基于紫外吸收光譜H₂S和SO₂混合氣體濃度可調(diào)波長測量裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型為一種基于紫外吸收光譜H2S和SO2混合氣體濃度可調(diào)波長測量裝置，該裝置包括光源模塊、紫外光波段調(diào)節(jié)模塊、混合氣體注入提取模塊和氣體濃度測量分析模塊；所述的光源模塊為紫外光源；所述的紫外光波段調(diào)節(jié)模塊包括第一透鏡與紫外截止濾波片兩部分；所述的混合氣體注入提取模塊包括樣品池、第一球閥、樣品集氣瓶、第二球閥、真空計(jì)、真空泵和第二透鏡；其中紫外光源、第一透鏡、紫外截止濾波片、樣品池、透鏡前后順次排列并同軸分布；樣品集氣瓶與樣品池連接；真空計(jì)、真空泵分別與樣品池相連。本實(shí)用新型利用紫外吸收光譜技術(shù)，紫外光能被這兩種氣體特征吸收，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)性檢測和自動(dòng)測量。
【專利說明】
基于紫外吸收光譜H2S和SO2混合氣體濃度可調(diào)波長測量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于混合氣體濃度測量儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是基于紫外吸收光譜H2S和SO2混合氣體濃度可調(diào)波長測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]就目前社會發(fā)展的現(xiàn)狀來說，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)也造成了能量的大量消耗，進(jìn)而導(dǎo)致環(huán)境污染的問題越來越嚴(yán)重，而大氣污染也是多種環(huán)境污染中最為嚴(yán)重的一個(gè)，針對于大氣污染物中主要污染物H2S和SO2氣體的測量來說，以往傳統(tǒng)測量低濃度的H2S和SO2混合氣體的方法主要為化學(xué)分析法，即需在現(xiàn)場采取樣品，然后帶到實(shí)驗(yàn)室或在現(xiàn)場用特定的儀器進(jìn)行分析，這樣操作比較復(fù)雜，而且需要較大的人力和實(shí)時(shí)性也比較差，另外重慶大學(xué)的梅魏鵬發(fā)表的碩士論文基于紫外差分光譜的S02、N0X混合氣體的檢測算法研究，文中只是大概分析了一些降噪手段和通過不同的反演算法來提高精度，實(shí)時(shí)性差且操作計(jì)算要復(fù)雜了很多；申請?zhí)枮?00910135826.8的中國發(fā)明專利申請公開了一種智能紫外氣體分析儀產(chǎn)品，此專利是采用兩個(gè)電檢測器來測量氣體濃度的，無法避免各自光路和電路中產(chǎn)生的外界影響，難以高精度、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)低濃度氣體的測量?，F(xiàn)在對于污染氣體的檢測有效的手段與技術(shù)還是相對于來說是比較少的，對于其主要大氣污染物中的H2S和S02?量技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際類型的實(shí)時(shí)氣體檢測儀器更少之又少，且技術(shù)手段很不成熟，測量精度也不是很高；因此開發(fā)具有在線監(jiān)測H2S和SO2混合氣體濃度值功能的高精度的儀器對我們應(yīng)對環(huán)境污染來說是迫切需要的。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)測量誤差大和測量精度低等不足，提供了一種紫外吸收光譜H2S和SO2混合氣體濃度可調(diào)光波測量裝置。本實(shí)用新型測量裝置創(chuàng)新的結(jié)合紫外濾波片、maya2000pro的光纖光譜儀、石英玻璃做的紫外吸收率低的樣品池以及計(jì)算機(jī)與其他輔助器件;實(shí)現(xiàn)了高精度實(shí)時(shí)在線檢測H2S和SO2混合氣體的濃度值;其中通過紫外光波段調(diào)節(jié)模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)光波段，可單一測其中一種氣體(H2S氣體)濃度值;整個(gè)H2S和SOJg合氣體濃度測量裝置的測量誤差小，測量精度高。
[0004]本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]—種基于紫外吸收光譜的混合氣體濃度可調(diào)波長測量裝置，該裝置包括光源模塊、紫外光波段調(diào)節(jié)模塊、混合氣體注入提取模塊和氣體濃度測量分析模塊;其中光源模塊、紫外光波段調(diào)節(jié)模塊、混合氣體注入提取模塊和氣體濃度測量分析模塊依照光源光照方向順序排列；
[0006]所述的光源模塊為紫外光源；
[0007]所述的紫外光波段調(diào)節(jié)模塊包括第一透鏡與紫外截止濾波片兩部分；
[0008]所述的混合氣體注入提取模塊包括樣品池、樣品集氣瓶、真空計(jì)、真空栗和第二透鏡；其中紫外光源、第一透鏡、紫外截止濾波片、樣品池、第二透鏡前后順次排列并同軸分布;樣品集氣瓶與樣品池連接;真空計(jì)、真空栗分別與樣品池相連；
[0009]所述氣體濃度測量分析模塊的組成包括光纖、光譜儀和計(jì)算機(jī);其中光纖、光譜儀和計(jì)算機(jī)依次連接;光纖的光纖探頭位于第二透鏡的焦點(diǎn)處。
[0010]所述的光譜儀采用maya2000prO的光纖光譜儀;所述的紫外光源為氘燈放射的160nm?450nm的紫外光。
[0011 ]與現(xiàn)有氣體濃度檢測技術(shù)相比，本實(shí)用新型克服了以往化學(xué)檢測誤差大和精度低的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)性檢測和自動(dòng)測量，具有很大的先進(jìn)性，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
[0012](I)實(shí)用新型裝置是利用紫外吸收光譜技術(shù)，紫外光能被這兩種氣體特征吸收;并根據(jù)線性理論導(dǎo)出了一種新的測量H2S和SO2混合氣體中H2S氣體濃度的測量方法，這種H2S線性測量方法簡單有效且測量精度高，另外實(shí)用新型裝置創(chuàng)新的加入了紫外濾波片來調(diào)節(jié)入射光的波長，把波長截止到200nm范圍內(nèi)，H2S氣體的特征吸收峰在190nm?200nm范圍內(nèi)，而SO2氣體在此波段特征吸收很弱，這樣就能更好更精確的測量H2S氣體的濃度。
[0013](2)測量方法簡單;我們可以對低濃度地的H2S和SO2混合氣體濃度一起進(jìn)行檢測；而且可以達(dá)到完全不用人工接觸的自動(dòng)監(jiān)測;進(jìn)而減少人為因素所造成誤差的影響。
[0014](3)裝置儀器的靈敏度也是很高的;對于污染氣體只需選擇恰當(dāng)?shù)墓庾V波段，其測量結(jié)果就可達(dá)很高的數(shù)量級的濃度(可到ppm量級)；達(dá)到很高的測量精度。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型基于紫外吸收光譜H2S和SO2混合氣體濃度可調(diào)波長測量裝置的整體結(jié)構(gòu)框架圖。
[0016]圖2是本實(shí)用新型基于紫外吸收光譜H2S和SO2混合氣體濃度測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0018]如圖1所示，本實(shí)用新型基于紫外吸收光譜的混合氣體濃度可調(diào)波長測量裝置包括光源模塊1、紫外光波段調(diào)節(jié)模塊2、混合氣體注入提取模塊3和氣體濃度測量分析模塊4;其中光源模塊1、紫外光波段調(diào)節(jié)模塊2、混合氣體注入提取模塊3和氣體濃度測量分析模塊4依照光源光照方向順序排列；
[0019]所述的光源模塊I為紫外光源，在直流電源驅(qū)動(dòng)下氘燈將發(fā)出波長在160nm?450nm的紫外光;
[0020]所述的紫外光波段調(diào)節(jié)模塊2包括第一透鏡201與紫外截止濾波片202兩部分，光源發(fā)出的紫外光經(jīng)透鏡準(zhǔn)直后;再通過可控制的通過紫外截止濾波片后進(jìn)入混合氣體注入提取模塊3 ；
[0021 ]如圖2所示，混合氣體注入提取模塊3包括樣品池301、第一球閥302、樣品集氣瓶303、第二球閥304、真空計(jì)305、真空栗306和第二透鏡307;其中光源模塊I的氘燈、第一透鏡201、紫外截止濾波片202、樣品池301、第二透鏡307前后順次排列并同軸分布；即根據(jù)紫外光的線路按順序同軸分布;樣品集氣瓶303經(jīng)第一球閥302與樣品池301連接;真空計(jì)305、真空栗306經(jīng)第二球閥304分別與樣品池301相連；
[0022]具體為:樣品池301為H2S和SO2混合氣體檢測容器;所述的球閥302是為了控制樣品集氣瓶303與樣品池301氣體流通的閥門；真空計(jì)305是為了測定和控制樣品池的壓強(qiáng)，維持穩(wěn)定的測量環(huán)境;所述球閥306是用來控制與外環(huán)境連接，排出測量后的H2S和502混合氣體；透鏡307將再一次匯聚通過樣品池已經(jīng)被H2S和SO2混合氣體特征吸收的近紫外光束，匯聚后的光束打到氣體濃度測量分析模塊4的光纖401的光纖探頭上；
[0023]如圖2所示，所述氣體濃度測量分析模塊4的組成包括光纖401、光譜儀402、計(jì)算機(jī)403;其中光纖401、光譜儀402和計(jì)算機(jī)403依次連接;光纖401的光纖探頭位于第二透鏡307的焦點(diǎn)處。
[0024]光譜儀402采用maya2000pro的光纖光譜儀，即插即用型，分辨率在0.3?111111，波長寬度160?450nm，具有寬動(dòng)態(tài)范圍和優(yōu)異的紫外線反應(yīng)等，能降低電子噪聲，自動(dòng)消除背景光的影響，適用于低亮度和的高的紫外線靈敏度，能夠滿足較低濃度的待測H2S和SO2混合氣體;被H2S和SO2混合氣體特征吸收的近紫外光束在光譜儀中進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)化處理，最后將由光譜儀轉(zhuǎn)換的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳遞到與其相連接的計(jì)算機(jī)403上，計(jì)算機(jī)裝有與光譜儀對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件，得到H 2 S和S O 2混合氣體的特征吸收光譜圖，其中計(jì)算機(jī)4 O 3中裝有0riginpro8.1光譜專業(yè)制圖數(shù)據(jù)分析軟件；
[0025]所述基于紫外吸收光譜H2S和SO2混合氣體濃度可調(diào)波長測量裝置工作原理和測量使用過程是:
[0026]A.首先為工作原理:本實(shí)用新型H2S和SO2混合氣體濃度測量裝置依靠的是技術(shù)原理是Beer-Lambert定律為理論基礎(chǔ)并結(jié)合線型理論，采用紫外波段吸收光譜檢測技術(shù)，利用混合氣體中二氧化硫(S02)和硫化氫(H2S)在190nm?230nm的吸收光譜重疊范圍進(jìn)行S02和H2S的混合氣體濃度測量。
[0027]本實(shí)用新型對測量SO2和H2S混合氣體濃度值關(guān)鍵的創(chuàng)新測量技術(shù)為:
[0028](I)首先測量計(jì)算混合氣體中SO2的濃度值，因?yàn)镠2S氣體的吸收光譜不會對測SO2的濃度值時(shí)所需的S02的特征吸收光譜造成影響，由Beer-Lambert定律計(jì)算公式可知，對于SO2氣體的濃度值可以由其特征吸收光譜的峰谷比來反映，然后再根據(jù)所測混合氣體光譜的峰谷特性，選擇吸收光譜上波長幾個(gè)非常接近的峰谷來推導(dǎo)氣體SO2的濃度值，本實(shí)用新型自己編寫了一段采集計(jì)算SO2的濃度峰谷比的程序，利用編寫的程序直接準(zhǔn)確的得到多組SO2氣體特征吸收峰谷值，在對幾組峰谷比值求得平均值，最后通過程序直接得到所測SO2的精確濃度值。
[0029](2)以往的技術(shù)很難將H2S氣體的吸收光譜從SO2和H2S混合氣體的光譜中提取出來，而且從光譜技術(shù)來說單獨(dú)測量H2S氣體濃度技術(shù)方法也很少，本實(shí)用新型開創(chuàng)了一種簡單有效的H2S氣體濃度測量技術(shù)手段，首先利用SO2和H2S混合氣體的光譜數(shù)據(jù)值減去混合氣體中相應(yīng)的SO2氣體吸收光譜數(shù)據(jù)值來獲得H2S氣體的吸收光譜的技術(shù)，并通過先采集無待測氣體時(shí)的背底光譜圖，利用背地光譜的數(shù)據(jù)減去單獨(dú)H2S氣體的光譜圖的數(shù)據(jù)后再除以背底光譜數(shù)據(jù)來得到H2S氣體的特征吸收峰圖，之后根據(jù)線性理論擬合出H2S氣體特征吸收峰與其濃度值的線性曲線，最后H2S氣體的濃度值可由將特征吸收峰直接代入所擬合好的線性曲線得到。
[0030](3)本實(shí)用新型在測量裝置方面創(chuàng)新的設(shè)置了紫外光波段調(diào)節(jié)模塊，即在光源與開始的透鏡之間設(shè)置一個(gè)紫外截止濾波片，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)入射到樣品池光的波長，把波長截止到200nm范圍內(nèi)，因?yàn)镠2S氣體的特征吸收峰在190nm?200nm范圍內(nèi)，而SO2氣體在此波段特征吸收很弱，把其他200nm以上的波段光截止掉也對應(yīng)的增強(qiáng)了待測氣體在此波段光的有效吸收;這樣就能更好更精確的測量出H2S氣體的濃度。
[0031]B.本實(shí)用新型測量使用過程:首先通過氘燈光源發(fā)出近紫外的光，光源需穩(wěn)定一小段時(shí)間，防止剛打開電源時(shí)氘燈發(fā)出紫外光纖會發(fā)生擾動(dòng)而影響裝置對SO2和H2S混合氣體濃度測量結(jié)果的精度造成影響;光源發(fā)出的紫外先通過可調(diào)節(jié)的紫外截止濾波片后再經(jīng)透鏡準(zhǔn)直紫外光；然后再將得到準(zhǔn)直后的紫外平行光束通過樣品池301;之后再打開球閥302將集氣瓶303中待測濃度的SO2和H2S混合氣體注入到樣品池中，之后近紫外光束再通過樣品池時(shí)經(jīng)所要測的SO2和H2S混合氣體特征吸收后，再經(jīng)過透鏡307匯聚到光纖401的光纖探頭上;然后在經(jīng)光纖傳輸?shù)焦庾V儀402內(nèi)，經(jīng)光譜儀對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，主要是經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)化，最后輸入到計(jì)算機(jī)403進(jìn)行處理，在用光譜儀專用軟件顯示出光譜信號的圖形曲線;最后再對測得數(shù)據(jù)與光譜圖進(jìn)行處理分析。
[0032]實(shí)施例1
[0033]本實(shí)施例采用上述連接關(guān)系，其中光源機(jī)構(gòu)采用直流驅(qū)動(dòng)的氘燈光源，用于得到近紫外光束，所述光譜儀402采用maya2000prO的光纖光譜儀，用于接受采集通過樣品池后已經(jīng)由氣體特征吸收的近紫外光，對數(shù)據(jù)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)化處理。
[0034]本實(shí)用新型未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于紫外吸收光譜H2S和SO2混合氣體濃度可調(diào)波長測量裝置，其特征為該裝置包括光源模塊、紫外光波段調(diào)節(jié)模塊、混合氣體注入提取模塊和氣體濃度測量分析模塊;其中，光源模塊、紫外光波段調(diào)節(jié)模塊、混合氣體注入提取模塊和氣體濃度測量分析模塊依照光源光照方向順序排列； 所述的光源模塊為紫外光源； 所述的紫外光波段調(diào)節(jié)模塊包括第一透鏡與紫外截止濾波片兩部分； 所述的混合氣體注入提取模塊包括樣品池、樣品集氣瓶、真空計(jì)、真空栗和第二透鏡；其中紫外光源、第一透鏡、紫外截止濾波片、樣品池、第二透鏡前后順次排列并同軸分布;樣品集氣瓶與樣品池連接;真空計(jì)、真空栗分別與樣品池相連； 所述氣體濃度測量分析模塊的組成包括光纖、光譜儀和計(jì)算機(jī);其中光纖、光譜儀和計(jì)算機(jī)依次連接;光纖的光纖探頭位于第二透鏡的焦點(diǎn)處。2.如權(quán)利要求1所述的基于紫外吸收光譜H2S和SO2混合氣體濃度可調(diào)波長測量裝置，其特征為所述的光譜儀采用maya2000prO的光纖光譜儀;所述的光源模塊中紫外光源為氘燈放射的160nm?450nm的紫外光。
【文檔編號】G01N21/33GK205484030SQ201620316905
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】張雯, 周亞同, 石學(xué)超, 任婷婷, 謝陽
【申請人】河北工業(yè)大學(xué)