专利名称：利用二极管激光器同时监测二氧化硫和一氧化氮气体浓度的装置及方法
技术领域：
本发明涉及同时监测ニ氧化硫和一氧化氮气体浓度的装置及方法。
背景技术：
随着经济的发展，排放到空气中的ニ氧化硫和氮氧化物不断増加，我国ニ氧化硫和氮氧化物的排放总量都超过了 2000万吨。作为酸雨的主要诱因，エ业ニ氧化硫排放量占全国ニ氧化硫排放总量的80%以上，控制エ业ニ氧化硫的排放对于减少ニ氧化硫排放、减轻酸雨危害具有重要意义。随着我国能源消费和机动车保有量的快速增长氮氧化物排放量也迅速上升，氮氧化物排放量的増加使得我国酸雨污染由硫酸型向硫酸和硝酸复合型转变。ニ氧化硫和氮氧化物的排放对城市空气环境造成了极大的污染，我国正在制定新的环 保法，对ニ氧化硫、氮氧化物以及悬浮颗粒物实行总量控制。因此，对污染气体排放的在线监测就成为必需的技术基础。只有准确快速的測量，才能供运行人员实时调整，使污染物的排放降到最低。然而目前缺少测量精度高、性能稳定的同时监测ニ氧化硫和ー氧化氮气体浓度的装置及方法提供空气环境污染的实时数据。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前缺少测量精度高、性能稳定的同时监测ニ氧化硫和一氧化氮气体浓度的装置及方法的问题，提供ー种利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和一氧化氮气体浓度的装置及方法。利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和一氧化氮气体浓度的装置，它由信号发生器、一号温度电流控制器、一号ニ极管激光器、一号准直透镜、分束镜、待测气体通道、一号会聚透镜、一号探測器、数据采集卡、二号温度电流控制器、二号ニ极管激光器、二号准直透镜、ニ向色镜、和频晶体、干渉滤光片、二号会聚透镜、二号探測器和计算机组成，信号发生器的锯齿波信号输出端与一号温度电流控制器的耦合信号输入端连通，一号温度电流控制器的驱动电流的输出端与一号ニ极管激光器的驱动电流的输入端连通，一号ニ极管激光器发出的激光依次通过一号准直透镜、分束镜、待测气体通道和一号会聚透镜，到达一号探測器的光敏面，一号探測器的电信号输出端与数据采集卡的ー个数据采集信号的输入端连通，二号温度电流控制器的驱动电流的输出端与二号ニ极管激光器的驱动电流的输入端连通，二号ニ极管激光器发出的激光通过二号准直透镜，入射到ニ向色镜，ニ向色镜的透射光与分束镜的反射光同时入射到和频晶体，和频晶体的出射光依次通过干涉滤光片、待测气体通道和二号会聚透镜，入射到二号探測器，二号探測器的电信号输出端与数据采集卡的另ー个数据采集信号的输入端连通，数据采集卡的数据采集信号的输出端与计算机的采集信号的输入端连通。利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和一氧化氮气体浓度的方法，它包括的具体步骤如下
采用锯齿波电流驱动ニ极管激光器输出激光；将所述激光采用准直透镜变成平行光束，然后采用分束镜分成两束光，其中一束光入射至待测气体后，采用会聚透镜会聚至探測器的光敏面，通过该探测器获得第一组数据；另一束光通过ニ向色镜反射获得短波光束，将激光信号数据通过数据采集卡输入到计算机中；另一路入射到ニ向色镜；控制另一个ニ极管激光器输出的激光；将所述激光采用二号准直透镜转换成平行光束，再通过ニ向色镜透射获得该束平行光束中的长波光束；将获得的短波光束和长波光束和频获得和频光束,该和频光束经干涉滤光片滤波后入射至待测气体，然后通过会聚透镜会聚到探測器的光敏面，通过该探测器获得另ー组数据；通过计算机采用Beer-Lambert定律分析软件对第一组数据和另ー组数据进行分析，获得待测气体通道中ニ氧化硫气体的浓度和ー氧化氮气体的浓度。 本发明采用一号ニ极管激光器发出的激光通过待测气体检测ニ氧化硫，采用ニ向色镜把二号ニ极管激光器与一号ニ极管激光器发出的激光合束，通过和频晶体的和频的光束通过待测气体检测ー氧化氮。实现了对ニ氧化硫的浓度和ー氧化氮的浓度同时实时监測。具有结构简单、体积小、成本低、測量精度高、稳定性好、维护简单的优点。
图I为本发明装置的组成结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图I说明本实施方式，本实施方式所述利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和一氧化氮气体浓度的装置，它由信号发生器I、一号温度电流控制器
2、一号ニ极管激光器3、一号准直透镜4、分束镜5、待测气体通道6、一号会聚透镜7、一号探測器8、数据采集卡9、二号温度电流控制器10、二号ニ极管激光器11、二号准直透镜12、ニ向色镜13、和频晶体14、干涉滤光片15、二号会聚透镜17、二号探测器18和计算机19组成，信号发生器I的锯齿波信号输出端与一号温度电流控制器2的耦合信号输入端连通，一号温度电流控制器2的驱动电流的输出端与一号ニ极管激光器3的驱动电流的输入端连通，一号ニ极管激光器3发出的激光依次通过一号准直透镜4、分束镜5、待测气体通道6和一号会聚透镜7，到达一号探測器8的光敏面，一号探測器8的电信号输出端与数据采集卡9的ー个数据采集信号的输入端连通，二号温度电流控制器10的驱动电流的输出端与二号ニ极管激光器11的驱动电流的输入端连通，二号ニ极管激光器11发出的激光通过二号准直透镜12，入射到ニ向色镜13，ニ向色镜13的透射光与分束镜5的反射光同时入射到和频晶体14，和频晶体14的出射光依次通过干涉滤光片15、待测气体通道6和二号会聚透镜17，入射到二号探測器18，二号探測器18的电信号输出端与数据采集卡9的另ー个数据采集信号的输入端连通，数据采集卡9的数据采集信号的输出端与计算机19的采集信号的输入端连通。本发明采用一号ニ极管激光器发出的激光通过待测气体检测ニ氧化硫，采用ニ向色镜把二号ニ极管激光器与一号ニ极管激光器发出的激光合束，通过和频晶体的和频的光束通过待测气体检测ー氧化氮。实现了对ニ氧化硫的浓度和ー氧化氮的浓度同时实时监測。具有结构简单、体积小、成本低、測量精度高、稳定性好、维护简单的优点。
具体实施方式
ニ 本实施方式是对具体实施方式
一所述利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和ー氧化氮气体浓度的装置的进ー步限定，一号ニ极管激光器3采用300nm的ニ极管激光器实现。
具体实施方式
三本实施方式是对具体实施方式
一所述利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和ー氧化氮气体浓度的装置的进ー步限定，二号ニ极管激光器11采用900nm的ニ极管激光器实现。
具体实施方式
四本实施方式是对具体实施方式
一所述利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和ー氧化氮气体浓度的装置的进ー步限定，一号ニ极管激光器3发出的激光与二号ニ极管激光器11发出的激光和频后得到255nm激光。
具体实施方式
五本实施方式所述利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和ー氧化 氮气体浓度的方法，它包括具体步骤如下采用锯齿波电流驱动ニ极管激光器输出激光；将所述激光采用准直透镜变成平行光束，然后采用分束镜分成两束光，其中一束光入射至待测气体后，采用会聚透镜会聚至探測器的光敏面，通过该探测器获得第一组数据；另一束光通过ニ向色镜反射获得短波光束，将激光信号数据通过数据采集卡输入到计算机中；另一路入射到ニ向色镜；控制另一个ニ极管激光器输出的激光；将所述激光采用二号准直透镜转换成平行光束，再通过ニ向色镜透射获得该束平行光束中的长波光束；将获得的短波光束和长波光束和频获得和频光束,该和频光束经干涉滤光片滤波后入射至待测气体，然后通过会聚透镜会聚到探測器的光敏面，通过该探测器获得另ー组数据；通过计算机采用Beer-Lambert定律分析软件对第一组数据和另ー组数据进行分析，获得待测气体通道中ニ氧化硫气体的浓度和ー氧化氮气体的浓度。
具体实施方式
六本实施方式是对具体实施方式
五所述利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和ー氧化氮气体浓度的方法的进ー步限定，所述短波光束采用300nm的激光实现。
具体实施方式
七本实施方式是对具体实施方式
五所述利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和ー氧化氮气体浓度的方法的进ー步限定，所述长波光束采用900nm的激光实现。
具体实施方式
八本实施方式是对具体实施方式
五所述利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和ー氧化氮气体浓度的方法的进ー步限定，所述和频光束采用255nm的激光实现。
权利要求
1.利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和一氧化氮气体浓度的装置，其特征是，它由信号发生器(I)、一号温度电流控制器(2)、一号ニ极管激光器(3)、一号准直透镜(4)、分束镜(5)、待测气体通道￠)、一号会聚透镜(7)、一号探測器(8)、数据采集卡(9)、二号温度电流控制器(10)、二号ニ极管激光器(11)、二号准直透镜(12)、ニ向色镜(13)、和频晶体(14)、干渉滤光片(15)、二号会聚透镜(17)、二号探測器(18)和计算机(19)组成，信号发生器(I)的锯齿波信号输出端与一号温度电流控制器(2)的稱合信号输入端连通,一号温度电流控制器⑵的驱动电流的输出端与一号ニ极管激光器⑶的驱动电流的输入端连通，一号ニ极管激光器(3)发出的激光依次通过一号准直透镜(4)、分束镜(5)、待测气体通道(6)和一号会聚透镜(7)，到达一号探測器(8)的光敏面，一号探測器(8)的电信号输出端与数据采集卡(9)的ー个数据采集信号的输入端连通，二号温度电流控制器(10)的驱动电流的输出端与二号ニ极管激光器(11)的驱动电流的输入端连通，二号ニ极管激光器(11)发出的激光通过二号准直透镜(12)，入射到ニ向色镜(13)，ニ向色镜(13)的透射光与分束镜(5)的反射光同时入射到和频晶体(14)，和频晶体(14)的出射光依次通过干涉滤光片(15)、待测气体通道(6)和二号会聚透镜(17)，入射到二号探測器(18)，二号探測器(18)的电信号输出端与数据采集卡(9)的另ー个数据采集信号的输入端连通，数据采集卡(9)的数据采集信号的输出端与计算机(19)的采集信号的输入端连通。
2.根据权利要求I所述利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和一氧化氮气体浓度的装置，其特征在于，一号ニ极管激光器(3)采用300nm的ニ极管激光器实现。
3.根据权利要求I所述利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和一氧化氮气体浓度的装置，其特征在干，二号ニ极管激光器(11)采用900nm的ニ极管激光器实现。
4.根据权利要求I所述利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和一氧化氮气体浓度的装置，其特征在干，一号ニ极管激光器(3)发出的激光与二号ニ极管激光器(11)发出的激光和频后得到255nm激光。
5.利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和一氧化氮气体浓度的方法，其特征在干，它包括具体步骤如下 采用锯齿波电流驱动ニ极管激光器输出激光； 将所述激光采用准直透镜变成平行光束，然后采用分束镜分成两束光，其中一束光入射至待测气体后，采用会聚透镜会聚至探測器的光敏面，通过该探测器获得第一组数据 ’另一束光通过ニ向色镜反射获得短波光束，将激光信号数据通过数据采集卡输入到计算机中；另一路入射到ニ向色镜； 控制另ー个ニ极管激光器输出的激光；将所述激光采用二号准直透镜转换成平行光束，再通过ニ向色镜透射获得该束平行光束中的长波光束； 将获得的短波光束和长波光束和频获得和频光束，该和频光束经干涉滤光片滤波后入射至待测气体，然后通过会聚透镜会聚到探測器的光敏面，通过该探测器获得另ー组数据； 通过计算机采用Beer-Lambert定律分析软件对第一组数据和另ー组数据进行分析，获得待测气体通道中ニ氧化硫气体的浓度和ー氧化氮气体的浓度。
6.根据权利要求5所述利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和一氧化氮气体浓度的方法，其特征在于，所述短波光束采用300nm的激光实现。
7.根据权利要求5所述利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和一氧化氮气体浓度的方法，其特征在于，所述长波光束采用900nm的激光实现。
8.根据权利要求5所述利用ニ极管激光器同时监测ニ氧化硫和一氧化氮气体浓度的方法，其特征在于，所述和频光束采用255nm的激光实现。
全文摘要
利用二极管激光器同时监测二氧化硫和一氧化氮气体浓度的装置及方法，涉及同时监测二氧化硫和一氧化氮气体浓度的装置及方法，它为解决目前缺少测量精度高、性能稳定的同时监测二氧化硫和一氧化氮气体浓度的装置及方法的问题，所述装置，它由信号发生器、温度电流控制器、激光器、准直透镜、分束镜、探测器、数据采集卡、二向色镜、和频晶体和计算机组成；所述方法，它包括锯齿波电流驱动二极管激光器输出激光；分束镜分成两束光，其中一束光入射至待测气体后，获得第一组数据；将短波光束和长波光束和频后光束入射至待测气体，获得另一组数据；通过计算机分析，获得待测气体的浓度。适用于同时监测二氧化硫和一氧化氮气体浓度的装置及方法。
文档编号G01N21/17GK102830070SQ201210315018
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者秦峰, 张治国, 曹文武 申请人:昆山昱翌辉华电子科技有限公司