CN101957314A - 基于积分球检测二氧化氮气体浓度的系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

基于积分球检测二氧化氮气体浓度的系统及其检测方法，涉及一种检测二氧化氮气体浓度的系统及其检测方法。它解决了现有的二氧化氮气体的检测方法难以对低浓度二氧化氮气体进行检测的问题。其装置：光源发出的光经透镜耦合至积分球内，并在积分球中反射及经待测二氧化氮气体选择性吸收后出射至光谱仪的光入射端。其方法：首先向积分球内充入待测二氧化氮气体；光源发射的光经透镜耦合至积分球内，在积分球中反射并经积分球内的待测二氧化氮气体选择性吸收后，在光谱仪上获得待测二氧化氮气体的吸收光谱；通过对二氧化氮吸收光谱信息的计算获得二氧化氮气体浓度结果。本发明适用于浓度较低的二氧化氮气体的检测过程中。

Description

基于积分球检测二氧化氮气体浓度的系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测二氧化氮气体浓度的系统及其检测方法。

背景技术

随着现代工业的发展，排放到空气中的二氧化氮(NO₂)不断增加，每年人为排放进大气的二氧化氮约为5300万吨。NO₂对人体健康和植物都有很大的危害，它是酸雨的来源之一，还会引起光化学烟雾的形成。国家环境保护总局已制定了环保法规，对NO₂气体等污染物实行总量控制，并将实行排污收费。因此，精确检测二氧化氮气体的浓度是我国对NO₂气体实行总量控制的前提。

目前光谱学气体监测方法中主要以吸收光谱技术为主。用于二氧化氮检测的技术主要有以下几种：差分光学吸收光谱技术(DOAS)、傅立叶变换红外光谱技术(FTIR)、可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)、差分吸收雷达技术(DIAL)、关联光谱技术(COSPEC)、非分散红外吸收(NDIR)等。这些方法在不改进的情况下只适用于对较高浓度的二氧化氮气体检测，很难对低浓度(1ppm以下)二氧化氮气体进行检测。

发明内容

本发明是为了解决现有的二氧化氮气体的检测方法难以对低浓度二氧化氮气体进行检测的问题，从而提供一种基于积分球检测二氧化氮气体浓度的系统及其检测方法。

基于积分球检测二氧化氮气体浓度的系统，它包括光源、透镜、积分球和光谱仪，所述积分球内充入待测二氧化氮气体，光源发出的光经透镜耦合至积分球的光入射面，所述积分球的光入射面所接收的光在积分球内反射并经积分球内的待测二氧化氮气体选择性吸收后通过积分球的光出射端出射至光谱仪的光入射端。

基于上述系统的基于积分球检测二氧化氮气体浓度的方法，它由以下步骤实现：

步骤一、向积分球内充入待测二氧化氮气体；

步骤二、控制光源发射出光，所述光经透镜耦合至积分球内，所述光在积分球内反射并经积分球内的待测二氧化氮气体选择性吸收后，输入至光谱仪的光入射端，获得待测二氧化氮气体的吸收光谱；

步骤三、将步骤二获得的吸收光谱通过公式：

N＝∑|-1nC|/{∑|Δσ₀(λ)|L}

即获得待测气体的二氧化氮气体浓度N；

式中：C＝I(λ)/{I₀(λ)R(λ)exp(-σ₀NL)}；

Δσ₀(λ)为二氧化氮气体吸收截面的快变部分，σ₀为吸收截面的慢变部分，R(λ)为由于光的反射、衍射和散射所造成的损耗，L为光在被测二氧化氮气体中行进的等效光程。

待测二氧化氮气体选择性吸收光的波长范围是400nm～500nm。

步骤三的计算过程采用计算机实现。

本发明的方法能够实现对浓度较低的二氧化氮气体进行检测，测量精度较高；本发明的装置具有结构简单、稳定性好、操作方便的优点。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

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，基于积分球检测二氧化氮气体浓度的系统，它包括光源2、透镜3、积分球4和光谱仪6，所述积分球4内充入待测二氧化氮气体，光源2发出的光经透镜3耦合至积分球4的光入射面，所述积分球4的光入射面所接收的光在积分球4内反射并经积分球内的待测二氧化氮气体选择性吸收后通过积分球4的光出射端出射至光谱仪6的光入射端。

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积分球检测二氧化氮气体浓度的系统的区别在于，它还包括光纤5，所述积分球4的光出射端出射的光通过光纤5入射至光谱仪6的光入射端。

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积分球检测二氧化氮气体浓度的系统的区别在于，它还包括计算机7，光谱仪6的信号输出端与计算机的信号输入端连接。

本实施方式能够通过计算机实现二氧化氮气体浓度的在线监测。

具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式三所述的基于积分球检测二氧化氮气体浓度的系统的区别在于，所述光源2为卤钨灯。

具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式一、二或四所述的基于积分球检测二氧化氮气体浓度的系统的区别在于，透镜3为石英透镜。

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积分球检测二氧化氮气体浓度的系统的区别在于，光谱仪6的型号是HR2000。

具体实施方式七、基于具体实施方式一所述的基于积分球检测二氧化氮气体浓度的系统的基于积分球检测二氧化氮气体浓度的方法，它由以下步骤实现：

步骤一、向积分球4内充入待测二氧化氮气体；

步骤二、开启光源2发射出光，所述光经透镜3耦合至积分球4内，所述光在积分球4内反射并被积分球4内的待测二氧化氮气体选择性吸收后，输入至光谱仪6的光入射端，获得待测二氧化氮气体的吸收光谱；

步骤三、将步骤二获得的吸收光谱通过公式：

N＝∑|-1nC|/{∑|Δσ₀(λ)|L}

即获得待测气体的二氧化氮气体浓度N；

式中：C＝I(λ)/{I₀(λ)R(λ)exp(-σ₀NL)}；

Δσ₀(λ)为二氧化氮气体吸收截面的快变部分，σ₀为吸收截面的慢变部分，R(λ)为由于光的反射、衍射和散射所造成的损耗，L为光在被测二氧化氮气体中行进的等效光程。

待测二氧化氮气体选择性吸收光的波长范围是400nm～500nm。二氧化氮气体在波长400～500nm附近具有震荡的特征吸收。

步骤三的计算过程采用计算机实现。

Claims (9)

1.基于积分球检测二氧化氮气体浓度的系统，其特征是：它包括光源(2)、透镜(3)、积分球(4)和光谱仪(6)，所述积分球(4)内充入待测二氧化氮气体，光源(2)发出的光经透镜(3)耦合至积分球(4)的光入射面，所述积分球(4)的光入射面所接收的光在积分球(4)内反射并经积分球内的待测二氧化氮气体选择性吸收后通过积分球(4)的光出射端出射至光谱仪(6)的光入射端。

2.根据权利要求1所述的基于积分球检测二氧化氮气体浓度的系统，其特征在于它还包括光纤(5)，所述积分球(4)的光出射端出射的光通过光纤(5)入射至光谱仪(6)的光入射端。

3.根据权利要求1或2所述的基于积分球检测二氧化氮气体浓度的系统，其特征在于它还包括计算机(7)，光谱仪(6)的信号输出端与计算机的信号输入端连接。

4.根据权利要求3所述的基于积分球检测二氧化氮气体浓度的系统，其特征在于所述光源(2)为卤钨灯。

5.根据权利要求1、2或4所述的基于积分球检测二氧化氮气体浓度的系统，其特征在于透镜(3)为石英透镜。

6.根据权利要求5所述的基于积分球检测二氧化氮气体浓度的系统，其特征在于光谱仪(6)的型号是HR2000。

7.基于权利要求1所述的基于积分球检测二氧化氮气体浓度的系统的基于积分球检测二氧化氮气体浓度的方法，其特征是：它由以下步骤实现：

步骤一、向积分球(4)内充入待测二氧化氮气体；

步骤二、控制光源(2)发射出光，所述光经透镜(3)耦合至积分球(4)内，所述光在积分球(4)内反射并经积分球(4)内的待测二氧化氮气体选择性吸收后，输入至光谱仪(6)的光入射端，获得待测二氧化氮气体的吸收光谱；

步骤三、将步骤二获得的吸收光谱通过公式：

N＝∑|-1nC|/{∑|Δσ₀(λ)|L}

即获得待测气体的二氧化氮气体浓度N；

式中：C＝I(λ)/{I₀(λ)R(λ)exp(-σ₀NL)}；

Δσ₀(λ)为二氧化氮气体吸收截面的快变部分，σ₀为吸收截面的慢变部分，R(λ)为由于光的反射、衍射和散射所造成的损耗，L为光在被测二氧化氮气体中行进的等效光程。

8.根据权利要求7所述的基于积分球检测二氧化氮气体浓度方法，其特征在于待测二氧化氮气体选择性吸收的光的波长范围是400nm～500nm。

9.根据权利要求7所述的基于积分球检测二氧化氮气体浓度方法，其特征在于步骤三的计算过程采用计算机实现。

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