專利名稱：一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種實時在線檢測分析儀，尤其是涉及一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀。
背景技術：
隨著經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，人們的環(huán)保意識也日益增強。研究和實踐都表明，燃燒所產(chǎn)生的煙氣是大氣環(huán)境最大的污染源。我國的《國家環(huán)境保護“十一五”規(guī)劃》對煙氣排放的治理提出了具體的要求，同時也制定了《固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法》的嚴格技術標準。因此，如何有效地控制和治理燃燒煙氣污染物的排放，已成為政府部門乃至全社會關注的焦點，同時也成為相關科學研究工作的熱點和前沿。燃燒過程中產(chǎn)生的污染物種類很多，其危害形式也各不相同。煙氣排放的許多有害氣體如C0X、SOx, NOx等，對生態(tài)環(huán)境以及全球氣候的影響早已受到重視，并已經(jīng)或正在采取措施來降低其危害。但是，對煙氣排放中的多種有毒微粒元素如As、Hg、Pb、Cr、Cd等的危害，則直到上世紀末期才逐漸引起人們的重視。美國環(huán)境保護協(xié)會曾指出在燃燒煙氣排放的多種污染物中尤以亞微米量級的有毒微粒元素對人類的健康構(gòu)成最大的威脅。這些有毒微粒元素會經(jīng)煤燃燒、氣燃燒、垃圾焚燒、黑色金屬和有色金屬冶煉等過程排放，然后在大氣中擴散并長期駐留，不易降解。不但會造成對大氣、水體和土壤等的污染，破壞生態(tài)環(huán)境，而且這些有毒的可吸入顆粒物一旦吸入人體，便會在體內(nèi)沉積，并轉(zhuǎn)化為毒性更大的相應有機化合物，產(chǎn)生致癌、致畸和致突變等作用，對人類健康造成嚴重危害。因此，對監(jiān)測、 控制和治理煙氣中有毒微粒元素的需求非常迫切。目前常用的檢測煙氣中污染物的方法代表性的有電感耦合等離子體發(fā)射光譜法 ICP-AES和火焰光度分析法。這兩種方法雖然提高了對污染物質(zhì)的檢測精度，但均須在實驗室完成，且在檢測前需對樣品進行前期處理，因此，對檢測環(huán)境要求嚴格、測試周期長，需耗費大量的人力、物力資源，無法在燃燒的過程中進行實時檢測。XRF分析濃度范圍較寬，但只適合于測量原子序數(shù)大于11的元素，且其檢測精度和靈敏度不高；AAS靈敏度高，但是一次只能檢測一種元素，進行多元素同時測量尚有困難。這些方法均不適合用于燃燒過程中煙氣中有毒顆粒物的實時在線監(jiān)測。目前國際上提出采用激光擊穿光譜LIBS技術來解決這一問題。LIBS是20世紀末期發(fā)展起來的一種全新的物質(zhì)元素分析方法。該方法利用聚焦的高能量激光束將被檢測物質(zhì)擊穿形成高溫等離子體，由于各種物質(zhì)都被激發(fā)到高能態(tài)，它們在回到基態(tài)的過程中將輻射出各自的特征光譜，通過分析這些光譜可得到被檢測物質(zhì)的種類和含量。 LIBS檢測煙氣中重金屬元素的研究剛起步，一般直接將煙氣作為樣品進行測量，如專利 200820190025. 2所述，但是由于煙氣中有毒重金屬元素的含量較低，這種直接檢測的方法檢測限不足
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型主要是解決現(xiàn)有技術所存在的技術問題；提供了一種通過先對有毒顆粒進行富集到濾膜上可以大大的降低檢測限；可以同時檢測煙氣中鐵、銅、鋁、鉛、鎘、汞、砷等污染物及其濃度的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀。本實用新型還有一目的是解決現(xiàn)有技術所存在的等的技術問題；提供了一種通過測距和反饋系統(tǒng)使聚焦透鏡與濾膜的位置保持恒定等于聚焦透鏡的焦距，大大提高了由于焦點位置變化引起的波動；并且結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適合對煙氣中有毒顆粒物的實時在線監(jiān)測的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀。本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，其特征在于，包括用于采集空氣污染物的樣品采集機構(gòu)、接收樣品采集機構(gòu)所采集的空氣污染物并利用光學原理對其進行分析后并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光學分析測量機構(gòu)、以及將光學分析測量機構(gòu)輸出的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后進行分析的分析系統(tǒng)。在上述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，所述的樣品采集機構(gòu)包括樣品采集腔、設置在樣品采集腔內(nèi)的樣品采集裝置、設置樣品采集腔內(nèi)且進氣口設在樣品采集腔外與大氣相通出氣口設置在樣品采集裝置上方的進氣管、以及設置在樣品采集腔下方并與樣品采集腔連通的抽氣裝置。在上述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，所述的抽氣裝置包括一個通過通氣管與上述樣品采集腔連通的真空泵，所述通氣管上還設置有流量閥。在上述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，所述的樣品采集裝置包括傳送帶以及均勻設置在傳送帶上的濾膜，所述傳送帶兩端分別纏繞在通過步進電機帶動旋轉(zhuǎn)的傳動輪上。在上述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，所述光學分析測量機構(gòu)包括與上述樣品采集腔相通的樣品分析腔，上述傳送帶一端設置在樣品采集腔內(nèi)，另一端被步進電機輸送至樣品分析腔內(nèi)；所述傳送帶另一端上方設有用以聚光的聚焦透鏡，下方設有用以測量所述聚焦透鏡與傳送帶位置的測距儀；所述聚焦透鏡上方設有用以發(fā)射檢測光源的激光器；所述激光器通過聚焦透鏡將平行光源射至聚焦后設置傳送帶的濾膜上；所述聚焦透鏡與激光器之間還設有用以接收濾膜反射光并將該反射光發(fā)射出去的中空反射鏡，該光學分析測量機構(gòu)還包括設置在中空反射鏡旁用以接收中空反射鏡的發(fā)射光的且依次連接的收光系統(tǒng)和分光系統(tǒng)，所述分光系統(tǒng)出射端設置有光電探測器。在上述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，所述光學分析測量機構(gòu)還包括一個與上述激光器相連用以控制激光器發(fā)射頻率的脈沖發(fā)生器。在上述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，所述分析系統(tǒng)包括一個與上述光電探測器相連且設置在樣品分析腔內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器以及設置在樣品分析腔外的控制分析器。在上述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，所述的聚焦透鏡通過傳動機構(gòu)與一個聚焦透鏡步進電機相連，用以控制聚焦透鏡的上下垂直運動。在上述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，所述測距儀、步進電機、 A/D轉(zhuǎn)換器以及聚焦透鏡步進電機均與上述控制分析器相連。在上述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，所述收光系統(tǒng)包括至少兩個同軸設置的凸透鏡。因此，本實用新型具有如下優(yōu)點1、通過先對有毒顆粒進行富集到濾膜上可以大大的降低檢測限；2、可以同時檢測煙氣中鐵、銅、鋁、鉛、鎘、汞、砷等污染物及其濃度；3、通過測距和反饋系統(tǒng)使聚焦透鏡與濾膜的位置保持恒定等于聚焦透鏡的焦距，大大提高了由于焦點位置變化引起的波動；4、結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適合對煙氣中有毒顆粒物的實時在線監(jiān)測。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是用本實用新型檢測到的煙氣中Cd元素226. 5納米特征譜線的“光譜強度-濃度”的曲線圖。
具體實施方式
下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。圖中，進氣管1、樣品采集腔2、壓縮噴嘴3、流量閥4、真空泵5、濾膜6、傳動輪7、步進電機8、 測距儀9、聚焦透鏡10、聚焦透鏡步進電機11、中孔反射鏡12、收光系統(tǒng)13、分光系統(tǒng)14、光電探測器15、激光器16、脈沖發(fā)生器17、A/D轉(zhuǎn)換器18、控制分析器19、樣品分析腔20。實施例一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，包括用于采集空氣污染物的樣品采集機構(gòu)、接收樣品采集機構(gòu)所采集的空氣污染物并利用光學原理對其進行分析后并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光學分析測量機構(gòu)、以及將光學分析測量機構(gòu)輸出的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后進行分析的分析系統(tǒng)。樣品采集機構(gòu)包括樣品采集腔2、設置在樣品采集腔2內(nèi)的樣品采集裝置、設置樣品采集腔2內(nèi)且進氣口設在樣品采集腔2外與大氣相通出氣口設置在樣品采集裝置上方的進氣管1、以及設置在樣品采集腔2下方并與樣品采集腔2連通的抽氣裝置，所述的進氣管 1的出氣口端還設置有壓縮噴嘴3，為了測量不同粒徑顆粒物中的元素含量可以在進氣管的入口處接不同尺寸的空氣切割器；樣品采集裝置包括傳送帶以及均勻設置在傳送帶上的濾膜6，所述傳送帶兩端分別纏繞在通過步進電機8帶動旋轉(zhuǎn)的傳動輪7上；抽氣裝置包括一個通過通氣管與上述樣品采集腔2連通的真空泵5，所述通氣管上還設置有流量閥4。這里，壓縮噴嘴3的噴嘴處于濾膜6上方1-3毫米，直徑為1mm，與真空泵5的相連的通氣管進氣口處于壓縮噴嘴3的正下方10-25毫米處。樣品分析腔20的通過一個玻璃板將其分隔為上下兩部分。光學分析測量機構(gòu)包括與上述樣品采集腔2相通的樣品分析腔20，上述傳送帶一端設置在樣品采集腔2內(nèi)，另一端被步進電機輸送至樣品分析腔20內(nèi)；所述傳送帶另一端上方設有用以聚光的聚焦透鏡10，下方設有用以測量所述聚焦透鏡10與傳送帶位置的測距儀9 ；聚焦透鏡10通過傳動機構(gòu)與一個聚焦透鏡步進電機11相連，用以控制聚焦透鏡10 的上下垂直運動；所述聚焦透鏡10上方設有用以發(fā)射檢測光源的激光器16 ；這里，激光器 16采用Nd: YAG激光器，輸出波長為1064納米，激光能量范圍為100 500毫焦。所述激光器通過聚焦透鏡10將平行光源射至聚焦后設置傳送帶的濾膜6上；所述聚焦透鏡10與激光器16之間還設有用以接收濾膜6反射光并將該反射光發(fā)射出去的中空反射鏡12，該光學分析測量機構(gòu)還包括設置在中空反射鏡12旁用以接收中空反射鏡12的發(fā)射光的且依次連接的收光系統(tǒng)13和分光系統(tǒng)14，所述分光系統(tǒng)14出射端設置有光電探測器15，收光系統(tǒng)13包括至少兩個同軸設置的凸透鏡，光學分析測量機構(gòu)還包括一個與上述激光器16相連用以控制激光器16發(fā)射頻率的脈沖發(fā)生器17。分析系統(tǒng)包括一個與上述光電探測器15相連且設置在樣品分析腔20內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器18以及設置在樣品分析腔20外的控制分析器19。測距儀9、步進電機8、A/D轉(zhuǎn)換器18以及聚焦透鏡步進電機22均與上述控制分析器四相連，在本實施例中，控制分析器四即計算機系統(tǒng)。下面具體介紹下本分析儀的工作步驟a、將煙氣中有毒顆粒物的激光擊穿光譜實時在線檢測分析儀安置在需檢測的煙氣附近，打開抽氣真空泵5調(diào)節(jié)流量閥4，使抽氣的流量控制在lL/s，抽氣1分鐘；b、此時，步進電機8開始工作將濾膜6上的樣品移到聚焦透鏡10的焦點處，測距儀9測出聚焦透鏡10與濾膜6的距離，然后反饋到控制分析器19，由控制分析器19控制步進電機11使聚焦透鏡10與濾膜6的距離始終恒定等于聚焦透鏡10的焦距，然后脈沖發(fā)生器17給Nd: YAG激光器16 —個脈沖信號，Nd:YAG激光器16在外觸發(fā)端收到一個脈沖信號就發(fā)出一個脈沖激光，脈沖經(jīng)聚焦透鏡10，聚焦到濾膜6上；C、當濾膜6上的有毒顆粒物被聚焦的高能量激光束擊穿后，會形成等離子體，煙氣中的各種物質(zhì)將被激發(fā)到高能態(tài)，在下一個脈沖激光到達之前，高能態(tài)的各種物質(zhì)將回到基態(tài)，在此過程中，各種物質(zhì)會輻射出各自的特征光譜；d、等離子體發(fā)出特征光譜會經(jīng)煙氣中有毒顆粒物的激光擊穿光譜實時在線檢測分析儀的聚焦透鏡10準直，然后經(jīng)中孔反射鏡12反射，進入收光系統(tǒng)13，直接進入分光系統(tǒng)14進行分光；e、分光系統(tǒng)14對接收到的光信號分光后傳入光電探測器15，此時，脈沖發(fā)生器17 激發(fā)該脈沖激光同時發(fā)出的另一個脈沖信號觸發(fā)光電探測器15進行開門采集，并將采集到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器18把模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，并導入控制分析器19，通過控制分析器19的處理以后得到所含物質(zhì)濃度。表1為現(xiàn)有LIBS技術直接檢測標準樣品的檢測精度和誤差。表 權(quán)利要求1.一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，其特征在于，包括用于采集空氣污染物的樣品采集機構(gòu)、接收樣品采集機構(gòu)所采集的空氣污染物并利用光學原理對其進行分析后并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光學分析測量機構(gòu)、以及將光學分析測量機構(gòu)輸出的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后進行分析的分析系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，其特征在于，所述的樣品采集機構(gòu)包括樣品采集腔O)、設置在樣品采集腔O)內(nèi)的樣品采集裝置、 設置樣品采集腔⑵內(nèi)且進氣口設在樣品采集腔⑵外與大氣相通出氣口設置在樣品采集裝置上方的進氣管(1)、以及設置在樣品采集腔( 下方并與樣品采集腔( 連通的抽氣裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，其特征在于，所述的抽氣裝置包括一個通過通氣管與上述樣品采集腔( 連通的真空泵(5)，所述通氣管上還設置有流量閥G)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，其特征在于，所述的樣品采集裝置包括傳送帶以及均勻設置在傳送帶上的濾膜(6)，所述傳送帶兩端分別纏繞在通過步進電機(8)帶動旋轉(zhuǎn)的傳動輪(7)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，其特征在于，所述光學分析測量機構(gòu)包括與上述樣品采集腔( 相通的樣品分析腔(20)，上述傳送帶一端設置在樣品采集腔O)內(nèi)，另一端被步進電機輸送至樣品分析腔00)內(nèi)；所述傳送帶另一端上方設有用以聚光的聚焦透鏡(10)，下方設有用以測量所述聚焦透鏡(10)與傳送帶位置的測距儀(9)；所述聚焦透鏡(10)上方設有用以發(fā)射檢測光源的激光器(16)；所述激光器通過聚焦透鏡(10)將平行光源射至聚焦后設置傳送帶的濾膜(6)上；所述聚焦透鏡(10)與激光器(16)之間還設有用以接收濾膜(6)反射光并將該反射光發(fā)射出去的中空反射鏡(12)，該光學分析測量機構(gòu)還包括設置在中空反射鏡(12)旁用以接收中空反射鏡 (12)的發(fā)射光的且依次連接的收光系統(tǒng)(13)和分光系統(tǒng)(14)，所述分光系統(tǒng)(14)出射端設置有光電探測器(15)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，其特征在于，所述光學分析測量機構(gòu)還包括一個與上述激光器(16)相連用以控制激光器(16)發(fā)射頻率的脈沖發(fā)生器(17)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，其特征在于，所述分析系統(tǒng)包括一個與上述光電探測器(1 相連且設置在樣品分析腔00)內(nèi)的A/ D轉(zhuǎn)換器(18)以及設置在樣品分析腔00)外的控制分析器(19)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，其特征在于，所述的聚焦透鏡(10)通過傳動機構(gòu)與一個聚焦透鏡步進電機(11)相連，用以控制聚焦透鏡(10)的上下垂直運動。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，其特征在于，所述測距儀(9)、步進電機(8)、A/D轉(zhuǎn)換器(18)以及聚焦透鏡步進電機0 均與上述控制分析器09)相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，其特征在于，所述收光系統(tǒng)(13)包括至少兩個同軸設置的凸透鏡，所述的進氣管(1)的出氣口端還設置有壓縮噴嘴(3)。
專利摘要本實用新型涉及一種煙氣中有毒顆粒物的實時在線檢測分析儀，包括用于采集空氣污染物的樣品采集機構(gòu)、接收樣品采集機構(gòu)所采集的空氣污染物并利用光學原理對其進行分析后并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光學分析測量機構(gòu)、以及將光學分析測量機構(gòu)輸出的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后進行分析的分析系統(tǒng)。因此，本實用新型具有如下優(yōu)點通過先對有毒顆粒進行富集到濾膜上可以大大的降低檢測限；可以同時檢測煙氣中鐵、銅、鋁、鉛、鎘、汞、砷等污染物及其濃度；通過測距和反饋系統(tǒng)使聚焦透鏡與濾膜的位置保持恒定等于聚焦透鏡的焦距，大大提高了由于焦點位置變化引起的波動；結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適合對煙氣中有毒顆粒物的實時在線監(jiān)測。
文檔編號G01N21/63GK202256158SQ201120407229
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者井傳發(fā), 劉林美, 吳金泉, 李虹杰, 林兆祥 申請人:中南民族大學, 武漢市天虹儀表有限責任公司