基于紫外吸收光谱H₂S和SO₂混合气体浓度可调波长测量装置的制造方法

基于紫外吸收光谱H₂S和SO₂混合气体浓度可调波长测量装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型为一种基于紫外吸收光谱H2S和SO2混合气体浓度可调波长测量装置，该装置包括光源模块、紫外光波段调节模块、混合气体注入提取模块和气体浓度测量分析模块；所述的光源模块为紫外光源；所述的紫外光波段调节模块包括第一透镜与紫外截止滤波片两部分；所述的混合气体注入提取模块包括样品池、第一球阀、样品集气瓶、第二球阀、真空计、真空泵和第二透镜；其中紫外光源、第一透镜、紫外截止滤波片、样品池、透镜前后顺次排列并同轴分布；样品集气瓶与样品池连接；真空计、真空泵分别与样品池相连。本实用新型利用紫外吸收光谱技术，紫外光能被这两种气体特征吸收，实现了实时性检测和自动测量。
【专利说明】
基于紫外吸收光谱H2S和SO2混合气体浓度可调波长测量装置
技术领域
[0001]本实用新型属于混合气体浓度测量仪器技术领域，具体来说是基于紫外吸收光谱H2S和SO2混合气体浓度可调波长测量装置。
【背景技术】
[0002]就目前社会发展的现状来说，经济发展的同时也造成了能量的大量消耗，进而导致环境污染的问题越来越严重，而大气污染也是多种环境污染中最为严重的一个，针对于大气污染物中主要污染物H2S和SO2气体的测量来说，以往传统测量低浓度的H2S和SO2混合气体的方法主要为化学分析法，即需在现场采取样品，然后带到实验室或在现场用特定的仪器进行分析，这样操作比较复杂，而且需要较大的人力和实时性也比较差，另外重庆大学的梅魏鹏发表的硕士论文基于紫外差分光谱的S02、N0X混合气体的检测算法研究，文中只是大概分析了一些降噪手段和通过不同的反演算法来提高精度，实时性差且操作计算要复杂了很多；申请号为200910135826.8的中国发明专利申请公开了一种智能紫外气体分析仪产品，此专利是采用两个电检测器来测量气体浓度的，无法避免各自光路和电路中产生的外界影响，难以高精度、稳定地实现低浓度气体的测量。现在对于污染气体的检测有效的手段与技术还是相对于来说是比较少的，对于其主要大气污染物中的H2S和S02?量技术运用到实际类型的实时气体检测仪器更少之又少，且技术手段很不成熟，测量精度也不是很高；因此开发具有在线监测H2S和SO2混合气体浓度值功能的高精度的仪器对我们应对环境污染来说是迫切需要的。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术测量误差大和测量精度低等不足，提供了一种紫外吸收光谱H2S和SO2混合气体浓度可调光波测量装置。本实用新型测量装置创新的结合紫外滤波片、maya2000pro的光纤光谱仪、石英玻璃做的紫外吸收率低的样品池以及计算机与其他辅助器件;实现了高精度实时在线检测H2S和SO2混合气体的浓度值;其中通过紫外光波段调节模块，能够实现手动调节光波段，可单一测其中一种气体(H2S气体)浓度值;整个H2S和SOJg合气体浓度测量装置的测量误差小，测量精度高。
[0004]本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是:
[0005]—种基于紫外吸收光谱的混合气体浓度可调波长测量装置，该装置包括光源模块、紫外光波段调节模块、混合气体注入提取模块和气体浓度测量分析模块;其中光源模块、紫外光波段调节模块、混合气体注入提取模块和气体浓度测量分析模块依照光源光照方向顺序排列；
[0006]所述的光源模块为紫外光源；
[0007]所述的紫外光波段调节模块包括第一透镜与紫外截止滤波片两部分；
[0008]所述的混合气体注入提取模块包括样品池、样品集气瓶、真空计、真空栗和第二透镜；其中紫外光源、第一透镜、紫外截止滤波片、样品池、第二透镜前后顺次排列并同轴分布;样品集气瓶与样品池连接;真空计、真空栗分别与样品池相连；
[0009]所述气体浓度测量分析模块的组成包括光纤、光谱仪和计算机;其中光纤、光谱仪和计算机依次连接;光纤的光纤探头位于第二透镜的焦点处。
[0010]所述的光谱仪采用maya2000prO的光纤光谱仪;所述的紫外光源为氘灯放射的160nm?450nm的紫外光。
[0011 ]与现有气体浓度检测技术相比，本实用新型克服了以往化学检测误差大和精度低的特点，实现了实时性检测和自动测量，具有很大的先进性，具体体现在以下几个方面:
[0012](I)实用新型装置是利用紫外吸收光谱技术，紫外光能被这两种气体特征吸收;并根据线性理论导出了一种新的测量H2S和SO2混合气体中H2S气体浓度的测量方法，这种H2S线性测量方法简单有效且测量精度高，另外实用新型装置创新的加入了紫外滤波片来调节入射光的波长，把波长截止到200nm范围内，H2S气体的特征吸收峰在190nm?200nm范围内，而SO2气体在此波段特征吸收很弱，这样就能更好更精确的测量H2S气体的浓度。
[0013](2)测量方法简单;我们可以对低浓度地的H2S和SO2混合气体浓度一起进行检测；而且可以达到完全不用人工接触的自动监测;进而减少人为因素所造成误差的影响。
[0014](3)装置仪器的灵敏度也是很高的;对于污染气体只需选择恰当的光谱波段，其测量结果就可达很高的数量级的浓度(可到ppm量级)；达到很高的测量精度。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型基于紫外吸收光谱H2S和SO2混合气体浓度可调波长测量装置的整体结构框架图。
[0016]图2是本实用新型基于紫外吸收光谱H2S和SO2混合气体浓度测量装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0018]如图1所示，本实用新型基于紫外吸收光谱的混合气体浓度可调波长测量装置包括光源模块1、紫外光波段调节模块2、混合气体注入提取模块3和气体浓度测量分析模块4;其中光源模块1、紫外光波段调节模块2、混合气体注入提取模块3和气体浓度测量分析模块4依照光源光照方向顺序排列；
[0019]所述的光源模块I为紫外光源，在直流电源驱动下氘灯将发出波长在160nm?450nm的紫外光;
[0020]所述的紫外光波段调节模块2包括第一透镜201与紫外截止滤波片202两部分，光源发出的紫外光经透镜准直后;再通过可控制的通过紫外截止滤波片后进入混合气体注入提取模块3 ；
[0021 ]如图2所示，混合气体注入提取模块3包括样品池301、第一球阀302、样品集气瓶303、第二球阀304、真空计305、真空栗306和第二透镜307;其中光源模块I的氘灯、第一透镜201、紫外截止滤波片202、样品池301、第二透镜307前后顺次排列并同轴分布；即根据紫外光的线路按顺序同轴分布;样品集气瓶303经第一球阀302与样品池301连接;真空计305、真空栗306经第二球阀304分别与样品池301相连；
[0022]具体为:样品池301为H2S和SO2混合气体检测容器;所述的球阀302是为了控制样品集气瓶303与样品池301气体流通的阀门；真空计305是为了测定和控制样品池的压强，维持稳定的测量环境;所述球阀306是用来控制与外环境连接，排出测量后的H2S和502混合气体；透镜307将再一次汇聚通过样品池已经被H2S和SO2混合气体特征吸收的近紫外光束，汇聚后的光束打到气体浓度测量分析模块4的光纤401的光纤探头上；
[0023]如图2所示，所述气体浓度测量分析模块4的组成包括光纤401、光谱仪402、计算机403;其中光纤401、光谱仪402和计算机403依次连接;光纤401的光纤探头位于第二透镜307的焦点处。
[0024]光谱仪402采用maya2000pro的光纤光谱仪，即插即用型，分辨率在0.3?111111，波长宽度160?450nm，具有宽动态范围和优异的紫外线反应等，能降低电子噪声，自动消除背景光的影响，适用于低亮度和的高的紫外线灵敏度，能够满足较低浓度的待测H2S和SO2混合气体;被H2S和SO2混合气体特征吸收的近紫外光束在光谱仪中进行模/数转化处理，最后将由光谱仪转换的数字数据传递到与其相连接的计算机403上，计算机装有与光谱仪对应的数据处理软件，得到H 2 S和S O 2混合气体的特征吸收光谱图，其中计算机4 O 3中装有0riginpro8.1光谱专业制图数据分析软件；
[0025]所述基于紫外吸收光谱H2S和SO2混合气体浓度可调波长测量装置工作原理和测量使用过程是:
[0026]A.首先为工作原理:本实用新型H2S和SO2混合气体浓度测量装置依靠的是技术原理是Beer-Lambert定律为理论基础并结合线型理论，采用紫外波段吸收光谱检测技术，利用混合气体中二氧化硫(S02)和硫化氢(H2S)在190nm?230nm的吸收光谱重叠范围进行S02和H2S的混合气体浓度测量。
[0027]本实用新型对测量SO2和H2S混合气体浓度值关键的创新测量技术为:
[0028](I)首先测量计算混合气体中SO2的浓度值，因为H2S气体的吸收光谱不会对测SO2的浓度值时所需的S02的特征吸收光谱造成影响，由Beer-Lambert定律计算公式可知，对于SO2气体的浓度值可以由其特征吸收光谱的峰谷比来反映，然后再根据所测混合气体光谱的峰谷特性，选择吸收光谱上波长几个非常接近的峰谷来推导气体SO2的浓度值，本实用新型自己编写了一段采集计算SO2的浓度峰谷比的程序，利用编写的程序直接准确的得到多组SO2气体特征吸收峰谷值，在对几组峰谷比值求得平均值，最后通过程序直接得到所测SO2的精确浓度值。
[0029](2)以往的技术很难将H2S气体的吸收光谱从SO2和H2S混合气体的光谱中提取出来，而且从光谱技术来说单独测量H2S气体浓度技术方法也很少，本实用新型开创了一种简单有效的H2S气体浓度测量技术手段，首先利用SO2和H2S混合气体的光谱数据值减去混合气体中相应的SO2气体吸收光谱数据值来获得H2S气体的吸收光谱的技术，并通过先采集无待测气体时的背底光谱图，利用背地光谱的数据减去单独H2S气体的光谱图的数据后再除以背底光谱数据来得到H2S气体的特征吸收峰图，之后根据线性理论拟合出H2S气体特征吸收峰与其浓度值的线性曲线，最后H2S气体的浓度值可由将特征吸收峰直接代入所拟合好的线性曲线得到。
[0030](3)本实用新型在测量装置方面创新的设置了紫外光波段调节模块，即在光源与开始的透镜之间设置一个紫外截止滤波片，可以手动调节入射到样品池光的波长，把波长截止到200nm范围内，因为H2S气体的特征吸收峰在190nm?200nm范围内，而SO2气体在此波段特征吸收很弱，把其他200nm以上的波段光截止掉也对应的增强了待测气体在此波段光的有效吸收;这样就能更好更精确的测量出H2S气体的浓度。
[0031]B.本实用新型测量使用过程:首先通过氘灯光源发出近紫外的光，光源需稳定一小段时间，防止刚打开电源时氘灯发出紫外光纤会发生扰动而影响装置对SO2和H2S混合气体浓度测量结果的精度造成影响;光源发出的紫外先通过可调节的紫外截止滤波片后再经透镜准直紫外光；然后再将得到准直后的紫外平行光束通过样品池301;之后再打开球阀302将集气瓶303中待测浓度的SO2和H2S混合气体注入到样品池中，之后近紫外光束再通过样品池时经所要测的SO2和H2S混合气体特征吸收后，再经过透镜307汇聚到光纤401的光纤探头上;然后在经光纤传输到光谱仪402内，经光谱仪对传输的数据进行数据转换，主要是经模/数转化，最后输入到计算机403进行处理，在用光谱仪专用软件显示出光谱信号的图形曲线;最后再对测得数据与光谱图进行处理分析。
[0032]实施例1
[0033]本实施例采用上述连接关系，其中光源机构采用直流驱动的氘灯光源，用于得到近紫外光束，所述光谱仪402采用maya2000prO的光纤光谱仪，用于接受采集通过样品池后已经由气体特征吸收的近紫外光，对数据进行模/数转化处理。
[0034]本实用新型未述及之处适用于现有技术。
【主权项】
1.一种基于紫外吸收光谱H2S和SO2混合气体浓度可调波长测量装置，其特征为该装置包括光源模块、紫外光波段调节模块、混合气体注入提取模块和气体浓度测量分析模块;其中，光源模块、紫外光波段调节模块、混合气体注入提取模块和气体浓度测量分析模块依照光源光照方向顺序排列； 所述的光源模块为紫外光源； 所述的紫外光波段调节模块包括第一透镜与紫外截止滤波片两部分； 所述的混合气体注入提取模块包括样品池、样品集气瓶、真空计、真空栗和第二透镜；其中紫外光源、第一透镜、紫外截止滤波片、样品池、第二透镜前后顺次排列并同轴分布;样品集气瓶与样品池连接;真空计、真空栗分别与样品池相连； 所述气体浓度测量分析模块的组成包括光纤、光谱仪和计算机;其中光纤、光谱仪和计算机依次连接;光纤的光纤探头位于第二透镜的焦点处。2.如权利要求1所述的基于紫外吸收光谱H2S和SO2混合气体浓度可调波长测量装置，其特征为所述的光谱仪采用maya2000prO的光纤光谱仪;所述的光源模块中紫外光源为氘灯放射的160nm?450nm的紫外光。
【文档编号】G01N21/33GK205484030SQ201620316905
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】张雯, 周亚同, 石学超, 任婷婷, 谢阳
【申请人】河北工业大学