专利名称：二氧化氮气体浓度监测系统及其监测方法
技术领域：
本发明涉及二氧化氮气体的浓度监测系统，本发明还涉及二氧化氮气体的浓度监测方法。
背景技术：
随着经济的发展，排放到空气中的二氧化氮不断增加。对燃煤电站锅炉排放的二氧化氮等污染物如不加以控制，将造成严重的城市空气污染和环境污染。因此，对燃煤电站锅炉污染物排放的在线监测势在必行。目前实现在线气体监测的技术主要有差分吸收光谱(DOAS)技术和激光雷达(LIDAR)技术。其中，DOAS技术一般应用光学参量振荡器作为发射源，而光学参量振荡器的价格昂贵，并且这种技术对分光仪器，探测器件的要求很高，所以导致整套设备的成本非常高。而LIDAR设备价格昂贵，一般在上千万元，LIDAR的设备维护费用也很高，因此它很少用于对污染气体的实时监测，主要用作污染气体的普查。
发明内容
本发明的目的是提供一种二氧化氮气体浓度监测系统，以克服现有的在线气体监测装置价格昂贵、维修费用高的缺陷。本发明包含气体通道，它还包含发光二极管、一号凸透镜、二号凸透镜、摄谱仪、计算机；一号凸透镜、气体通道和二号凸透镜位于发光二极管和摄谱仪之间并使发光二极管发出的光依次通过一号凸透镜、气体通道和二号凸透镜输入到摄谱仪的光检测输入端，摄谱仪的数据输出端连接计算机的数据输入端；计算机由从摄谱仪得到被测气体光谱的数据接收单元、能在光谱中与波长Anm相邻近处取波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)的取值单元和把波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)带入N＝-Ln[I(λ1)÷I(λ2)]÷{[σ(λ1)-σ(λ2)]×L}公式中计算出NO2气体浓度的计算单元组成，公式中的σ(λ1)为NO2在波长λ1处的吸收截面值，σ(λ2)为NO2在波长λ2处的吸收截面值，L为光在气体通道中行进的路程，N是气体通道中NO2气体的平均浓度，所述波长A的值为420～460数值区间内的任意一个数值。本发明中使用的作为光源的发光二极管价格非常低廉，因此大大降低了本发明装置的成本(本发明约几十万元)，结构简单，因此维修方便。本发明具有结构简单、操作方便、成本低、精度高的优点，能在线对NO2气体的浓度进行监测。
本发明还提供了应用于二氧化氮气体浓度监测系统的监测方法。它由以下步骤组成一、光谱提取步骤使二氧化氮气体流入气体通道，同时使发光二极管发出的光依次通过一号凸透镜、气体通道和二号凸透镜输入到摄谱仪的光检测输入端，摄谱仪提取出光谱；二、NO2气体浓度计算步骤通过计算机内的数据接收单元接收摄谱仪提取出的光谱；然后通过计算机内的取值单元在光谱中与波长Anm相邻近处取波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)，所述波长A的值为420～460数值区间内的任意一个数值；接着通过计算机内的计算单元把波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)带入N＝-Ln[I(λ1)÷I(λ2)]÷{[σ(λ1)-σ(λ2)]×L}公式中计算出NO2气体浓度，公式中的σ(λ1)为NO2在波长λ1处的吸收截面值，σ(λ2)为NO2在波长λ2处的吸收截面值，L为光在气体通道中行进的路程，N是气体通道3中NO2气体的平均浓度，。
图1是本发明的系统结构示意图，图2是摄谱仪5得到的光谱示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一结合图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式由发光二极管1、一号凸透镜2、气体通道3、二号凸透镜4、摄谱仪5、计算机6组成；一号凸透镜2、气体通道3和二号凸透镜4位于发光二极管1和摄谱仪5之间并使发光二极管1发出的光依次通过一号凸透镜2、气体通道3和二号凸透镜4输入到摄谱仪5的光检测输入端，摄谱仪5的数据输出端连接计算机6的数据输入端；计算机6由从摄谱仪5得到被测气体光谱的数据接收单元6-1、能在光谱中与波长Anm相邻近处取波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)的取值单元6-2和把波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)带入N＝-Ln[I(λ1)÷I(λ2)]÷{[σ(λ1)-σ(λ2)]×L}公式中计算出NO2气体浓度的计算单元6-3组成，公式中的σ(λ1)为NO2在波长λ1处的吸收截面值，σ(λ2)为NO2在波长λ2处的吸收截面值，分别是NO2在波长λ1和λ2处的物理常量。L为光在气体通道3中行进的路程，N是气体通道3中NO2气体的平均浓度，所述波长A的值为420～460数值区间内的任意一个数值。所述波长A的最佳取值为440nm。发光二极管1选用的是发光二级管，一号凸透镜2、二号凸透镜4都选用石英透镜，摄谱仪5选用美国oceanoptics公司HR2000型号的产品，具体实施方式
二结合图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式由以下步骤组成一、光谱提取步骤使二氧化氮气体流入气体通道3，同时使发光二极管1发出的光依次通过一号凸透镜2、气体通道3和二号凸透镜4输入到摄谱仪5的光检测输入端，摄谱仪5提取出光谱；二、NO2气体浓度计算步骤通过计算机6内的数据接收单元6-1接收摄谱仪5提取出的光谱；然后通过计算机6内的取值单元6-2在光谱中与波长Anm相邻近处取波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)，所述波长A的值为420～460数值区间内的任意一个数值；接着通过计算机6内的计算单元6-3把波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)带入N＝-Ln[I(λ1)÷I(λ2)]÷{[σ(λ1)-σ(λ2)]×L}公式中计算出NO2气体浓度，公式中的σ(λ1)为NO2在波长λ1处的吸收截面值，σ(λ2)为NO2在波长λ2处的吸收截面值，L为光在气体通道3中行进的路程，N是气体通道3中NO2气体的平均浓度。
权利要求
1.二氧化氮气体浓度监测系统，它包含气体通道(3)，其特征在于它还包含发光二极管(1)、一号凸透镜(2)、二号凸透镜(4)、摄谱仪(5)、计算机(6)；一号凸透镜(2)、气体通道(3)和二号凸透镜(4)位于发光二极管(1)和摄谱仪(5)之间并使发光二极管(1)发出的光依次通过一号凸透镜(2)、气体通道(3)和二号凸透镜(4)输入到摄谱仪(5)的光检测输入端，摄谱仪(5)的数据输出端连接计算机(6)的数据输入端；计算机(6)由从摄谱仪(5)得到被测气体光谱的数据接收单元(6-1)、能在光谱中与波长Anm相邻近处取波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)的取值单元(6-2)和把波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)带入N＝-Ln[I(λ1)÷I(λ2)]÷{[σ(λ1)-σ(λ2)]×L}公式中计算出NO2气体浓度的计算单元(6-3)组成，公式中的σ(λ1)为NO2在波长λ1处的吸收截面值，σ(λ2)为NO2在波长λ2处的吸收截面值，L为光在气体通道(3)中行进的路程，N是气体通道(3)中NO2气体的平均浓度，所述波长A的值为420～460数值区间内的任意一个数值。
2.根据权利要求1所述的二氧化氮气体浓度监测系统，其特征在于所述波长A的取值为440nm。
3.应用于二氧化氮气体浓度监测系统的监测方法，其特征在于它由以下步骤组成一、光谱提取步骤使二氧化氮气体流入气体通道(3)，同时使发光二极管(1)发出的光依次通过一号凸透镜(2)、气体通道(3)和二号凸透镜(4)输入到摄谱仪(5)的光检测输入端，摄谱仪(5)提取出光谱；二、NO2气体浓度计算步骤通过计算机(6)内的数据接收单元(6-1)接收摄谱仪(5)提取出的光谱；然后通过计算机(6)内的取值单元(6-2)在光谱中与波长Anm相邻近处取波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)，所述波长A的值为420～460数值区间内的任意一个数值；接着通过计算机(6)内的计算单元(6-3)把波的峰值I(λ1)和谷值I(λ2)带入N＝-Ln[I(λ1)÷I(λ2)]÷{[σ(λ1)-σ(λ2)]×L}公式中计算出NO2气体浓度，公式中的σ(λ1)为NO2在波长λ1处的吸收截面值，σ(λ2)为NO2在波长λ2处的吸收截面值，L为光在气体通道(3)中行进的路程，N是气体通道(3)中NO2气体的平均浓度。
全文摘要
二氧化氮气体浓度监测系统及其监测方法，它克服了现有的在线气体监测装置价格昂贵、维修费用高的缺陷。系统由发光二极管1、一号凸透镜2、气体通道3、二号凸透镜4、摄谱仪5、计算机6组成；1发出的光依次通过2、3和4输入到5的光检测输入端，6由从5得到被测气体光谱的数据接收单元、能在光谱中与波长Anm相邻近处取波的峰值I(λ
文档编号G01N21/31GK1766569SQ20051001050
公开日2006年5月3日 申请日期2005年11月2日 优先权日2005年11月2日
发明者徐峰, 张治国 申请人:哈尔滨工业大学