的检测装置，其特征在于，第一探测器(7)和第二探测器(11)均为硅探测器。
5、根据权利要求1、2或4所述的基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的检测装置，其特征在于，参考池(5)中二氧化硫气体的饱和浓度为10000PPM～20000PPM。
6、根据权利要求5所述的基于关联光谱技术的二氧化硫气体浓度的检测装置，其特征在于，发光二极管(1)的中心波长为300nm。
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