CN205879777U - 一种基于腔减相移光谱技术的大气中no2浓度测量装置 - Google Patents

一种基于腔减相移光谱技术的大气中no2浓度测量装置 Download PDF

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郭杰
于志伟
唐怀武
陈德云
杨凯
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Abstract

本实用新型公开了一种基于腔减相移光谱技术的大气中NO2浓度测量装置，包括LED、平凸透镜、谐振腔、干涉滤光片、光电倍增管、三通气阀、隔膜泵、LED调制模块、锁相放大器、前置放大器、数据处理模块和过滤器，LED与LED调制模块连接，LED调制模块与锁相放大器连接，LED上设置有射光口，光电倍增管与前置放大器连接，前置放大器与锁相放大器连接，锁相放大器与数据处理模块连接。在吸收池的入光端与出光端之间连接有三通气阀和隔膜泵。该基于腔减相移光谱技术的大气中NO2浓度测量装置结构简单、灵敏度高、稳定性好，可以非常准确快速地检测出空气气溶胶消光系数，并实现实时监控。

Description

一种基于腔减相移光谱技术的大气中NO2浓度测量装置
技术领域
本实用新型属于光谱检测技术领域，更具体地说涉及一种基于腔减相移光谱技术的大气中NO2浓度测量装置。
背景技术
大气氮氧化物排放会造成多种环境影响和给人体健康带来危害，主要表现在以下方面：直接造成的污染及其引起的臭氧污染、酸沉降、颗粒物污染和水体富营养化二次污染问题。氮氧化物是生成臭氧的重要物质之一，与城市臭氧浓度和光化学污染紧密相关。同时，氮氧化物还是城市细粒子污染的主要来源，成为我国大中城市普遍存在较为严重的大气颗粒物污染、特别是区域细粒子污染和灰霾的重要根源。
目前，用于测量大气中NO2浓度主要以传统分析方法为主，传统的气体分析方法多采用人工采样法，即人工在现场装置上采样后送到化验室进行分析，其局限性有以下几点：（1）不及时，采样现场与测量分析异地运行，运送需要大量时间、采样、制备样品又消耗较多时间，导致测量结果不是不可靠；（2）不准确；（3）不可能，某些情况下（如高温、高压）是不可能或不允许采样的。
实用新型内容
本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于腔减相移光谱技术的大气中NO2浓度测量装置。
本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
本实用新型包括LED、平凸透镜、谐振腔、干涉滤光片、光电倍增管、三通气阀、隔膜泵、LED调制模块、锁相放大器、前置放大器、数据处理模块和过滤器，所述LED与LED调制模块连接，所述LED调制模块与锁相放大器连接，所述谐振腔左右两端分别设置有入光端和出光端，所述LED上设置有射光口，所述平凸透镜设置在LED的射光口与谐振腔的入光端之间，所述干涉滤光片设置在谐振腔的出光端与光电倍增管之间，所述光电倍增管与前置放大器连接，所述前置放大器与锁相放大器连接，所述锁相放大器与数据处理模块连接。
进一步，在所述谐振腔的入光端与出光端之间连接有三通气阀和隔膜泵，所述谐振腔两端设置有进气口和排气口，所述进气口设置在靠近入光口一端，所述排气口设置在靠近出光口一端，所述三通气阀与进气口连接，所述隔膜泵与排气口连接。
优选地，所述LED调制模块，其具体包括信号发生器和LED驱动器，信号发生器提供方波信号加载在LED驱动器上，LED驱动器输出加载在LED上。
优选地，所述三通气阀左右两端分别设置有N2进气口和大气进气口。
优选地，所述数据处理模块，其具体包括相移解调器和处理器。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型是一种基于腔减相移光谱技术的大气中NO2浓度测量装置，与现有技术相比，本实用新型的基于腔减相移光谱技术的大气中NO2浓度测量装置结构简单、灵敏度高、稳定性好，可以非常准确快速地检测出大气中NO2浓度，并实现实时监控。
附图说明
图1是本实用新型所述一种基于腔减相移光谱技术的大气中NO2浓度测量装置的结构示意图。
图中：包括1-LED、2-平凸透镜、3-谐振腔、4-干涉滤光片、5-光电倍增管、6-三通气阀、7-隔膜泵、8-LED调制模块、9-锁相放大器、10-前置放大器、11-数据处理模块、12-过滤器、111-射光口、31-入光端、32-出光端、61-N2进气口、62-大气进气口、81-信号发生器、82-LED驱动器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
如图1所示，使用该NO2浓度测量装置时，首先打开微型隔膜泵7和三通气阀6的N2进气口，通入N2清洗谐振腔6内残留的其它气体。LED1中心波长为约为430nm，NO2气体在430nm附近吸收强、没干扰。LED1经LED调制模块8驱动发光，发光稳定后，经过平凸透镜2聚焦耦合入射进谐振腔3，经过谐振腔3透射出来的光再经过干涉滤光片4滤光，透过干涉滤光片4的光被光电倍增管5接收，光电倍增管5将接收到的光信号转化为电信号，转化后的电信号传输至前置放大器10中，前置放大器输出与锁相放大器9的输入接口相连。
同时，LED调制模块8输出的同步信号加载在锁相放大器9上，作为锁相放大器9的参考信号。锁相放大器9将光电倍增管5探测到信号和LED调制模块8提供的同步信号进行解调，解调出谐振腔充入N2的相移大小，并用数据处理模块11采集相移值。
接着，三通气阀6打开大气通气口关闭N2进气口，大气经过过滤器12，过滤掉了大气中气溶胶粒子，被过滤的大气进入谐振腔３，经过上述同样的过程，在锁相放大器9中，解调出谐振腔3充入被过滤的大气时，光电倍增管5探测到信号与LED调制模块8提供的同步信号的相移大小。最后数据处理模块11处理两次获得数据，并显示出当前大气中NO2浓度数值大小。
本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于腔减相移光谱技术的大气中NO2浓度测量装置，其特征在于：包括LED、平凸透镜、谐振腔、干涉滤光片、光电倍增管、三通气阀、隔膜泵、LED调制模块、锁相放大器、前置放大器、数据处理模块和过滤器，所述LED与LED调制模块连接，所述LED调制模块与锁相放大器连接，所述谐振腔左右两端分别设置有入光端和出光端，所述LED上设置有射光口，所述平凸透镜设置在LED的射光口与谐振腔的入光端之间，所述干涉滤光片设置在谐振腔的出光端与光电倍增管之间，所述光电倍增管与前置放大器连接，所述前置放大器与锁相放大器连接，所述锁相放大器与数据处理模块连接；
在所述吸收池的入光端与出光端之间连接有三通气阀和隔膜泵，所述吸收池两端设置有进气口和排气口，所述进气口设置在靠近入光口一端，所述排气口设置在靠近出光口一端，所述三通气阀与进气口连接，所述隔膜泵与排气口连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于腔减相移光谱技术的大气中NO2浓度测量装置，其特征在于：所述LED调制模块，其具体包括信号发生器和LED驱动器，信号发生器提供方波信号加载在LED驱动器上，LED驱动器输出加载在LED上。
3.根据权利要求1所述的一种基于腔减相移光谱技术的大气中NO2浓度测量装置，其特征在于：所述三通气阀左右两端分别设置有N2进气口和空气进气口。
4.根据权利要求1所述的一种基于腔减相移光谱技术的大气中NO2浓度测量装置，其特征在于：所述数据处理模块，其具体包括相移解调器和处理器。
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