專利名稱：基于積分球檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)及其檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)及其檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，排放到空氣中的二氧化氮(NO2)不斷增加，每年人為排放進(jìn) 大氣的二氧化氮約為5300萬(wàn)噸。NO2對(duì)人體健康和植物都有很大的危害，它是酸雨的來(lái)源 之一，還會(huì)引起光化學(xué)煙霧的形成。國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局已制定了環(huán)保法規(guī)，對(duì)NO2氣體等污 染物實(shí)行總量控制，并將實(shí)行排污收費(fèi)。因此，精確檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w的濃度是我國(guó)對(duì)NO2 氣體實(shí)行總量控制的前提。目前光譜學(xué)氣體監(jiān)測(cè)方法中主要以吸收光譜技術(shù)為主。用于二氧化氮檢測(cè)的技術(shù) 主要有以下幾種差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)(DOAS)、傅立葉變換紅外光譜技術(shù)(FTIR)、可調(diào) 諧二極管激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)、差分吸收雷達(dá)技術(shù)(DIAL)、關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)(COSPEC)、 非分散紅外吸收(NDIR)等。這些方法在不改進(jìn)的情況下只適用于對(duì)較高濃度的二氧化氮 氣體檢測(cè)，很難對(duì)低濃度(lppm以下)二氧化氮?dú)怏w進(jìn)行檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的二氧化氮?dú)怏w的檢測(cè)方法難以對(duì)低濃度二氧化氮?dú)怏w 進(jìn)行檢測(cè)的問(wèn)題，從而提供一種基于積分球檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)及其檢測(cè)方法?；诜e分球檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)，它包括光源、透鏡、積分球和光譜儀， 所述積分球內(nèi)充入待測(cè)二氧化氮?dú)怏w，光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡耦合至積分球的光入射面，所 述積分球的光入射面所接收的光在積分球內(nèi)反射并經(jīng)積分球內(nèi)的待測(cè)二氧化氮?dú)怏w選擇 性吸收后通過(guò)積分球的光出射端出射至光譜儀的光入射端?；谏鲜鱿到y(tǒng)的基于積分球檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度的方法，它由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、向積分球內(nèi)充入待測(cè)二氧化氮?dú)怏w；步驟二、控制光源發(fā)射出光，所述光經(jīng)透鏡耦合至積分球內(nèi)，所述光在積分球內(nèi)反 射并經(jīng)積分球內(nèi)的待測(cè)二氧化氮?dú)怏w選擇性吸收后，輸入至光譜儀的光入射端，獲得待測(cè) 二氧化氮?dú)怏w的吸收光譜；步驟三、將步驟二獲得的吸收光譜通過(guò)公式N=E I-InCl/{ Σ I Δ σ0(λ) |L}即獲得待測(cè)氣體的二氧化氮?dú)怏w濃度N ；式中:C= I(A)/{I0(A)R(A)exp (-σ 0NL)}；Δ σ0(λ)為二氧化氮?dú)怏w吸收截面的快變部分，ο C1為吸收截面的慢變部分， R(A)為由于光的反射、衍射和散射所造成的損耗，L為光在被測(cè)二氧化氮?dú)怏w中行進(jìn)的等 效光程。待測(cè)二氧化氮?dú)怏w選擇性吸收光的波長(zhǎng)范圍是400nm 500nm。步驟三的計(jì)算過(guò)程采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)濃度較低的二氧化氮?dú)怏w進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量精度較高；本 發(fā)明的裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、操作方便的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖1說(shuō)明本具體實(shí)施方式
，基于積分球檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w 濃度的系統(tǒng)，它包括光源2、透鏡3、積分球4和光譜儀6，所述積分球4內(nèi)充入待測(cè)二氧化氮 氣體，光源2發(fā)出的光經(jīng)透鏡3耦合至積分球4的光入射面，所述積分球4的光入射面所接 收的光在積分球4內(nèi)反射并經(jīng)積分球內(nèi)的待測(cè)二氧化氮?dú)怏w選擇性吸收后通過(guò)積分球4的 光出射端出射至光譜儀6的光入射端。
具體實(shí)施方式
二、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一所述的基于積分球檢測(cè)二氧 化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)的區(qū)別在于，它還包括光纖5，所述積分球4的光出射端出射的光通過(guò) 光纖5入射至光譜儀6的光入射端。
具體實(shí)施方式
三、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一或二所述的基于積分球檢測(cè) 二氧化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)的區(qū)別在于，它還包括計(jì)算機(jī)7，光譜儀6的信號(hào)輸出端與計(jì)算機(jī) 的信號(hào)輸入端連接。本實(shí)施方式能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)二氧化氮?dú)怏w濃度的在線監(jiān)測(cè)。
具體實(shí)施方式
四、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
三所述的基于積分球檢測(cè)二氧 化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)的區(qū)別在于，所述光源2為鹵鎢燈。
具體實(shí)施方式
五、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一、二或四所述的基于積分球 檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)的區(qū)別在于，透鏡3為石英透鏡。
具體實(shí)施方式
六、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
五所述的基于積分球檢測(cè)二氧 化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)的區(qū)別在于，光譜儀6的型號(hào)是HR2000。
具體實(shí)施方式
七、基于具體實(shí)施方式
一所述的基于積分球檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度 的系統(tǒng)的基于積分球檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度的方法，它由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、向積分球4內(nèi)充入待測(cè)二氧化氮?dú)怏w；步驟二、開(kāi)啟光源2發(fā)射出光，所述光經(jīng)透鏡3耦合至積分球4內(nèi)，所述光在積分 球4內(nèi)反射并被積分球4內(nèi)的待測(cè)二氧化氮?dú)怏w選擇性吸收后，輸入至光譜儀6的光入射 端，獲得待測(cè)二氧化氮?dú)怏w的吸收光譜；步驟三、將步驟二獲得的吸收光譜通過(guò)公式N=E I-InC /{ Σ | Δ σ 0 ( λ ) | L}即獲得待測(cè)氣體的二氧化氮?dú)怏w濃度N ；式中:C= I(A)/{I0(A)R(A)exp (-σ 0NL)}；Δ σ0(λ)為二氧化氮?dú)怏w吸收截面的快變部分，ο C1為吸收截面的慢變部分， R(A)為由于光的反射、衍射和散射所造成的損耗，L為光在被測(cè)二氧化氮?dú)怏w中行進(jìn)的等 效光程。待測(cè)二氧化氮?dú)怏w選擇性吸收光的波長(zhǎng)范圍是400nm 500nm。二氧化氮?dú)怏w在波長(zhǎng)400 500nm附近具有震蕩的特征吸收。
步驟三的計(jì)算過(guò)程采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
基于積分球檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)，其特征是它包括光源(2)、透鏡(3)、積分球(4)和光譜儀(6)，所述積分球(4)內(nèi)充入待測(cè)二氧化氮?dú)怏w，光源(2)發(fā)出的光經(jīng)透鏡(3)耦合至積分球(4)的光入射面，所述積分球(4)的光入射面所接收的光在積分球(4)內(nèi)反射并經(jīng)積分球內(nèi)的待測(cè)二氧化氮?dú)怏w選擇性吸收后通過(guò)積分球(4)的光出射端出射至光譜儀(6)的光入射端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于積分球檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)，其特征在于它還 包括光纖(5)，所述積分球(4)的光出射端出射的光通過(guò)光纖(5)入射至光譜儀(6)的光入 射端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于積分球檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)，其特征在于 它還包括計(jì)算機(jī)(7)，光譜儀(6)的信號(hào)輸出端與計(jì)算機(jī)的信號(hào)輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于積分球檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)，其特征在于所述 光源⑵為鹵鎢燈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的基于積分球檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)，其特征在 于透鏡(3)為石英透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于積分球檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)，其特征在于光譜 儀(6)的型號(hào)是HR2000。
7.基于權(quán)利要求1所述的基于積分球檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)的基于積分球檢 測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度的方法，其特征是它由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、向積分球(4)內(nèi)充入待測(cè)二氧化氮?dú)怏w；步驟二、控制光源(2)發(fā)射出光，所述光經(jīng)透鏡(3)耦合至積分球(4)內(nèi)，所述光在積 分球(4)內(nèi)反射并經(jīng)積分球(4)內(nèi)的待測(cè)二氧化氮?dú)怏w選擇性吸收后，輸入至光譜儀(6) 的光入射端，獲得待測(cè)二氧化氮?dú)怏w的吸收光譜；步驟三、將步驟二獲得的吸收光譜通過(guò)公式N=E -lnC|/{ Σ Δ σ 0 ( λ ) I L}即獲得待測(cè)氣體的二氧化氮?dú)怏w濃度N ；式中=C = I(A)/{I0(A)R(A)exp (-σ 0NL)}；Δ σ0(λ)為二氧化氮?dú)怏w吸收截面的快變部分，％為吸收截面的慢變部分，RU)為 由于光的反射、衍射和散射所造成的損耗，L為光在被測(cè)二氧化氮?dú)怏w中行進(jìn)的等效光程。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于積分球檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度方法，其特征在于待測(cè)二 氧化氮?dú)怏w選擇性吸收的光的波長(zhǎng)范圍是400nm 500nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于積分球檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度方法，其特征在于步驟三 的計(jì)算過(guò)程采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
基于積分球檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)及其檢測(cè)方法，涉及一種檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度的系統(tǒng)及其檢測(cè)方法。它解決了現(xiàn)有的二氧化氮?dú)怏w的檢測(cè)方法難以對(duì)低濃度二氧化氮?dú)怏w進(jìn)行檢測(cè)的問(wèn)題。其裝置光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡耦合至積分球內(nèi)，并在積分球中反射及經(jīng)待測(cè)二氧化氮?dú)怏w選擇性吸收后出射至光譜儀的光入射端。其方法首先向積分球內(nèi)充入待測(cè)二氧化氮?dú)怏w；光源發(fā)射的光經(jīng)透鏡耦合至積分球內(nèi)，在積分球中反射并經(jīng)積分球內(nèi)的待測(cè)二氧化氮?dú)怏w選擇性吸收后，在光譜儀上獲得待測(cè)二氧化氮?dú)怏w的吸收光譜；通過(guò)對(duì)二氧化氮吸收光譜信息的計(jì)算獲得二氧化氮?dú)怏w濃度結(jié)果。本發(fā)明適用于濃度較低的二氧化氮?dú)怏w的檢測(cè)過(guò)程中。
文檔編號(hào)G01N21/31GK101957314SQ20101027826
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者孫東, 張?jiān)苿? 張治國(guó) 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)