CN102221532A - 具有在线校准光路的直插式烟气紫外差分探头 - Google Patents
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Abstract
一种具有在线校准光路的直插式烟气紫外差分探头，属烟气监测装置，控制柜安装前端设测量口的探头，探头经光纤连接光谱仪，氘灯光源发出紫外可见光束，投射到扇形抛物面镜上，入射到探头内，经光纤传输到光谱仪，实现烟气监测；反光镜将扇形抛物面镜反射的光束反射到气池内，气池通入标准气体，光束被标准气吸收，透射光由光纤耦合进光谱仪，对光强进行校准，实现在线校准。本发明可切换测量、校准状态，光束在扇形抛物面镜面处反射后，由反光镜控制出射方向，在不从烟道中抽取探头的条件下实现在线校准。
Description
技术领域
本发明属于一种烟气在线监测装置，特别涉及一种具有在线校准光路的直插式烟气紫外差分探头。
背景技术
烟气排放连续监测，是指对固定污染源排放进行实时监测，它是指导治污减排的重要环节。而二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)作为固定污染源排放的主要污染气体，它们的浓度检测是烟气排放连续监测系统的核心。目前常用的二氧化硫、氮氧化物的连续监测方法有紫外吸收光谱法、电化学等方法。吸收光谱法是基于光吸收的基本定律Lambert-Beer定律，它的原理是当入射光强度一定时，被测物质的吸光度与被测物质的浓度和厚度的乘积成正比。一般采用紫外光源发出稳定的光束，经过固定长度的被测气体测量区，最后由光谱仪接收光束，并通过计算机以一定的算法进行后续数据处理的方式来获取不同成分的烟气浓度。
烟气连续监测系统通常采用直接插入式和抽取式的监测手段。直接插入式是将测量探头直接伸入烟道内，进行测量；抽取式是通过抽气装置将烟气抽取到烟道外来进行测量，两种测量手段各有利弊。而对于基于吸收光谱法的直接式监测系统，随着使用时间的增长，光源老化、光强降低，需要进行校准。因为直接式的校准需要将测量探头抽取出烟道，在纯净的空气中，利用标准气进行校准，这就增加了维护量，使用不方便。目前国家对于烟气连续监测系统的校准的要求是要实现在线校准，对于直接式的测量系统，这就需要设计出一种能够实现在线校准的光路系统，使得直接式的测量系统在不用挪动设备的条件下实现在线校准。
发明内容
本发明的目的在于设计出一种新型光路，能够自由切换测量与校准的状态，使得直接式烟气连续监测系统能够在不抽取探头的情况下，能够进行在线校准。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种具有在线校准光路的直插式烟气紫外差分探头，其特征在于：它包括探头、光谱仪、测量装置和校准器；
探头的后端安装在控制柜上，探头的中前端设有向下的测量口，探头内的测量口前端安装凸透镜，探头内的测量口后端安装平镜，在凸透镜的后端和平镜的前端分别安装两气幕发生器，分别与探头末端设有的净化压缩空气输入管连通，探头的顶端安装凸透镜管，凸透镜管经光纤与光谱仪连接；
控制柜内安装测量装置和校准器；
测量装置包括扇形抛物面镜和氘灯光源，扇形抛物面镜安装在探头末端对应的控制柜内，氘灯光源安装在扇形抛物面镜的前端，其发出紫外-可见光束，投射到扇形抛物面镜上，经过扇形抛物面镜的反射，准直为水平光束，入射到探头内的平镜，由凸透镜汇聚；
校准器由反光镜、校准池和气池组成，反光镜安装在探头末端对应的控制柜内，与探头成45度角，校准池内安装气池，反光镜位于气池上方，反光镜反射扇形抛物面镜发出的光束到气池内，气池为圆筒状，上端安装平镜，下端安装凸透镜，气池的侧壁设有进气孔和排气孔，进气孔与标准气体连接，气池的底部安装凸透镜管，通过光纤连接光谱仪。
本发明的优点和有益效果是：可切换测量、校准状态，光束在扇形抛物面镜面处反射后，由反光镜控制出射方向，控温器和加热片提供恒定温度，在不从烟道中抽取探头的条件下能够实现在线校准。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
其中：1-探头；2-控制柜；3-测量口；4-凸透镜；5-平镜；6-气幕发生器；7-输入管；8-凸透镜管；9-光纤；10-光谱仪；11-扇形抛物面镜；12-氘灯光源；13-反光镜；14-校准池；15-气池；16-进气孔，17-排气孔，18-标准气体，19-温控器，20-加热片。
具体实施方式
下面通过附图对本发明作进一步详述：
实施例：如图1所示，一种具有在线校准光路的直插式烟气紫外差分探头，它的探头1的后端安装在控制柜2上，探头1的中前端设有向下的测量口3，探头1内的测量口3前端安装凸透镜4，探头1内的测量口3后端安装平镜5，在凸透镜4的后端和平镜5的前端分别安装气幕发生器6，分别与探头1末端设有的输入管7连通，探头1的顶端安装凸透镜管8，凸透镜管8经光纤9与光谱仪10连接；扇形抛物面镜11安装在探头1末端对应的控制柜2内，氘灯光源12安装在扇形抛物面镜11的前端，其发出紫外-可见光束，投射到扇形抛物面镜11上，经过扇形抛物面镜11的反射，准直为水平光束，入射到探头1内的平镜5，由凸透镜4汇聚；反光镜13安装在探头1末端的控制柜2内，与探头1成45度角，校准池14内安装气池15，反光镜13位于气池15上方，反光镜13反射扇形抛物面镜11发出的光束到气池15内，气池15为圆筒状，上端安装平镜5，下端安装凸透镜4，气池15的侧壁设有进气孔16和排气孔17，进气孔16与标准气体18连接，气池15的底部安装凸透镜管8，通过光纤9连接光谱仪10；校准池14外安装温控器19，校准池14内安装加热片20，与温控器19连接。
在测量状态下，烟道内的烟气穿过测量区域，紫外氘灯光源发出紫外-可见光束，经过扇形抛物面镜面的反射，准直为水平光束，水平光束入射到平镜，穿过测量区域后，经烟气吸收后衰减的光束经凸透镜汇聚于光纤传入光谱仪，由紫外吸收光谱法的原理，计算得到烟气气体成分的浓度，实现正常测量；同时，探头输入管经向探头内吹入净化压缩空气，并通过气幕发生器后产生保护凸透镜和平镜的空气屏障。
当需要进行校准时，探头不需要拉出烟道，只要将自带滑轨的校准器嵌入控制柜内的校准位，校准器自带反光镜，将光信号反射到校准池内的气池内，通过光纤将光信号连入光谱仪，气池内通入标准气体，经过反光镜的光束在气池内被标准气吸收，透射光由光纤耦合进光谱仪，根据吸收光谱法的原理，对通过光纤耦合进光谱仪的光强进行校准，实现在线校准。
校准器内自带伴热装置，由温控器和加热片来进行温度控制，使校准器内的温度恒定在30摄氏度以上，从而减少SO2的吸附，这样确保校准时标准气体的浓度不会因为吸附的损失而下降，从而达到精确校准。
校准完成后，保存校准结果到计算机，将连接校准器的光纤从光谱仪上拔出，移走校准器。
移走校准器后，插上与测量探头连接的光纤即可实现校准与测量切换。
在校准池内放置不同长度的气池，即可获得不同大小的相对浓度，这样使用一瓶固定浓度的标准气即可进行校准。根据紫外差分吸收光谱法的原理，利用曲线拟合得到校准后的浓度与计算浓度的关系，将结果保存到计算机内，再切换到测量状态进行测量。
通过这些步骤，就可以实现测量、校准状态的任意切换，无需将探头抽取出烟道，实现在线校准。
Claims (2)
1.一种具有在线校准光路的直插式烟气紫外差分探头，其特征在于：它包括探头、光谱仪、测量装置和校准器；
探头的后端安装在控制柜上，探头的中前端设有向下的测量口，探头内的测量口前端安装凸透镜，探头内的测量口后端安装平镜，在凸透镜的后端和平镜的前端分别安装两气幕发生器，分别与探头末端设有的净化压缩空气输入管连通，探头的顶端安装凸透镜管，凸透镜管经光纤与光谱仪连接；
控制柜内安装测量装置和校准器；
测量装置包括扇形抛物面镜和氘灯光源，扇形抛物面镜安装在探头末端对应的控制柜内，氘灯光源安装在扇形抛物面镜的前端，其发出紫外-可见光束，投射到扇形抛物面镜上，经过扇形抛物面镜的反射，准直为水平光束，入射到探头内的平镜，由凸透镜汇聚；
校准器由反光镜、校准池和气池组成，反光镜安装在探头末端对应的控制柜内，与探头成45度角，校准池内安装气池，反光镜位于气池上方，反光镜反射扇形抛物面镜发出的光束到气池内，气池为圆筒状，上端安装平镜，下端安装凸透镜，气池的侧壁设有进气孔和排气孔，进气孔与标准气体连接，气池的底部安装凸透镜管，通过光纤连接光谱仪。
2.如权利要求1所述的一种具有在线校准光路的直插式烟气紫外差分探头，其特征在于：所说的校准池外安装温控器，校准池内安装加热片，与温控器连接。
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