CN208171856U - 一种污染物含量检测装置和船舶排放污染气体分析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种污染物含量检测装置和船舶排放污染气体分析系统，包括：光源，第一准直光路、气体吸收池、第二准直光路、光纤、光谱仪；光源用于发射特定波长的光；第一准直光路用于将光源发出的光进行准直处理，得到准直处理之后的光；气体吸收池用于通过待测气体对准直处理之后的光进行吸收，得到第一光信号；第二准直光路用于对第一光信号进行聚焦，得到第二光信号；光纤用于将第二光信号传送至光谱仪；光谱仪用于将第二光信号进行分光，并将分光后的第二光信号转换为电信号，并对电信号进行模数转换，得到模数转换结果，进而确定待测气体中污染物的含量。本实用新型解决了现有技术中污染物含量检测装置无法对待测气体中污染物的含量进行精准测量的技术问题。

Description

一种污染物含量检测装置和船舶排放污染气体分析系统

技术领域

本实用新型涉及污染气体检测技术领域，尤其是涉及一种污染物含量检测装置和船舶排放污染气体分析系统。

背景技术

大气污染是指大气中一些物质的含量达到有害的程度以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件，对人或物造成危害的现象，通常所说的大气污染指的是人类活动向大气输送的污染物所造成的大气污染现象。常见的大气污染物主要为硫氧化物、氮氧化物、颗粒物和二氧化碳，前三种是大气的主要污染源，二氧化碳则属于温室气体。

现有的污染物检测装置通常使用各种传感器来实现污染物的检测。使用传感器的一个缺点是，要在各个检测点布设很多的传感器，且大多数传感器仅能检测一种污染物。使用传感器的另外一个缺点是，传感器容易受到外界环境的干扰，导致现有的污染物检测装置的检测精度较低，且现有的污染物检测装置只能对污染物进行定性测量，而无法确定污染物的具体含量。

大气的人为污染主要包括以下几种活动：燃料燃烧，工业生产过程的排放，交通运输过程的排放和农业活动的排放，其中，交通运输过程的排放还包括汽车、船舶、飞机等交通工具尾气的排放。特别是随着船舶大气污染的日益严重，在港口、海峡和一些航线密集、船舶流量大的海区，船舶气体排放已经成为主要的污染源。增强船舶大气污染防治意识，控制我国船舶硫氧化物、氮氧化物和颗粒物排放，改善我国沿海和沿河区域特别是港口城市的环境空气质量已经刻不容缓。但是，现在市面上的污染物检测装置中暂时还没有针对船舶污染物排放进行连续检测的检测装置。

针对以上问题，还未提出有效解决方案。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种污染物含量检测装置和船舶排放污染气体分析系统，以解决现有技术中污染物含量检测装置无法对待测气体中污染物的含量进行精准测量的技术问题。

根据本实用新型实施例，提供了一种污染物含量检测装置，所述装置包括：光源，第一准直光路、气体吸收池、第二准直光路、光纤、光谱仪；其中，所述光源与所述第一准直光路相连接，所述第一准直光路和所述第二准直光路设置在所述气体吸收池的两端，所述光纤与所述第二准直光路相连接，所述光谱仪与所述光纤相连接；所述光源用于发射特定波长的光；所述第一准直光路用于将所述光源发出的光进行准直处理，得到准直处理之后的光；所述气体吸收池用于通过待测气体对所述准直处理之后的光进行吸收，得到第一光信号；所述第二准直光路用于对所述第一光信号进行聚焦，得到第二光信号；所述光纤用于将所述第二光信号传送至所述光谱仪；所述光谱仪用于将所述第二光信号进行分光，并将分光后的所述第二光信号转换为电信号，并对所述电信号进行模数转换，得到模数转换结果，其中，所述模数转换结果用于确定所述待测气体中污染物的含量。

进一步地，所述第一准直光路包括：准直透镜，所述准直透镜用于将所述光源发出的光进行准直处理，得到准直处理之后的光。

进一步地，所述第二准直光路包括：聚焦透镜，所述聚焦透镜用于对所述第一光信号进行聚焦，得到第二光信号。

进一步地，所述装置还包括：上位机和光纤接收端，其中，所述上位机与所述光谱仪相连接，用于将进行模数转换后的所述电信号进行浓度处理，得到所述待测气体中的污染物的含量，所述光纤接收端设置于所述第二准直光路和所述光纤之间，用于接收所述第二光信号。

进一步地，所述光谱仪包括：模数转换器，所述模数转换器用于对所述电信号进行模数转换。

根据本实用新型实施例，还提供了一种船舶排放污染气体分析系统，所述分析系统包括：上述污染物含量检测装置，还包括：温度压力检测装置和净化空气吹扫装置；所述温度压力检测装置和所述净化空气吹扫装置设置于所述污染物含量检测装置的气体吸收池内；所述污染物含量检测装置用于测量待测气体中污染物的含量；所述温度压力检测装置用于测量所述待测气体的温度值和/或压力值；所述净化空气吹扫装置用于对所述气体吸收池中的光学仪器进行灰尘吹扫。

进一步地，所述温度压力检测装置包括：温度传感器和压力传感器，其中，所述温度传感器用于测量所述待测气体的温度值，所述压力传感器用于测量所述待测气体的压力值。

进一步地，所述系统还包括：定时器，所述定时器用于控制所述净化空气吹扫装置定时对所述气体吸收池中的光学仪器进行灰尘吹扫。

进一步地，所述分析系统还包括：气泵，其中，所述气泵设置于所述污染物含量检测装置中的气体吸收池之外，并与所述气体吸收池相连接；所述气泵用于将预处理后的待测气体充入所述气体吸收池中，其中，所述预处理为对所述待测气体进行除尘除湿处理。

进一步地，所述系统还包括：除尘除湿装置，其中，所述除尘除湿装置设置于所述污染物含量检测装置中的气体吸收池之外，并与所述气泵相连接，用于对所述待测气体进行除尘和除湿处理。

本实用新型提供了一种污染物含量检测装置，包括：光源，第一准直光路、气体吸收池、第二准直光路、光纤、光谱仪；光源用于发射特定波长的光；第一准直光路用于将光源发出的光进行准直处理，得到准直处理之后的光；气体吸收池用于通过待测气体对准直处理之后的光进行吸收，得到第一光信号；第二准直光路用于对第一光信号进行聚焦，得到第二光信号；光纤用于将第二光信号传送至光谱仪；光谱仪用于将第二光信号进行分光，并将分光后的第二光信号转换为电信号，并对电信号进行模数转换，得到模数转换结果，其中，模数转换结果用于确定待测气体中污染物的含量。

通过上述描述可知，光源，第一准直光路、气体吸收池、第二准直光路、光纤和光谱仪对光信号的处理过程即为差分吸收光谱技术。该差分吸收光谱技术通过确定光源发射的光信号经过待测气体之后被吸收的部分来确定待测气体中污染物的种类和含量。因此，相对于现有的污染物检测技术，通过该方式能够更加准确的确定出待测气体中污染物的种类和含量，进而解决了现有技术中污染物含量检测装置无法对待测气体中污染物的含量进行精准测量的技术问题，实现了通过待测气体中的污染物对光的吸收来确定对待测气体中的污染物含量的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例提供的一种污染物含量检测装置的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例提供的一种船舶排放污染气体分析系统的结构图；

图3是根据本实用新型实施例提供的温度压力检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一：

图1是根据本实用新型实施例提供的一种污染物含量检测装置的结构示意图，如图1所示，该污染物含量检测装置包括：光源101，第一准直光路102、气体吸收池103、第二准直光路104、光纤105、光谱仪106；其中，光源101与第一准直光路102相连接，第一准直光路102和第二准直光路104设置在气体吸收池103的两端，光纤105与第二准直光路104相连接，光谱仪106与光纤105相连接。

具体地，光源101用于发射特定波长的光；第一准直光路102用于将光源101发出的光进行准直处理，得到准直处理之后的光；气体吸收池103用于通过待测气体对准直处理之后的光进行吸收，得到第一光信号；第二准直光路104用于对第一光信号进行聚焦，得到第二光信号；光纤105用于将第二光信号传送至光谱仪106；光谱仪106用于将第二光信号进行分光，并将分光后的第二光信号转换为电信号，并对电信号进行模数转换，得到模数转换结果，其中，模数转换结果用于确定待测气体中污染物的含量。

在本实用新型中，通过光源发射特定波长的光；通过第一准直光路将光源发出的光进行准直处理，得到准直处理之后的光；通过气体吸收池中的待测气体对准直处理之后的光进行吸收，得到第一光信号；通过第二准直光路对第一光信号进行聚焦，得到第二光信号；通过光纤将第二光信号传送至光谱仪；通过光谱仪将第二光信号进行分光，并将分光后的第二光信号转换为电信号，并对电信号进行模数转换，得到模数转换结果，其中，模数转换结果用于确定待测气体中污染物的含量。本实用新型解决了现有技术中污染物含量检测装置无法对待测气体中污染物的含量进行精准测量的技术问题，实现了通过待测气体中的污染物对光的吸收来确定对待测气体中的污染物含量的技术效果。

具体地，第一准直光路102包括：准直透镜，准直透镜用于将光源发出的光进行准直处理，得到准直处理之后的光。

具体地，第二准直光路104包括：聚焦透镜，聚焦透镜用于对第一光信号进行聚焦，得到第二光信号。

在一个可选的实施方式中，如图1所示，该污染物含量检测装置还包括：上位机107和光纤接收端108，其中，上位机107与光谱仪106相连接，用于将进行模数转换后的电信号进行浓度处理，得到待测气体中的污染物的含量，光纤接收端108设置于第二准直光路104和光纤105之间，用于接收第二光信号。

具体地，光谱仪106包括：模数转换器，模数转换器用于对电信号进行模数转换。

在本实用新型实施例中，光源101发射出特定波长的光，第一准直光路102中的准直透镜将光源101发出的光进行准直处理后进入气体吸收池103中，此时，气体吸收池中装有待测气体。气体吸收池103中的待测气体对进入其中的准直处理之后的光进行吸收，得到第一光信号，第一光信号从气体吸收池103的另一端射出，经第二准直光路104中的聚焦透镜的聚焦，得到第二光信号，随后，第二光信号被光纤接收端108所接收，通过光纤105的传送，进入光谱仪106。光谱仪106将第二光信号进行分光，并将分光后的第二光信号转换为电信号，光谱仪106中的数模转换器对电信号进行模数转换，得到模数转换结果，进而通过模数转换结果确定待测气体中污染物的含量。

在本实用新型实施例中，光谱仪106与上位机107相连接，在光谱仪106得到数模转换结果后，会将该数模转换结果以电信号的形式传送至上位机107中，上位机107在得到该数模转换结果后会进行浓度处理，得到待测气体中的污染物的含量。

在本实用新型中，上位机对光谱仪传送来的数模转换结果进行处理，具体描述如下：

首先，上位机显示出数模转换结果相对应波段的光谱图；然后，上位机基于光谱图中包含的待测气体的吸收特征确定待测气体中的污染物的含量。

在本实用新型实施例中，由于污染气体(即，上述待测气体)中的污染物可以吸收特定波长的光，且光的吸收与污染物浓度呈正比，因此，只要将光源发出的特定波长的光通过气体吸收池，气体吸收池中污染气体中的污染物会将光吸收一部分，且光的吸收量与污染气体中污染物的浓度呈正比。当被污染气体吸收过的光通过聚焦透镜的聚焦进入光纤后，再通过光纤被送入光谱仪中进行分光和数模转换，进而将数模转换结果送入计算机(即，上述上位机)中。计算机会将数模转换结果显示出相对应波段的光谱图，然后基于光谱图中包含的污染气体的吸收特征确定污染气体中的污染物的含量。

在本实用新型中，气体吸收池中污染气体对光的吸收所采用的是DOAS(Differential Optical Absorption Spectroscopy，差分吸收光谱技术)技术。DOAS技术是一种光谱监测技术，其基本原理就是利用空气中的气体分子的窄带吸收特性来鉴别气体成分，并根据窄带吸收强度来推演出微量气体的浓度。本实用新型利用该技术来检测出污染气体中污染物的浓度。

具体地，差分吸收光谱技术的基本思想是：由气体分子吸收引起的光学厚度的变化是随着光的波长变化而快速变化的，而由瑞利散射和米氏散射引起的光学厚度的变化是随着波长变化而缓慢变化的。因此，可以将分子引起的光谱快波变化部分称为“窄带”部分，对应于频率中的高频部分，将瑞利散射和米氏散射引起的光谱慢波变化部分称为“宽带”部分，对应于频率中的低频部分，采用高通滤波器可以将“窄带”部分的光谱分离出来。进而通过对分离出来的“窄带”部分的光谱进行分析，得到吸收该部分光照的气体含量。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，光源发出的光为紫外可见光，采用紫外可见连续光谱技术，可以检测到SO₂、NO、NO₂等具有窄带特征吸收的气体分子，而污染气体中污染物的主要成分正是SO₂、NO、NO₂等，因此可以实现本实用新型上述的检测装置的功能。

本实用新型提供了一种污染物含量检测装置，包括：光源，第一准直光路、气体吸收池、第二准直光路、光纤、光谱仪；光源用于发射特定波长的光；第一准直光路用于将光源发出的光进行准直处理，得到准直处理之后的光；气体吸收池用于通过待测气体对准直处理之后的光进行吸收，得到第一光信号；第二准直光路用于对第一光信号进行聚焦，得到第二光信号；光纤用于将第二光信号传送至光谱仪；光谱仪用于将第二光信号进行分光，并将分光后的第二光信号转换为电信号，并对电信号进行模数转换，得到模数转换结果，其中，模数转换结果用于确定待测气体中污染物的含量。本实用新型解决了现有技术中污染物含量检测装置无法对待测气体中污染物的含量进行精准测量的技术问题，实现了通过待测气体中的污染物对光的吸收来确定对待测气体中的污染物含量的技术效果。

实施例二：

根据本实用新型实施例，还提供了一种船舶排放污染气体分析系统，图2是根据本实用新型实施例提供的一种船舶排放污染气体分析系统的结构图，如图2所示，该分析系统包括：上述实施例一中所述的污染物含量检测装置100，还包括：温度压力检测装置200和净化空气吹扫装置300；温度压力检测装置200和净化空气吹扫装置300设置于污染物含量检测装置100的气体吸收池内。

具体地，污染物含量检测装置100用于测量待测气体中污染物的含量；温度压力检测装置200用于测量待测气体的温度值和/或压力值；净化空气吹扫装置300用于对气体吸收池中的光学仪器进行灰尘吹扫。

在本实用新型实施例中，通过利用特定波长的光被待测目标气体中的污染物进行吸收，且光的吸收与污染物浓度成正比的原理，实现了对污染气体中的污染物浓度进行测量的技术效果，从而缓解了传统的污染物检测装置无法对船舶的排放气体中的污染物含量进行精准检测的技术问题。

图3是根据本实用新型实施例提供的温度压力检测装置的结构示意图。

具体地，如图3所示，温度压力检测装置200包括：温度传感器201和压力传感器202，其中，温度传感器201用于测量待测气体的温度值，压力传感器202用于测量待测气体的压力值。

具体地，该船舶排放污染气体分析系统还包括：定时器，定时器用于控制净化空气吹扫装置300定时对气体吸收池中的光学仪器进行灰尘吹扫。

在本实用新型实施例中，为了确保测量精度，需要对气体吸收池中的光学部分(即，上述光学仪器)进行灰尘等污染物的吹扫。定时器的作用在于可以控制净化空气吹扫装置的开启时间，根据预设时间间隔，可以每隔固定预设时间开启，对气体吸收池中的光学仪器进行灰尘等污染物的吹扫。

在一个可选的实施方式中，如图2所示，该船舶排放污染气体分析系统还包括：气泵400，其中，气泵设置于污染物含量检测装置100中的气体吸收池之外，并与气体吸收池相连接；气泵用于将预处理后的待测气体充入气体吸收池中，其中，预处理为对待测气体进行除尘除湿处理。

具体地，如图3所示，该船舶排放污染气体分析系统还包括：除尘除湿装置500，其中，除尘除湿装置500设置于污染物含量检测装置100中的气体吸收池之外，并与气泵400相连接，用于对待测气体进行除尘和除湿处理。

在本实用新型实施例中，如图2和图3所示，船舶排放的污染气体(即，上述待测气体)经过除尘除湿装置500的预处理之后，通过气泵400进入气体吸收池。温度压力传感器检测装置200中的温度传感器201和压力传感器202分别对气体吸收池中的污染气体进行温度和压力的测量；污染物含量检测装置100通过读取气体吸收池中污染气体的光谱，计算污染气体中污染物的含量。净化空气吹扫装置300通过定时器的控制定时开启，对气体吸收池中的光学部分(即，上述光学仪器)进行灰尘等污染物的吹扫，确保测量精度。

本实用新型提供了一种船舶排放污染气体分析系统，包括：污染物含量检测装置，温度压力检测装置和净化空气吹扫装置；温度压力检测装置和净化空气吹扫装置设置于污染物含量检测装置的气体吸收池内。本实用新型解决了现有技术中污染物含量检测装置无法对待测气体中污染物的含量进行精准测量的技术问题，实现了通过待测气体中的污染物对光的吸收来确定对待测气体中的污染物含量的技术效果。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种污染物含量检测装置，其特征在于，所述装置包括：光源，第一准直光路、气体吸收池、第二准直光路、光纤、光谱仪；其中，所述光源与所述第一准直光路相连接，所述第一准直光路和所述第二准直光路设置在所述气体吸收池的两端，所述光纤与所述第二准直光路相连接，所述光谱仪与所述光纤相连接；

所述光源用于发射特定波长的光；所述第一准直光路用于将所述光源发出的光进行准直处理，得到准直处理之后的光；所述气体吸收池用于通过待测气体对所述准直处理之后的光进行吸收，得到第一光信号；所述第二准直光路用于对所述第一光信号进行聚焦，得到第二光信号；所述光纤用于将所述第二光信号传送至所述光谱仪；所述光谱仪用于将所述第二光信号进行分光，并将分光后的所述第二光信号转换为电信号，并对所述电信号进行模数转换，得到模数转换结果，其中，所述模数转换结果用于确定所述待测气体中污染物的含量。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一准直光路包括：准直透镜，所述准直透镜用于将所述光源发出的光进行准直处理，得到准直处理之后的光。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二准直光路包括：聚焦透镜，所述聚焦透镜用于对所述第一光信号进行聚焦，得到第二光信号。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：上位机和光纤接收端，其中，所述上位机与所述光谱仪相连接，用于将进行模数转换后的所述电信号进行浓度处理，得到所述待测气体中的污染物的含量，所述光纤接收端设置于所述第二准直光路和所述光纤之间，用于接收所述第二光信号。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光谱仪包括：模数转换器，所述模数转换器用于对所述电信号进行模数转换。

6.一种船舶排放污染气体分析系统，其特征在于，所述分析系统包括：上述权利要求1至5中任一项所述的污染物含量检测装置，还包括：温度压力检测装置和净化空气吹扫装置；所述温度压力检测装置和所述净化空气吹扫装置设置于所述污染物含量检测装置的气体吸收池内；

所述污染物含量检测装置用于测量待测气体中污染物的含量；

所述温度压力检测装置用于测量所述待测气体的温度值和/或压力值；

所述净化空气吹扫装置用于对所述气体吸收池中的光学仪器进行灰尘吹扫。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述温度压力检测装置包括：温度传感器和压力传感器，其中，所述温度传感器用于测量所述待测气体的温度值，所述压力传感器用于测量所述待测气体的压力值。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：定时器，所述定时器用于控制所述净化空气吹扫装置定时对所述气体吸收池中的光学仪器进行灰尘吹扫。

9.根据权利要求6所述的分析系统，其特征在于，所述分析系统还包括：气泵，其中，所述气泵设置于所述污染物含量检测装置中的气体吸收池之外，并与所述气体吸收池相连接；所述气泵用于将预处理后的待测气体充入所述气体吸收池中，其中，所述预处理为对所述待测气体进行除尘除湿处理。

10.根据权利要求9所述的分析系统，其特征在于，所述系统还包括：除尘除湿装置，其中，所述除尘除湿装置设置于所述污染物含量检测装置中的气体吸收池之外，并与所述气泵相连接，用于对所述待测气体进行除尘和除湿处理。