技术领域本发明涉及一种含粉尘环境中检测包含SO2、NO2和NO三种气体浓度的装置及方法，通过特定波长的红外激光照射含有粉尘的气体，可测量出特定成分气体的浓度并不受粉尘的干扰，属于气体浓度检测技术领域。
背景技术：
目前，针对不同的气体采用不同波长的红外光线进行测量，通常气体测量的红外激光波长在1300nm-8000nm，甚至更高。由于国外技术垄断，高波长远红外测量装置存在成本高，维护难，运输风险大等问题；国内针对SO2、NO2和NO三种测量气体，提出使用2000-4000nm波长的中红外激光进行测量，中红外测量经济实用，好维护，技术门槛较低，国内可研制开发，但是，存在问题是：测量精度无法达到远红外测量的精度。针对SO2、NO2和NO三种测量气体，使用2000-4000nm波长的中红外激光进行测量，如何得到高精度的测量结果，是本领域亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明目的是提供一种含粉尘环境中检测包含SO2、NO2和NO三种气体浓度的装置及方法，在程序模拟中能够有效去除气体中已知粉尘的干扰，分别测量出SO2、NO2和NO三种气体的浓度，能够满足钢铁行业尾气排放监测领域的应用要求，既具有成本低廉、便于维护，经济适用的优点，又能够得到高精度的测量结果，解决背景技术存在的上述问题。本发明技术方案是：一种含粉尘环境中检测包含SO2、NO2和NO三种气体浓度的装置，包含红外激光调节器、红外激光头、含尘气体通道、红外探测器、多通道锁相放大器和软件处理端，三个红外激光调节器分别与各自的红外激光头连接，用于对红外激光头出射红外激光的波长进行调控，使三个红外激光头射出的红外激光稳定保持在规定的波长范围内；三个红外激光头布置在含尘气体通道的一侧，与三个红外激光头匹配的三个红外探测器布置在含尘气体通道的另一侧，保证红外探测器能够接收到红外激光头发射的红外激光信号；三个红外探测器与多通道锁相放大器的三个输入通道连接，多通道锁相放大器的输出通道与软件处理端连接。所述含尘气体通道，是由高透光率材质制成且装有被测气体的长方形气室，其宽度为0.8-1米；所述的红外激光头和与之匹配的红外探测器，布置在一条直线上，该直线垂直于长方形气室的宽度方向；红外激光头和与之匹配的红外探测器之间的距离为1米以上，根据红外激光的能量确定，保证红外探测器能够接收到红外激光头发射的红外激光信号。所述的三个红外激光头，发射的红外激光波长不同，分别匹配测量SO2、NO2和NO气体浓度。所述软件处理端为计算机。本发明红外探测器接收红外光信号后进行光电转换，多通道锁相放大器对接收到的电信号进行处理后再转化为数字信号传送给软件处理端，软件处理端在分析检测到的数字信号时候，使用去尘校正算法，消除气体中已知属性的粉尘颗粒对激光的影响；不论粉尘浓度如何变化，只要红外探测器能够接收到红外激光信号，通过信号处理，数值运算解析出与气体浓度呈比例的二次谐波信号，就能测量出各气体的浓度，并使各气体的浓度测量结果保持在一个稳定的水平。一种含粉尘环境中检测包含SO2、NO2和NO三种气体浓度的方法，包含如下步骤：三个红外激光调节器分别与各自的红外激光头连接，用于对红外激光头出射红外激光的波长进行调控，使三个红外激光头射出的红外激光稳定保持在规定的波长范围内；三个红外激光头布置在含尘气体通道的一侧，与三个红外激光头匹配的三个红外探测器布置在含尘气体通道的另一侧，保证红外探测器能够接收到红外激光头发射的红外激光信号；三个红外探测器与多通道锁相放大器的三个输入通道连接，多通道锁相放大器的输出通道与软件处理端连接；通过红外激光调节器对三个红外激光头的出射光波长进行调节，使出射红外激光保持规定波长，测量SO2选择3974.24nm波长红外光，测量NO2选择3434.45nm波长红外光，测量NO选择2664.93nm波长红外光；同时在激光调节器上记录下红外激光头出射红外激光的光强度I；所述含尘气体通道，是由高透光率材质制成且装有被测气体的长方形气室，长方形气室内有已知质量M、粉尘密度ρ、消光系数K的粉尘颗粒，还有含量为C1的SO2、含量为C2的NO2和含量为C3的NO；红外光线光程L与长方形气室宽度相同；三个红外探测器分别接收到经过长方形气室的红外激光信号后，经信号转换将三条电信号传送到多通道锁相放大器；三种信号在多通道锁相放大器中不同通道内进行信号分析，最终解析出各个信号的二次谐波信号A2fSO2、A2fNO2和A2fNO，将二次谐波信号转换成数字信号，传送至软件处理端；⑤软件处理端将上面测量出来的数值带入去尘校正算法公式，即可得到修正后不受粉尘干扰的新的谐波数值A′2fSO2、A′2fNO2和A′2fNO；⑥新二次谐波数值A′2f与气体浓度C成线性关系；重新选取气体浓度后再次测量，算出线性比，即可计算出其他未知浓度的气体浓度。所述去尘校正算法公式为：上述公式中，A′2f所有参数中除气体浓度C外都是已知常量，从而消除了粉尘对从光信号中提取出的二次谐波信号的干扰，使A′2f只受气体浓度的影响，从而可以在有尘测量环境更稳定的测量出气体浓度的变化，也就准确测量出SO2、NO2和NO三种气体浓度。本发明的有益效果：在程序模拟中能够有效去除气体中已知粉尘的干扰，分别测量出SO2、NO2和NO三种气体的浓度，能够满足钢铁行业尾气排放监测领域的应用要求，既具有成本低廉、便于维护，经济适用的优点，又能够得到高精度的测量结果。附图说明图1为本发明实施例结构示意图；图2为NO2红外吸收光谱图；图3为NO红外吸收光谱图；图4为SO2红外吸收光谱图；图中：红外激光调节器1、红外激光头2、含尘气体通道3、红外探测器4、多通道锁相放大器5、软件处理端6。具体实施方式以下通过实施例对本发明做进一步说明。一种含粉尘环境中检测包含SO2、NO2和NO三种气体浓度的装置，包含红外激光调节器1、红外激光头2、含尘气体通道3、红外探测器4、多通道锁相放大器5和软件处理端6，三个红外激光调节器1分别与各自的红外激光头2连接，用于对红外激光头出射红外激光的波长进行调控，使三个红外激光头射出的红外激光稳定保持在规定的波长范围内；三个红外激光头2布置在含尘气体通道3的一侧，与三个红外激光头2匹配的三个红外探测器4布置在含尘气体通道3的另一侧，保证红外探测器能够接收到红外激光头发射的红外激光信号；三个红外探测器与多通道锁相放大器的三个输入通道连接，多通道锁相放大器5的输出通道与软件处理端6连接。所述含尘气体通道3，是由高透光率材质制成且装有被测气体的长方形气室，其宽度为0.8-1米；所述的红外激光头2和与之匹配的红外探测器4，布置在一条直线上，该直线垂直于长方形气室的宽度方向；红外激光头2和与之匹配的红外探测器4之间的距离为1米以上，根据红外激光的能量确定，保证红外探测器能够接收到红外激光头发射的红外激光信号。所述的三个红外激光头2，发射的红外激光波长不同，分别匹配测量SO2、NO2和NO气体浓度。所述软件处理端6为计算机。本发明红外探测器4接收红外光信号后进行光电转换，多通道锁相放大器5对接收到的电信号进行处理后再转化为数字信号传送给软件处理端6，软件处理端6在分析检测到的数字信号时候，使用去尘校正算法，消除气体中已知属性的粉尘颗粒对激光的影响；不论粉尘浓度如何变化，只要红外探测器能够接收到红外激光信号，通过信号处理，数值运算解析出与气体浓度呈比例的二次谐波信号，就能测量出各气体的浓度，并使各气体的浓度测量结果保持在一个稳定的水平。一种含粉尘环境中检测包含SO2、NO2和NO三种气体浓度的方法，包含如下步骤：三个红外激光调节器1分别与各自的红外激光头2连接，用于对红外激光头出射红外激光的波长进行调控，使三个红外激光头射出的红外激光稳定保持在规定的波长范围内；三个红外激光头2布置在含尘气体通道3的一侧，与三个红外激光头2匹配的三个红外探测器4布置在含尘气体通道3的另一侧，保证红外探测器能够接收到红外激光头发射的红外激光信号；三个红外探测器与多通道锁相放大器的三个输入通道连接，多通道锁相放大器5的输出通道与软件处理端6连接；通过红外激光调节器对三个红外激光头的出射光波长进行调节，使出射红外激光保持规定波长，测量SO2选择3974.24nm波长红外光，测量NO2选择3434.45nm波长红外光，测量NO选择2664.93nm波长红外光；同时在激光调节器上记录下红外激光头出射红外激光的光强度I；所述含尘气体通道3，是由高透光率材质制成且装有被测气体的长方形气室，长方形气室内有已知质量M、粉尘密度ρ、消光系数K的粉尘颗粒，还有含量为C1的SO2、含量为C2的NO2和含量为C3的NO；红外光线光程L与长方形气室宽度相同；三个红外探测器分别接收到经过长方形气室的红外激光信号后，经信号转换将三条电信号传送到多通道锁相放大器；三种信号在多通道锁相放大器中不同通道内进行信号分析，最终解析出各个信号的二次谐波信号A2fSO2、A2fNO2和A2fNO，将二次谐波信号转换成数字信号，传送至软件处理端；⑤软件处理端将上面测量出来的数值带入去尘校正算法公式，即可得到修正后不受粉尘干扰的新的谐波数值A′2fSO2、A′2fNO2和A′2fNO；⑥新二次谐波数值A′2f与气体浓度C成线性关系；重新选取气体浓度后再次测量，算出线性比，即可计算出其他未知浓度的气体浓度。所述去尘校正算法公式为：上述公式中，A′2f所有参数中除气体浓度C外都是已知常量，从而消除了粉尘对从光信号中提取出的二次谐波信号的干扰，使A′2f只受气体浓度的影响，从而可以在有尘测量环境更稳定的测量出气体浓度的变化，也就准确测量出SO2、NO2和NO三种气体浓度。本发明的具体实施方式如下：红外光在含尘气体中传播主要受到气体吸收和粉尘干扰。气体对红外光线的吸收由朗伯比尔定律得：(1)式中I0为激光器射出并进入长方形气室的入射光，经过电转换后单位（V）；I为穿过长方形气室后由红外探测器接收到的出射光，经过电转换后单位（V）；P为气体压强，单位（atm）；C为所测量的气体摩尔浓度，单位（mol/(cm3·atm)）；L为测量光程，单位（cm）；α为气体的吸收系数，单位（cm2/mol）。S(T)为气体吸收线强,单位（mol/cm）。对上式进行傅立叶级数展开，然后提取出二次谐波系数的表达式进行运算化简后得如下公式：(2)式中Δv是气体对应吸收波长的半高半宽；m为调制系数。由公式（2）关系可以看出，二次谐波的幅值与气体的浓度成线性关系，在此基础上通过对已知浓度的气体进行比例定标后即可应用于测量未知浓度的气体浓度了。然后根据朗伯比尔粉尘消光定律：(3)得到I0经粉尘衰减后与I的关系式。式中N是分子数；L为测量光程，单位（cm）；d为粉尘颗粒直径，单位（μm）；K为消光系数，消光系数与粉尘的粒径分布、密度和双折射率有关，只要粉尘物质确定，消光系数即可以确定为一常量。对分子数N进行N=M/(ρv)变换后再带入v=(πd3)/6得：(4)上式中M为粉尘质量，单位（g）；ρ是粉尘颗粒密度，单位（g/m3）。由于粒径大小的分布不同，对所有粒径分布需要进行一个离散化运算，nr(di)为积分离散后的数值积分系数，f(di)是粒径分布函数。随后使用公式(2)除以出射光I，通过一系列变换计算最终得出如下公式：(5)公式(5)即为去尘校正算法公式。根据公式(5)可以看出，A′2f所有参数中除气体浓度C外都是已知常量，从而消除了粉尘对从光信号中提取出的二次谐波信号的干扰，使A′2f只受气体浓度的影响，从而可以在有尘测量环境更稳定的测量出气体浓度的变化。