基于多种光谱技术融合的低浓度、多组分气体检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于多种光谱技术融合的低浓度、多组分高灵敏气体检测技术， 属光谱测量技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前用于工业污染源烟气排放和生产过程中的S化、NO、N02浓度在线监测技术按 其原理主要可分为非分散红外吸收法、电化学方法和差分吸收光谱法值0AS，Differential Optical Absorption Spectroscopy)。
[0003] 大量的工程应用w及实验室反复测试表明：目前绝大部分红外仪表存在着低浓度 S化、NO测量准确度低、线性偏差大W及仪表的检测下限高等突出问题，尤其是在低浓度（低 于50mg/m 3)时，水分对测量的干扰较为明显，测量结果出现较大偏差，越来越难W满足日益 严格的烟气排放标准；电化学分析方法交叉干扰严重，易受水分、&S、NO、N02的影响，主要 适用于短期S〇2浓度检测；紫外差分吸收光谱法能对SO 2、N02两种组分进行低浓度、高灵敏 检测，但是无法去除脱硝工况条件下N&对低浓度NO的交叉干扰。
[0004] 随着国家对烟气排放标准的不断提高W及目标监测气体数目（N&)的增加，现有 监测仪器设备均存在S化、NO低浓度测量准确度差、测量组分"单一"等问题。能否实现低 浓度、多组分烟气浓度高灵敏检测，是企业能否执行日益严格的烟气排放标准的前提，同时 也是环保部口能否获取有效监测数据的前提。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于多种光谱技术融合的低浓度、多组分高灵敏气体 检测技术，根据被测气体在不同波段的吸收特点，该技术融合紫外光谱（基于D0AS技术） 和红外激光光谱（基于TDLAS技术），实现两种光谱的信息融合和特征信号提取，可实现多 种组分气体（S化、N0、N02和NH3)的同时测量，同时可显著提高低浓度测量准确度，并获得较 低的检测下限。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] 本发明用红外激光光谱技术对畑3浓度进行测量，用紫外差分吸收光谱技术对 S化、N02浓度进行测量，根据所测so 2、N02和NH 3浓度，消除该S个组分对NO的吸光度干扰， 最终用紫外差分吸收光谱技术对NO浓度进行测量，消除目标气体之间的交叉干扰，得到真 实8〇2、側、^2、畑3浓度。
[000引本发明是一种基于多种光谱技术融合的低浓度、多组分高灵敏气体检测技术，其 流程图如图1所示，方法步骤如下：
[0009] 步骤一；记录背景光谱
[0010] 对气池内通入馬或空气情况下，利用光谱仪提取紫外吸收背景光谱数据I。，利用 光电二极管和锁相放大器提取红外吸收背景光谱数据X。；
[0011] 步骤二；利用多探测器分别提取红外吸收光谱信号和紫外吸收光谱信号
[001引对气池内通入待测烟气情况下，利用光谱仪提取紫外吸收光谱信号Ii，利用光电 二极管与锁相放大器提取红外吸收光谱信号Xi;
[0013] 步骤S ;将吸收光谱信号扣除背景光谱信号
[0014] 用I。和I 1根据公式一，计算得到紫外吸收光谱吸光度0
[0015]
【主权项】
1. 一种基于多种光谱技术融合的低浓度、多组分高灵敏气体检测方法，其特征在于： 该方法包括以下步骤， 步骤一：记录背景光谱 对气池内通入N2或空气情况下，利用光谱仪提取紫外吸收背景光谱数据h，利用光电 二极管和锁相放大器提取红外吸收背景光谱数据 步骤二：利用多探测器分别提取紫外吸收光谱信号和红外吸收光谱信号 对气池内通入待测烟气情况下，利用光谱仪提取紫外吸收光谱信号Ii，利用光电二极 管与锁相放大器提取红外吸收光谱信号x1; 步骤三：将吸收光谱信号扣除背景光谱信号 用和Ii根据公式一，计算得到紫外吸收光谱吸光度〇
用\和Xi根据公式二，计算得到红外吸收光谱二次谐波信号Y y=x「x〇 (一） 步骤四：分别计算测量气池内nh3浓度和so2、no2浓度 根据步骤三所得红外吸收光谱二次谐波信号y，采用可调谐二极管激光光谱法，对nh3 浓度进行反演，得到nh3浓度; 根据步骤三所得吸光度〇，采用紫外差分吸收光谱法对气池so2、no2浓度进行反演，得 到S02、勵2浓度c*s〇2、; 步骤五：利用多元光谱信息融合模型计算S02、N0、勵2和NH3，消除交叉干扰 从步骤三所得吸光度〇中提取223nm?228nm波段数据，得到NO吸光度S，根据基 础数据S02、N02、順3对NO在223nm?228nm波段吸光度的干扰光谱心和步 骤四所得S02、N02、NH3浓度，按照以下公式，分别计算SO2、N02、NH3对NO吸光度的干扰光谱
根据公式三得到去除交叉干扰后的NO吸光度光谱S
由NO在223nm?228nm的基础数据库，可得NO吸收截面x，采用去除交叉干扰后的NO吸光度光谱S，根据公式四计算去除交叉干扰后的NO浓度CNQ，其中n为数组x和S的 元素个数
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征是：测试过程中，采用全程高温伴热，伴热 温度控制在190°C?210°C。
【专利摘要】本发明设计基于多种光谱技术融合的低浓度、多组分高灵敏气体检测方法，该方法综合了紫外差分吸收光谱技术(DOAS)与红外激光光谱技术(IR-TDLAS)的优点，实现两种光谱的信息融合和特征信号提取。该方法利用TDLAS方法测量烟气中的NH3浓度，同时利用紫外吸收光谱法测量烟气中的SO2、NO2浓度，根据所得浓度与三种气体对NO吸光度的干扰光谱，去除NO吸光度中三种组分的干扰，进而求解消除交叉干扰后的NO浓度，大大提高测量精度和检测下限。
【IPC分类】G01N21-33, G01N21-39
【公开号】CN104568836
【申请号】CN201510039894
【发明人】汤光华, 韩少鹏, 苗丰, 彭樟, 杨剑, 李忠文, 李利, 孔红兵, 林正根, 丁广华, 刘璐, 季本慧
【申请人】南京国电环保科技有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月26日