CN213456643U - 基于紫外doas差分吸收光谱技术的尾气遥测装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于紫外DOAS差分吸收光谱技术的尾气遥测装置，该尾气遥测装置包括氘灯、第一光纤跳线、第一离轴抛物镜、第一气室、反射镜、第二气室、第二离轴抛物镜和第二光纤跳线。本实用新型使用双气室设计，满足了NO和CH两种气体不同量程和检测下限的要求，在量程范围内，使检测准确性更高，检测下限更低；反射单元采用单透镜设计，减少元器件，增强设备稳定性；发射离轴抛物镜和接收离轴抛物镜之间有一定角度，可以实现远端单反射镜反射。
Description
技术领域
本实用新型属于尾气遥测领域，具体涉及一种基于紫外DOAS差分吸收光谱技术的尾气遥测装置。
背景技术
随着我国机动车排放标准逐步升级，有效降低机动车尾气排放对环境空气质量的污染，发现并治理高排放的车辆，对于改善城市空气质量状况是非常必要的。现有的监测手段包括年检和日常的路检和巡检，同时基于光学技术的尾气遥测产品也有很多。
机动车尾气中常规的监测污染物是CO、CO2、NO和CH，其中NO和HC，可以使用的方案包括TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，可调谐半导体激光吸收光谱)技术和DOAS(Differential Optical Absorption Spectroscopy，差分吸收光谱)技术，其中TDLAS技术所需的中红外量子级联激光器成本非常高，不利于产品的大范围销售推广。DOAS技术主要使用紫外DOAS差分吸收光谱技术。
目前，现有技术存在如下技术缺陷：
(1)紫外DOAS差分吸收光谱技术中的光源主要为闪烁氙灯和氘灯。闪烁氙灯为脉冲工作，且脉冲间隔过长，无法实现机动车尾气的实时遥测；氘灯为连续工作，但氘灯寿命较短，在实际使用中需要经常更换光源，重新调试光路，给设备的维护带来了困难。
(2)紫外DOAS差分吸收光谱技术中的气室使用单一气室，无法满足对不同气体不同量程的同时测量，且使用光学元器件过多，带来了更多的不稳定因素。
(3)紫外DOAS差分吸收光谱技术中的光谱仪为常规光谱仪，在紫外波段的响应不是很灵敏，影响测量的准确度和检测下限。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的主要目的之一在于提出一种基于紫外DOAS差分吸收光谱技术的尾气遥测装置，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种基于紫外DOAS差分吸收光谱技术的尾气遥测装置，包括氘灯、第一光纤跳线、第一离轴抛物镜、第一气室、反射镜、第二气室、第二离轴抛物镜和第二光纤跳线；
其中，氘灯发射出的紫外光经过第一光纤跳线传输到第一离轴抛物镜后变为平行光出射，进入第一气室后在空间传输一定距离并经过反射镜反射形成反射光；反射光在空间传输一定距离后经过第二气室后入射到第二离轴抛物镜的反射面，由第二离轴抛物镜反射后的反射光聚焦到第二光纤跳线，并由第二光纤跳线传输到光谱仪中进行计算。
基于上述技术方案可知，本实用新型的基于紫外DOAS差分吸收光谱技术的尾气遥测装置相对于现有技术至少具有以下优势之一：
(1)光源端：使用光纤耦合氘灯，在光源寿命到期时，易于更换，且无需重新调试光路；对氘灯供电电源进行了改进，使其工作寿命大大增加；
(2)气室端：使用双气室设计，满足了NO和CH两种气体不同量程和检测下限的要求，在量程范围内，使检测准确性更高，检测下限更低；反射单元采用单透镜设计，减少元器件，增强设备稳定性；发射离轴抛物镜和接收离轴抛物镜之间有一定角度，可以实现远端单反射镜反射；
(3)光谱仪端：使用紫外DOAS差分吸收光谱技术专用光纤光谱仪，采用温度控制系统可以提高光纤光谱仪的稳定性和重复性；采用紫外增强技术可以提高光纤光谱仪对紫外光的检测下限；更适用于使用紫外DOAS差分吸收光谱技术的特殊应用场景，如超低量程测量和开放光程测量。
附图说明
图1是本实用新型实施例中基于紫外DOAS差分吸收光谱技术的尾气遥测装置结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。
本实用新型公开了一种基于紫外DOAS差分吸收光谱技术的尾气遥测装置，其特征在于，包括氘灯、第一光纤跳线、第一离轴抛物镜、第一气室、反射镜、第二气室、第二离轴抛物镜和第二光纤跳线；
其中，氘灯发射出的紫外光经过第一光纤跳线传输到第一离轴抛物镜后变为平行光出射，进入第一气室后在空间传输一定距离并经过反射镜反射形成反射光；反射光在空间传输一定距离后经过第二气室后入射到第二离轴抛物镜的反射面，由第二离轴抛物镜反射后的反射光聚焦到第二光纤跳线，并由第二光纤跳线传输到光谱仪中进行计算。
在本实用新型的一些实施例中，所述第一光纤跳线的端面设置在第一离轴抛物镜的焦点位置。
在本实用新型的一些实施例中，所述第二光纤跳线的端面设置在第二离轴抛物镜的焦点位置。
在本实用新型的一些实施例中，所述第一气室的长度大于第二气室的长度。
在本实用新型的一些实施例中，所述第一离轴抛物镜和水平方向夹角为0.1至0.3度。
在本实用新型的一些实施例中，所述第二离轴抛物镜和水平方向夹角为-0.1至-0.3度。
在本实用新型的一些实施例中，所述氘灯为光纤耦合氘灯。
在本实用新型的一些实施例中，所述氘灯的电源工作电流为150至300mA。
在本实用新型的一些实施例中，所述第一气室中充入CH气体，第二气室中充入NO气体。
以下通过具体实施例结合附图对本实用新型的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本实用新型的保护范围并不限于此。
如图1所示，为本实施例的基于紫外DOAS差分吸收光谱技术的尾气遥测装置结构示意图，氘灯电源4为氘灯3供电，使其发射紫外光并通过第一光纤跳线2传输入射到第一离轴抛物镜1的反射面，第一光纤跳线2的端面位于第一离轴抛物镜1的焦点位置，由第一离轴抛物镜1反射后的光变为平行光出射，平行光通过第一气室5后在空间传输，在反射端由反射镜6反射，反射光在空间传输并通过第二气室7后入射到第二离轴抛物镜10的反射面，第二光纤跳线9的端面位于第二离轴抛物镜10的焦点位置，由第二离轴抛物镜10反射后的反射光聚焦到第二光纤跳线9并由第二光纤跳线9传输到光谱仪8中，由光谱仪8进行NO和HC的浓度计算。第一气室5中充入CH气体，第二气室7中充入NO气体，第一气室5和第二气室7为浓度标定时使用。
氘灯3为光纤耦合氘灯。氘灯电源4对氘灯工作电流进行了重新设计，为150mA。
气室为双气室，一个长第一气室5，一个短第二气室7。长第一气室5长度250mm，短第二气室7长度80mm。第一离轴抛物镜1和第二离轴抛物镜10之间有一定角度，第一离轴抛物镜1和水平方向夹角0.15°，第二离轴抛物镜10和水平方向夹角-0.15°，可以达到使用单反射镜使光束折返。
光谱仪为紫外DOAS差分吸收光谱技术专用光纤光谱仪。
此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)氘灯电源4的工作电流可以是150～300mA之间的任一数值；
(2)长第一气室5和短第二气室7的长度可以根据实际情况调整；
(3)第一离轴抛物镜1和水平方向的夹角以及第二离轴抛物镜10和水平方向的夹角，需要根据遥测距离进行调整，例如第一离轴抛物镜1和水平方向的夹角为0.1-0.3°；第二离轴抛物镜10和水平方向的夹角为-0.1～-0.3°。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围；
(2)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于紫外DOAS差分吸收光谱技术的尾气遥测装置，其特征在于，包括氘灯、第一光纤跳线、第一离轴抛物镜、第一气室、反射镜、第二气室、第二离轴抛物镜和第二光纤跳线；
其中，氘灯发射出的紫外光经过第一光纤跳线传输到第一离轴抛物镜后变为平行光出射，进入第一气室后在空间传输一定距离并经过反射镜反射形成反射光；反射光在空间传输一定距离后经过第二气室后入射到第二离轴抛物镜的反射面，由第二离轴抛物镜反射后的反射光聚焦到第二光纤跳线，并由第二光纤跳线传输到光谱仪中进行计算。
2.根据权利要求1所述的尾气遥测装置，其特征在于，
所述第一光纤跳线的端面设置在第一离轴抛物镜的焦点位置。
3.根据权利要求1所述的尾气遥测装置，其特征在于，
所述第二光纤跳线的端面设置在第二离轴抛物镜的焦点位置。
4.根据权利要求1所述的尾气遥测装置，其特征在于，
所述第一气室的长度大于第二气室的长度。
5.根据权利要求1所述的尾气遥测装置，其特征在于，
所述第一离轴抛物镜和水平方向夹角为0.1至0.3度。
6.根据权利要求1所述的尾气遥测装置，其特征在于，
所述第二离轴抛物镜和水平方向夹角为-0.1至-0.3度。
7.根据权利要求1所述的尾气遥测装置，其特征在于，
所述氘灯为光纤耦合氘灯。
8.根据权利要求1所述的尾气遥测装置，其特征在于，
所述氘灯的电源工作电流为150至300mA。
9.根据权利要求1所述的尾气遥测装置，其特征在于，
所述第一气室中充入CH气体，第二气室中充入NO气体。
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