專利名稱：二氧化氮氣體濃度監測系統及其監測方法
技術領域：
本發明涉及二氧化氮氣體的濃度監測系統，本發明還涉及二氧化氮氣體的濃度監測方法。
背景技術：
隨著經濟的發展，排放到空氣中的二氧化氮不斷增加。對燃煤電站鍋爐排放的二氧化氮等污染物如不加以控制，將造成嚴重的城市空氣污染和環境污染。因此，對燃煤電站鍋爐污染物排放的在線監測勢在必行。目前實現在線氣體監測的技術主要有差分吸收光譜(DOAS)技術和激光雷達(LIDAR)技術。其中，DOAS技術一般應用光學參量振蕩器作為發射源，而光學參量振蕩器的價格昂貴，并且這種技術對分光儀器，探測器件的要求很高，所以導致整套設備的成本非常高。而LIDAR設備價格昂貴，一般在上千萬元，LIDAR的設備維護費用也很高，因此它很少用于對污染氣體的實時監測，主要用作污染氣體的普查。
發明內容
本發明的目的是提供一種二氧化氮氣體濃度監測系統，以克服現有的在線氣體監測裝置價格昂貴、維修費用高的缺陷。本發明包含氣體通道，它還包含發光二極管、一號凸透鏡、二號凸透鏡、攝譜儀、計算機；一號凸透鏡、氣體通道和二號凸透鏡位于發光二極管和攝譜儀之間并使發光二極管發出的光依次通過一號凸透鏡、氣體通道和二號凸透鏡輸入到攝譜儀的光檢測輸入端，攝譜儀的數據輸出端連接計算機的數據輸入端；計算機由從攝譜儀得到被測氣體光譜的數據接收單元、能在光譜中與波長Anm相鄰近處取波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)的取值單元和把波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)帶入N＝-Ln[I(λ1)÷I(λ2)]÷{[σ(λ1)-σ(λ2)]×L}公式中計算出NO2氣體濃度的計算單元組成，公式中的σ(λ1)為NO2在波長λ1處的吸收截面值，σ(λ2)為NO2在波長λ2處的吸收截面值，L為光在氣體通道中行進的路程，N是氣體通道中NO2氣體的平均濃度，所述波長A的值為420～460數值區間內的任意一個數值。本發明中使用的作為光源的發光二極管價格非常低廉，因此大大降低了本發明裝置的成本(本發明約幾十萬元)，結構簡單，因此維修方便。本發明具有結構簡單、操作方便、成本低、精度高的優點，能在線對NO2氣體的濃度進行監測。
本發明還提供了應用于二氧化氮氣體濃度監測系統的監測方法。它由以下步驟組成一、光譜提取步驟使二氧化氮氣體流入氣體通道，同時使發光二極管發出的光依次通過一號凸透鏡、氣體通道和二號凸透鏡輸入到攝譜儀的光檢測輸入端，攝譜儀提取出光譜；二、NO2氣體濃度計算步驟通過計算機內的數據接收單元接收攝譜儀提取出的光譜；然后通過計算機內的取值單元在光譜中與波長Anm相鄰近處取波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)，所述波長A的值為420～460數值區間內的任意一個數值；接著通過計算機內的計算單元把波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)帶入N＝-Ln[I(λ1)÷I(λ2)]÷{[σ(λ1)-σ(λ2)]×L}公式中計算出NO2氣體濃度，公式中的σ(λ1)為NO2在波長λ1處的吸收截面值，σ(λ2)為NO2在波長λ2處的吸收截面值，L為光在氣體通道中行進的路程，N是氣體通道3中NO2氣體的平均濃度，。
圖1是本發明的系統結構示意圖，圖2是攝譜儀5得到的光譜示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一結合圖1和圖2具體說明本實施方式，本實施方式由發光二極管1、一號凸透鏡2、氣體通道3、二號凸透鏡4、攝譜儀5、計算機6組成；一號凸透鏡2、氣體通道3和二號凸透鏡4位于發光二極管1和攝譜儀5之間并使發光二極管1發出的光依次通過一號凸透鏡2、氣體通道3和二號凸透鏡4輸入到攝譜儀5的光檢測輸入端，攝譜儀5的數據輸出端連接計算機6的數據輸入端；計算機6由從攝譜儀5得到被測氣體光譜的數據接收單元6-1、能在光譜中與波長Anm相鄰近處取波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)的取值單元6-2和把波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)帶入N＝-Ln[I(λ1)÷I(λ2)]÷{[σ(λ1)-σ(λ2)]×L}公式中計算出NO2氣體濃度的計算單元6-3組成，公式中的σ(λ1)為NO2在波長λ1處的吸收截面值，σ(λ2)為NO2在波長λ2處的吸收截面值，分別是NO2在波長λ1和λ2處的物理常量。L為光在氣體通道3中行進的路程，N是氣體通道3中NO2氣體的平均濃度，所述波長A的值為420～460數值區間內的任意一個數值。所述波長A的最佳取值為440nm。發光二極管1選用的是發光二級管，一號凸透鏡2、二號凸透鏡4都選用石英透鏡，攝譜儀5選用美國oceanoptics公司HR2000型號的產品，具體實施方式
二結合圖1和圖2具體說明本實施方式，本實施方式由以下步驟組成一、光譜提取步驟使二氧化氮氣體流入氣體通道3，同時使發光二極管1發出的光依次通過一號凸透鏡2、氣體通道3和二號凸透鏡4輸入到攝譜儀5的光檢測輸入端，攝譜儀5提取出光譜；二、NO2氣體濃度計算步驟通過計算機6內的數據接收單元6-1接收攝譜儀5提取出的光譜；然后通過計算機6內的取值單元6-2在光譜中與波長Anm相鄰近處取波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)，所述波長A的值為420～460數值區間內的任意一個數值；接著通過計算機6內的計算單元6-3把波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)帶入N＝-Ln[I(λ1)÷I(λ2)]÷{[σ(λ1)-σ(λ2)]×L}公式中計算出NO2氣體濃度，公式中的σ(λ1)為NO2在波長λ1處的吸收截面值，σ(λ2)為NO2在波長λ2處的吸收截面值，L為光在氣體通道3中行進的路程，N是氣體通道3中NO2氣體的平均濃度。
權利要求
1.二氧化氮氣體濃度監測系統，它包含氣體通道(3)，其特征在于它還包含發光二極管(1)、一號凸透鏡(2)、二號凸透鏡(4)、攝譜儀(5)、計算機(6)；一號凸透鏡(2)、氣體通道(3)和二號凸透鏡(4)位于發光二極管(1)和攝譜儀(5)之間并使發光二極管(1)發出的光依次通過一號凸透鏡(2)、氣體通道(3)和二號凸透鏡(4)輸入到攝譜儀(5)的光檢測輸入端，攝譜儀(5)的數據輸出端連接計算機(6)的數據輸入端；計算機(6)由從攝譜儀(5)得到被測氣體光譜的數據接收單元(6-1)、能在光譜中與波長Anm相鄰近處取波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)的取值單元(6-2)和把波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)帶入N＝-Ln[I(λ1)÷I(λ2)]÷{[σ(λ1)-σ(λ2)]×L}公式中計算出NO2氣體濃度的計算單元(6-3)組成，公式中的σ(λ1)為NO2在波長λ1處的吸收截面值，σ(λ2)為NO2在波長λ2處的吸收截面值，L為光在氣體通道(3)中行進的路程，N是氣體通道(3)中NO2氣體的平均濃度，所述波長A的值為420～460數值區間內的任意一個數值。
2.根據權利要求1所述的二氧化氮氣體濃度監測系統，其特征在于所述波長A的取值為440nm。
3.應用于二氧化氮氣體濃度監測系統的監測方法，其特征在于它由以下步驟組成一、光譜提取步驟使二氧化氮氣體流入氣體通道(3)，同時使發光二極管(1)發出的光依次通過一號凸透鏡(2)、氣體通道(3)和二號凸透鏡(4)輸入到攝譜儀(5)的光檢測輸入端，攝譜儀(5)提取出光譜；二、NO2氣體濃度計算步驟通過計算機(6)內的數據接收單元(6-1)接收攝譜儀(5)提取出的光譜；然后通過計算機(6)內的取值單元(6-2)在光譜中與波長Anm相鄰近處取波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)，所述波長A的值為420～460數值區間內的任意一個數值；接著通過計算機(6)內的計算單元(6-3)把波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)帶入N＝-Ln[I(λ1)÷I(λ2)]÷{[σ(λ1)-σ(λ2)]×L}公式中計算出NO2氣體濃度，公式中的σ(λ1)為NO2在波長λ1處的吸收截面值，σ(λ2)為NO2在波長λ2處的吸收截面值，L為光在氣體通道(3)中行進的路程，N是氣體通道(3)中NO2氣體的平均濃度。
全文摘要
二氧化氮氣體濃度監測系統及其監測方法，它克服了現有的在線氣體監測裝置價格昂貴、維修費用高的缺陷。系統由發光二極管1、一號凸透鏡2、氣體通道3、二號凸透鏡4、攝譜儀5、計算機6組成；1發出的光依次通過2、3和4輸入到5的光檢測輸入端，6由從5得到被測氣體光譜的數據接收單元、能在光譜中與波長Anm相鄰近處取波的峰值I(λ
文檔編號G01N21/31GK1766569SQ20051001050
公開日2006年5月3日 申請日期2005年11月2日 優先權日2005年11月2日
發明者徐峰, 張治國 申請人:哈爾濱工業大學