CN109883973A - 一种全空间耦合光路的紫外烟气分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全空间耦合光路的紫外烟气分析仪，包括中央处理模块以及分别与中央处理模块连接的紫外光源和光谱仪；还包括位于紫外光源出光口的准直镜A和位于光谱仪接收光入口的准直镜B；还包括进气管、出气管、腔体I和腔体II，腔体II中设有直角棱镜，进气管和出气管均一端与腔体I连通，另一端与腔体II连通；腔体I还包括进气口和出气口，腔体I的进气口和出气口分别通过气管与外部填充有待测气体的气源连通。本发明整个装置中没有紫外光纤，光耦合效率高，光路的总透过率几乎不随时间、温度变化，确保了测量高的精度，解决了传统紫外气体分析仪光耦合效率不高、紫外光纤易老化、易损坏导致的问题，显著降低了仪器的使用维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种全空间耦合光路的紫外烟气分析仪，属于光学测量领域。
背景技术
紫外烟气分析仪用于测量固定污染源废气中特定气体的浓度，是气态污染物排放总量监管必备的检测设备，也是各类工况企业实现节能减排、回收利用废气的必要仪器。
通常，紫外烟气分析仪由耦合光纤、气室、紫外光源、光谱仪和中央处理模块几个主要部分组成。其中耦合光纤位于紫外光源与气室之间、气室与光谱仪之间，完成紫外光的光能传递功能。耦合光纤通常选用特殊定制的紫外光纤。但是，要将紫外光源的非点光源经过气室，再耦合进入不到100微米的光谱仪狭缝中，在整个光传输路径上，通常需要3只准直器和两根紫外光纤，其光的传输效率通常很低。同时，紫外光纤由于紫外照射而逐步老化，其光路的总透光率会随使用时间增加而不断的下降，最终导致损坏失效，通常的解决方案是定期更换紫外光纤并校准，这严重影响仪器测试精度及寿命，仪器的使用维护成本高。因此一种不需要紫外光纤进行耦合的，基于全空间耦合光路的紫外烟气分析仪的开发很有必要。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种全空间耦合光路的紫外烟气分析仪，该紫外烟气分析仪的光路具有结构简单、光传输效率高、透光率稳定的优点，通过分析烟气的紫外吸收光谱数据，可准确测量出烟气中的气体浓度。
为实现上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
一种全空间耦合光路的紫外烟气分析仪，包括中央处理模块以及分别与中央处理模块连接的紫外光源和光谱仪；还包括位于紫外光源出光口的准直镜A和位于光谱仪接收光入口的准直镜B；还包括进气管、出气管、腔体I和腔体II，腔体II中设有直角棱镜，进气管和出气管均一端与腔体I连通，另一端与腔体II连通；腔体I还包括进气口和出气口，腔体I的进气口和出气口分别通过气管与外部填充有待测气体的气源连通。
其中，腔体I上还设有入光窗口片和出光窗口片，紫外光源的出光口与准直镜A相连，紫外光源的出光口对准入光窗口片，光谱仪的入光口与准直镜B相连，光谱仪的入光口对准出光窗口片。
其中，紫外光源的出光中心与准直镜A、入光窗口片以及进气管同心设置；准直镜B安装在光谱仪的光输入口；准直镜B与出光窗口片以及出气管同心设置。
其中，所述进气管和出气管相互平行设置。
其中，紫外光源发出的紫外光通过准直镜A准直后经空间耦合进入入光窗口片，进气管和出气管中充满待测气体，紫外光穿过待测气体照射到进气管另一端的直角棱镜后被180°反射，反射光通过出气管一端的出光窗口片经空间耦合进入准直镜B，准直镜B汇聚紫外光后进入光谱仪的光入口；光谱仪对进入的紫外光进行光谱分析；中央处理模块接收光谱仪输出的紫外光谱测量数据后计算反演出待测气体浓度。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本发明的紫外烟气分析仪，通过准直镜A直接将紫外光源的光准直进入进气管，同时将出气管输出的紫外光通过准直镜B汇聚后直接进入光谱仪，整个装置中没有紫外光纤，光耦合效率高，光路的总透过率几乎不随时间、温度变化，确保了测量高的精度，解决了传统紫外气体分析仪光耦合效率不高、紫外光纤易老化、易损坏导致的问题，显著降低了仪器的使用维护成本。
附图说明
图1为本发明全空间耦合光路的紫外烟气分析仪的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于此。
如图1所示，本发明全空间耦合光路的紫外烟气分析仪，包括中央处理模块15以及分别与中央处理模块15连接的紫外光源1和光谱仪2；还包括位于紫外光源1发射光出口的准直镜A3和位于光谱仪2接收光入口的准直镜B4；本发明还包括进气管7、出气管8、腔体111和腔体II10，腔体II10中设有直角棱镜9(屋脊棱镜)，进气管7和出气管8均一端与腔体I11连通，另一端与腔体II10连通；腔体I11还包括进气口13和出气口14，腔体I11的进气口13和出气口14分别通过气管与外部填充有待测气体的气源连通；本发明还包括基座12，紫外光源1、准直镜A3、光谱仪2、准直镜B4、腔体I11和腔体II10均安装在基座12上。
腔体I11上还设有入光窗口片5和出光窗口片6，紫外光源1的出光口与准直镜A3相连，紫外光源1的出光口对准入光窗口片5，光谱仪2的入光口与准直镜B4相连，光谱仪2的入光口对准出光窗口片6。紫外光源1的出光中心线与准直镜A3的中心轴线、入光窗口片5的中心线以及进气管7的中心轴线处于同一条水平线上；准直镜B4直接安装在光谱仪2的光输入口；准直镜B4的中心轴线与出光窗口片6的中心线以及出气管8的中心轴线处于同一条水平线上；进气管7和出气管8相互平行设置。
仪器工作时，待测气体通过进气口13引入到进气管7、出气管8以及腔体II10中；中央处理模块15控制紫外光源1发光，紫外光源1发出的紫外光经准直镜A3后，通过空间耦合到入光窗口片5，进气管7和出气管8中充满待测气体，紫外光穿过待测气体照射到进气管7另一端的直角棱镜后被180°反射，反射光通过出气管8一端的出光窗口片6经空间耦合进入准直镜B4，准直镜B4汇聚紫外光后进入光谱仪2的光入口；光谱仪2对接收到的紫外光进行光谱分析，最后将光谱分析数据传给中央处理模块15，中央处理模块15完成待测气体的浓度反演，即中央处理模块15接收光谱仪2输出的紫外光谱测量数据，通过特定算法反演出待测气体浓度。
本发明紫外烟气分析仪没有紫外光纤，光耦合效率高，光路的总透过率几乎不随时间、温度变化，确保了持续测量的高精度，解决了传统紫外气体分析仪光耦合效率不高、由于紫外光纤老化、损坏导致的问题，且显著降低了仪器的使用维护成本；本发明紫外烟气分析仪不仅能够长时间具备高的测量精度，且测量精度能够始终与紫外光纤处于最优性能时的测量效果一致，从而本发明仪器的测量效果稳定可靠。
Claims (5)
1.一种全空间耦合光路的紫外烟气分析仪，其特征在于：包括中央处理模块以及分别与中央处理模块连接的紫外光源和光谱仪；还包括位于紫外光源出光口的准直镜A和位于光谱仪接收光入口的准直镜B；还包括进气管、出气管、腔体I和腔体II，腔体II中设有直角棱镜，进气管和出气管均一端与腔体I连通，另一端与腔体II连通；腔体I还包括进气口和出气口，腔体I的进气口和出气口分别通过气管与外部填充有待测气体的气源连通。
2.根据权利要求1所述的全空间耦合光路的紫外烟气分析仪，其特征在于：腔体I上还设有入光窗口片和出光窗口片，紫外光源的出光口与准直镜A相连，紫外光源的出光口对准入光窗口片，光谱仪的入光口与准直镜B相连，光谱仪的入光口对准出光窗口片。
3.根据权利要求2所述的全空间耦合光路的紫外烟气分析仪，其特征在于：紫外光源的出光中心与准直镜A、入光窗口片以及进气管同心设置；准直镜B安装在光谱仪的光输入口；准直镜B与出光窗口片以及出气管同心设置。
4.根据权利要求2所述的全空间耦合光路的紫外烟气分析仪，其特征在于：所述进气管和出气管相互平行设置。
5.根据权利要求2所述的全空间耦合光路的紫外烟气分析仪，其特征在于：紫外光源发出的紫外光通过准直镜A准直后经空间耦合进入入光窗口片，进气管和出气管中充满待测气体，紫外光穿过待测气体照射到进气管另一端的直角棱镜后被180°反射，反射光通过出气管一端的出光窗口片经空间耦合进入准直镜B，准直镜B汇聚紫外光后进入光谱仪的光入口；光谱仪对进入的紫外光进行光谱分析；中央处理模块接收光谱仪输出的紫外光谱测量数据后计算反演出待测气体浓度。
Applications Claiming Priority (2)
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Citations (5)
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2019
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