CN2508243Y - 长程差分吸收光谱气体污染监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种长程差分吸收光谱气体污染监测装置。它包括探测器和与其电连接的测控器(1),特别是附有光源(5)的望远镜(4)两端的光路上分别置有反射镜(6)、光谱仪(2),所说的光谱仪(2)为壳体(20)上置有入射狭缝(21)、探测器(26),壳体(20)内置有凹面反射镜(27,28)和位于其光路上的平面光栅(23),所说的入射狭缝(21)位于凹面反射镜(28)的焦点处,所说的探测器(26)位于凹面反射镜(27)的焦平面处,所说的光源(5)与测控器(1)电连接。它可实时、连续、长期地同时对多种污染气体进行高精度的监测,可广泛地用于城市大气环境质量、道路上方空气质量、烟囱废气污染物等的自动监测。

Description

长程差分吸收光谱气体污染监测装置

一、技术领域

本实用新型涉及一种长程差分吸收光谱气体污染监测装置。

二、背景技术

大气中的污染气体，如二氧化氮、二氧化硫、臭氧等对人们健康的影响是明显的。目前，人们为了对其进行监测，常使用空气二氧化氮、二氧化硫、臭氧自动监测仪，它由反应物和容器、探测器、测控器(检测、控制、计算、比较等)构成；监测时，仪器先将待测气体与某些物质进行化学反应，以产生电子激发态，再利用其发射出一定波长光的强度与待测气体的浓度成正比的特性，通过测量其的发光强度来反演出待测气体的浓度；如二氧化氮监测仪工作时，先将二氧化氮转化为一氧化氮，再让一氧化氮与臭氧反应产生激发态二氧化氮，该激发态二氧化氮很不稳定，很快回到基态并发射波长范围为600-3000纳米的光，根据测得的该发射光的强度来确定一氧化氮的浓度，最后由一氧化氮浓度推算出二氧化氮浓度；再如臭氧监测仪是基于臭氧与乙烯的气相化学发光反应，产生激发态的甲醇或乙二醇，当激发态分子回到基态发出一定能量的光，所发光的强度与臭氧浓度呈线形关系，从而间接地测出臭氧浓度。也有使用紫外荧光法来监测的，如《环境监测》(奚旦立等主编，高等教育出版社1995年4月第二版，第131-132页)一书中所公开的一种二氧化硫监测仪，它由样品池、紫外光源、探测器构成；监测时，仪器先将二氧化硫通入样品池，然后用紫外光190-300纳米照射，二氧化硫分子吸收紫外光能量后跃迁到激发态，处于激发态的二氧化硫分子回到基态时，发射出波峰为330纳米的紫外荧光，该荧光强度与二氧化硫浓度呈线性关系，进而再推演出二氧化硫的浓度。但是，这些仪器都存在着诸多的不足，首先，每种仪器仅能测量单一种的气体，利用率不高；其次，测量的过程较复杂，仪器的维护工作量大，运行的成本过高；再次，测量的精度不高；第四，测量时要排放出一定量的反应后气体，除工作噪声大外，还对环境有污染；第五，测量的范围小，仪器只能测量安放点处的污染气体浓度值，测量的结果易受污染源的影响，其代表性不强。

三、发明内容

本实用新型要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处而提供一种长程差分吸收光谱气体污染监测装置。

所采用的技术方案包括探测器和与其电连接的测控器，特别是附有光源的望远镜两端的光路上分别置有反射镜、光谱仪，所说的光谱仪为壳体上置有入射狭缝、探测器，壳体内置有凹面反射镜和位于其光路上的平面光栅，所说的入射狭缝位于凹面反射镜的焦点处，所说的探测器位于凹面反射镜的焦平面处，所说的光源与测控器电连接。

作为技术方案的进一步改进，所述的光源为氙灯；所述的反射镜为角反射镜；所述的平面光栅置于电机轴上，所说的电机与测控器电连接；所述的凹面反射镜的焦点处置有平面反射镜，凹面反射镜的焦平面处置有平面反射镜；所述的探测器为电子耦合器件CCD线阵或二极管线阵或光电倍增管线阵；所述的望远镜与光谱仪间经光纤连接。

相对于现有技术，由于装置的构造针对的是利用气体分子对光线的共振吸收来测量其浓度的，即利用光线在大气中传输时，会被大气中各种气体分子不同程度地吸收，使得其光谱在强度和结构上发生变化，不同的气体分子对光线的吸收特性不同，通过检测经过吸收以后的光谱，可演算出所测气体分子的浓度，所以可实时、连续、长期地同时对多种污染气体进行高精度的监测，同时，使用时不需任何辅助气体，也无任何有害气体的产生，且操作简单、维护方便、运行成本低；又由于选用氙灯作为光源，因其谱线为从紫外到近红外的连续谱，使得装置可以选择最佳的波段工作，使其选用一个波段而不是两点差分来分析被测气体的浓度，故大大地提高了测量的精度，也为一台装置同时测量多种气体奠定了基础；再由于反射镜的设置，使得监测的距离长、空间范围广，获得的数据极具代表性；第四，探测器为电子耦合器件CCD线阵或二极管线阵或光电倍增管线阵，使每次只需对其进行扫描一次就可获得一段光谱，既提高了检测的速度，也提高了光谱的精度，使浓度测量的下限可以很低；第五，平面光栅置于电机轴上，使得光栅在电机的转动下可扫过从近红外至紫外的全部波段，从而使可监测的气体范围非常宽，可对城市大气环境质量、道路上方空气质量、工业污染源连续排放、烟囱废气污染物等进行有效地监测。

四、附图说明

图1是本实用新型的一种基本结构示意图。

五、具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选方式作进一步详细的描述。

参见图1，望远镜4上附有作为光源5的氙灯，望远镜4一端的光路上置有作为反射镜6的角反射镜、另一端经光纤3与光谱仪2连接。光谱仪2的壳体20的两侧分别对称地置有入射狭缝21和探测器26，其中的探测器26为电子耦合器件CCD线阵。壳体20内置有两块平行设置的凹面反射镜(27，28)和两块平面反射镜(22，25)，以及置于电机24轴上的平面光栅23；其中，入射狭缝21位于凹面反射镜28的焦点处，在该焦点处同时置有平面反射镜22；探测器26位于凹面反射镜27的焦平面处，在该焦平面处同时置有平面反射镜25；平面光栅23位于两块凹面反射镜(27，28)的平行光的光路上。测控器1分别与氙灯、光谱仪2中的电机24、探测器26电连接。

使用时，接通测控器1的电源开关，氙灯发出的光经望远镜4准直后射向远处的角反射镜；光线被角反射镜反射后返回望远镜4，并被聚焦到光纤3的入射端，此时的光线里已含有了大气中污染气体的吸收信息。接着，光线穿过光纤3后进入光谱仪2，由入射狭缝21射向平面反射镜22，被平面反射镜22反射向凹面反射镜28，再由凹面反射镜28准直后射向平面光栅23，光线被平面光栅23分解后再由凹面反射镜27聚焦射向平面反射镜25，最后经平面反射镜25射向电子耦合器件CCD线阵的光线为一条按波长大小排列的光谱线；电子耦合器件CCD线阵将其转换成电信号后送往测控器1。再由测控器1输出监测结果的可视信息供人们辩读。若需了解大气的全部质量情况，可由测控器1控制电机24转动，以使平面光栅23扫过全部波段，从而由电子耦合器件CCD线阵处获得相应的电信号，再由测控器1演算出监测的全部结果。

Claims (7)

1、一种长程差分吸收光谱气体污染监测装置，包括探测器和与其电连接的测控器(1)，其特征在于：附有光源(5)的望远镜(4)两端的光路上分别置有反射镜(6)、光谱仪(2)，所说的光谱仪(2)为壳体(20)上置有入射狭缝(21)、探测器(26)，壳体(20)内置有凹面反射镜(27，28)和位于其光路上的平面光栅(23)，所说的入射狭缝(21)位于凹面反射镜(28)的焦点处，所说的探测器(26)位于凹面反射镜(27)的焦平面处，所说的光源(5)与测控器(1)电连接。

2、根据权利要求1所述的测量装置，其特征是光源(5)为氙灯。

3、根据权利要求1所述的测量装置，其特征是反射镜(6)为角反射镜。

4、根据权利要求1所述的测量装置，其特征是平面光栅(23)置于电机(24)轴上，所说的电机(24)与测控器(1)电连接。

5、根据权利要求1所述的测量装置，其特征是凹面反射镜(28)的焦点处置有平面反射镜(22)，凹面反射镜(27)的焦平面处置有平面反射镜(25)。

6、根据权利要求1所述的测量装置，其特征是探测器(26)为电子耦合器件CCD线阵或二极管线阵或光电倍增管线阵。

7、根据权利要求1所述的测量装置，其特征是望远镜(4)与光谱仪(2)间经光纤(3)连接。

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