專利名稱：基于關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)的二氧化硫氣體濃度的檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是氣體濃度的測量領(lǐng)域，具體涉及的是一種二氧化硫濃度檢 測的裝置。
背景技術(shù)：
目前國際上針對二氧化硫氣體的檢測裝置有很多種，其中較常用的為利用 光學(xué)吸收法的非色散光學(xué)吸收技術(shù)的檢測裝置和利用光學(xué)吸收法的差分光學(xué) 吸收光譜技術(shù)的檢測裝置。非色散光學(xué)吸收技術(shù)的檢測裝置是通過對比吸收前 后的光強(qiáng)差的方式來獲得待測氣體濃度，但是這種裝置易受與光強(qiáng)波動有關(guān)的 干擾；差分光學(xué)吸收光譜技術(shù)的檢測裝置是通過光譜信息推演待測氣體濃度， 這種裝置的缺點(diǎn)是必須使用光譜儀等色散設(shè)備，系統(tǒng)復(fù)雜、成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的二氧化硫檢測裝置易受光強(qiáng)波動干擾，以及系統(tǒng) 復(fù)雜度高、成本過高的問題，從而提供一種基于關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)的二氧化硫氣體 濃度的檢測裝置。
基于關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)的二氧化硫氣體濃度的檢測裝置，它由正弦波發(fā)生器、 電壓驅(qū)動器、發(fā)光二極管、準(zhǔn)直透鏡、樣品池、分光鏡、參考池、第一凸透鏡、 第一探測器、第二凸透鏡、第二探測器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)組成，正弦波發(fā) 生器的輸出端與電壓驅(qū)動器的輸入端連接，電壓驅(qū)動器的輸出端與發(fā)光二極管 的電壓輸入端連接，發(fā)光二極管的輸出光入射至準(zhǔn)直透鏡，經(jīng)準(zhǔn)直透鏡透射得 到平行光，所述平行經(jīng)過樣品池后入射至分光鏡，所述平行光經(jīng)分光鏡分成反 射光和透射光，所述反射光入射至第二凸透鏡，經(jīng)第二凸透鏡聚焦至第二探測 器，透射光經(jīng)過參考池后入射至第一凸透鏡，經(jīng)第一凸透鏡聚焦至第一探測器， 所述第一探測器的輸出端和第二探測器的輸出端分別連接數(shù)據(jù)采集卡的兩個 數(shù)據(jù)輸入端，所述數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)輸出端與計算機(jī)的輸入端連接，樣品池中的介質(zhì)是待測二氧化硫氣體，參考池中的介質(zhì)是飽和濃度的二氧化硫氣體。
本發(fā)明利用關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)實現(xiàn)了對二氧化硫氣體濃度的有效檢測，用參考 氣體本身的光譜信息實現(xiàn)了對二氧化硫的選擇性探測，排除了光強(qiáng)波動帶來的 干擾。并且系統(tǒng)組成簡單，無需使用光譜儀等色散設(shè)備，成本較低。本發(fā)明可 以達(dá)到的最低檢測限低于1PPM (PPM為百萬分率)，尤其充分滿足了工業(yè)污 染排放監(jiān)測的要求。


圖1是本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明具體實施方式
七中光 強(qiáng)對比度與待測量氣體濃度的對應(yīng)關(guān)系圖(橫軸為待測量氣體濃度；縱軸為光 強(qiáng)對比度)。
具體實施例方式
具體實施方式
一結(jié)合圖1說明本具體實施方式
，基于關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)的二 氧化硫氣體濃度的檢測裝置，它由正弦波發(fā)生器9、電壓驅(qū)動器8、發(fā)光二極
管l、準(zhǔn)直透鏡2、樣品池3、分光鏡4、參考池5、第一凸透鏡6、第一探測 器7、第二凸透鏡10、第二探測器11、數(shù)據(jù)采集卡12和計算機(jī)13組成，正 弦波發(fā)生器9的輸出端與電壓驅(qū)動器8的輸入端連接，電壓驅(qū)動器8的輸出端 與發(fā)光二極管1的電壓輸入端連接，發(fā)光二極管1的輸出光入射至準(zhǔn)直透鏡2， 經(jīng)準(zhǔn)直透鏡2透射得到平行光，所述平行經(jīng)過樣品池3后入射至分光鏡4，所 述平行光經(jīng)分光鏡4分成反射光和透射光，所述反射光入射至第二凸透鏡10， 經(jīng)第二凸透鏡10聚焦至第二探測器11，透射光經(jīng)過參考池5后入射至第一凸 透鏡6，經(jīng)第一凸透鏡6聚焦至第一探測器7，所述第一探測器7的輸出端和 第二探測器11的輸出端分別連接數(shù)據(jù)采集卡12的兩個數(shù)據(jù)輸入端，所述數(shù)據(jù) 采集卡12的數(shù)據(jù)輸出端與計算機(jī)13的輸入端連接，樣品池3中的介質(zhì)是待測 二氧化硫氣體，參考池5中的介質(zhì)是飽和濃度的二氧化硫氣體。
工作原理發(fā)光二極管1在電壓驅(qū)動器8的驅(qū)動下發(fā)出紫外光，由正弦信 號發(fā)生器9產(chǎn)生頻率為f Hz的正弦信號，并輸入到電壓驅(qū)動器8中對發(fā)光二極管1的輸出光強(qiáng)進(jìn)行幅度調(diào)制，帶有f Hz幅度調(diào)制的紫外光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡2
后變?yōu)槠叫泄猓诮?jīng)過裝有待測氣體的樣品池3后被分光鏡4分為透射光和發(fā)
射光，透射光(參考光)經(jīng)過裝有飽和濃度二氧化硫的參考池5再經(jīng)第一凸透
鏡6聚焦后被第一探測器7接收，反射光(樣品光)直接經(jīng)第二凸透鏡10聚
焦后被第二探測器11接收，第一探測器7和第二探測器11的產(chǎn)生的信號輸入
到數(shù)據(jù)采集卡12中進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，得到的數(shù)字信號通過PCI接口輸入到計算
機(jī)13中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，計算機(jī)對帶有幅度調(diào)制的兩路光信號在f頻率處
解調(diào)出高信噪比的原始信號，根據(jù)公式
M《-J/具"/》
式中M為兩路光強(qiáng)的對比度，^和/s分別是參考光(透射光)和樣品光(反 射光)的光強(qiáng)，」是樣品池中不含有待測氣體時對比度為零所對應(yīng)的常數(shù)。
計算兩路光強(qiáng)的對比度。并利用光強(qiáng)對比度和樣品池中氣體的二氧化硫濃 度所具有的對應(yīng)關(guān)系得到二氧化硫氣體濃度(即在零點(diǎn)校準(zhǔn)時獲得的值)。
具體實施方式
二本具體實施方式
與具體實施方式
一所述的基于關(guān)聯(lián)光譜 技術(shù)的二氧化硫氣體濃度的檢測裝置的區(qū)別在于，電壓驅(qū)動器8的調(diào)制頻率為
1 100KHz。
具體實施方式
三本具體實施方式
與具體實施方式
一或二所述的基于關(guān)聯(lián)
光譜技術(shù)的二氧化硫氣體濃度的檢測裝置的區(qū)別在于，準(zhǔn)直透鏡2、分光鏡4、 第一凸透鏡6和第二凸透鏡10的材質(zhì)均為石英。
具體實施方式
四:本具體實施方式
與具體實施方式
三所述基于關(guān)聯(lián)光譜技
術(shù)的二氧化硫氣體濃度的檢測裝置的區(qū)別在于，第一探測器7和第二探測器
ll均為硅探測器。
具體實施方式
五本具體實施方式
與具體實施方式
一、二或四所述的基于 關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)的二氧化硫氣體濃度的區(qū)別在于，參考池5中二氧化硫氣體的飽 和濃度為10000PPM 20000PPM。
具體實施方式
六本具體實施方式
與具體實施方式
五所述的基于關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)的二氧化硫氣體濃度的區(qū)別在于，發(fā)光二極管1的中心波長為300nm。 本實施方式可以達(dá)到的最低檢測限低于1PPM。
具體實施方式
七本具體實施方式
采用具體實施方式
一所述的裝置，再選
定如下參數(shù)
電壓驅(qū)動器8的調(diào)制頻率為2KHz，參考池5中的二氧化硫氣體飽和濃度 為IOOOOPPM，發(fā)光二極管1的中心波長為300nm;
通過公式計算出兩光強(qiáng)對比度，根據(jù)得到的不同光強(qiáng)對比度確定樣品池的 二氧化硫濃度，結(jié)果如圖2所示。
權(quán)利要求
1、基于關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)的二氧化硫氣體濃度的檢測裝置，其特征是它由正弦波發(fā)生器(9)、電壓驅(qū)動器(8)、發(fā)光二極管(1)、準(zhǔn)直透鏡(2)、樣品池(3)、分光鏡(4)、參考池(5)、第一凸透鏡(6)、第一探測器(7)、第二凸透鏡(10)、第二探測器(11)、數(shù)據(jù)采集卡(12)和計算機(jī)(13)組成，正弦波發(fā)生器(9)的輸出端與電壓驅(qū)動器(8)的輸入端連接，電壓驅(qū)動器(8)的輸出端與發(fā)光二極管(1)的電壓輸入端連接，發(fā)光二極管(1)的輸出光入射至準(zhǔn)直透鏡(2)，經(jīng)準(zhǔn)直透鏡(2)透射得到平行光，所述平行經(jīng)過樣品池(3)后入射至分光鏡(4)，所述平行光經(jīng)分光鏡(4)分成反射光和透射光，所述反射光入射至第二凸透鏡(10)，經(jīng)第二凸透鏡(10)聚焦至第二探測器(11)，透射光經(jīng)過參考池(5)后入射至第一凸透鏡(6)，經(jīng)第一凸透鏡(6)聚焦至第一探測器(7)，所述第一探測器(7)的輸出端和第二探測器(11)的輸出端分別連接數(shù)據(jù)采集卡(12)的兩個數(shù)據(jù)輸入端，所述數(shù)據(jù)采集卡(12)的數(shù)據(jù)輸出端與計算機(jī)(13)的輸入端連接，樣品池(3)中的介質(zhì)是待測二氧化硫氣體，參考池(5)中的介質(zhì)是飽和濃度的二氧化硫氣體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)的二氧化硫氣體濃度的檢測 裝置，其特征在于，電壓驅(qū)動器(8)的調(diào)制頻率為1 100KHz。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)的二氧化硫氣體濃度的 檢測裝置，其特征在于，準(zhǔn)直透鏡(2)、分光鏡(4)、第一凸透鏡(6)和第 二凸透鏡(10)的材質(zhì)均為石英。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)的二氧化硫氣體濃度的檢測 裝置，其特征在于，第一探測器(7)和第二探測器(11)均為硅探測器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或4所述的基于關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)的二氧化硫氣體濃度 的檢測裝置，其特征在于，參考池(5)中二氧化硫氣體的飽和濃度為 10000PPM 20000PPM。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)的二氧化硫氣體濃度的檢測 裝置，其特征在于，發(fā)光二極管(1)的中心波長為300nm。
全文摘要
基于關(guān)聯(lián)光譜技術(shù)的二氧化硫氣體濃度的檢測裝置，它涉及氣體濃度的測量領(lǐng)域。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的二氧化硫檢測裝置易受光強(qiáng)波動干擾，或系統(tǒng)復(fù)雜、成本大的問題?；陉P(guān)聯(lián)光譜技術(shù)的二氧化硫氣體濃度的檢測裝置，正弦波發(fā)生器的輸出端與電壓驅(qū)動器的輸入端連接，電壓驅(qū)動器的輸出端與發(fā)光二極管的電壓輸入端連接，發(fā)光二極管的輸出光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡透射后經(jīng)過樣品池和分光鏡，并由分光鏡分成反射光和透射光，反射光經(jīng)第二凸透鏡聚焦至第二探測器，透射光經(jīng)過參考池后經(jīng)第一凸透鏡聚焦至第一探測器，樣品池中的介質(zhì)是待測二氧化硫氣體，參考池中的介質(zhì)是飽和濃度的二氧化硫氣體。本發(fā)明適用于多種需要測量二氧化硫濃度的場合。
文檔編號G01N21/61GK101498665SQ200910071459
公開日2009年8月5日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者婁秀濤, 張治國, 高寶烈·薩姆斯菲林 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)