基于光纤耦合激光和频技术的痕量汞浓度检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于工业排放烟气检测工业排放烟气中元素隶浓度的检测领域，具体 设及一种基于光纤禪合激光和频技术的痕量隶浓度检测装置。
【背景技术】
[0002] 隶是一种对人体非常有害的元素。摄入隶过多容易引起身体疾病，并对神经系统 有很大损害。大气中的隶主要来自人工排放与自然排放。自然排放主要包括湖泊挥发与火 山爆发。人工排放主要来自工业烟气的排放。我国的能源主要来自煤的燃烧，而我国的煤 矿中含有较高含量的隶。因而，烟气排放中的隶蒸汽是我国隶污染的主要来源。传统的隶 蒸汽测量技术采用湿化学法。尽管该种方法具有很高的灵敏度，但耗时长，无法作为实时的 监测手段。光学方法中，又W冷原子吸收法和冷原子巧光光谱法较为常见。冷原子吸收法 的装置使用隶灯作为光源，W相应谱线的吸收率来推算隶蒸汽的浓度。该种方法虽然简便 易行，但是问题也很突出，包括（1)隶灯的使用寿命短，一般只有2000个小时；（2)隶灯的 发光功率不稳定，W此推算出的隶蒸汽浓度有较大误差。冷原子巧光光谱法同样使用隶灯 作为光源，因而也具有W上两个缺点。同时由于巧光对隶蒸汽密度有要求，因而一般还要配 备气体富集装置，即在使用时还需要配备载气(一般是氣气)。基于塞曼效应的隶蒸汽浓度 测量，相当于自带参考路，因而可W规避隶灯功率变化带来的影响，但隶灯寿命的问题同样 没有解决。
[0003] 专利号为化201210055105,公开了一种基于二极管激光的隶气连续监测装置及监 测方法，其缺点包括：（1)系统对震动敏感，光源、反射镜、消色差透镜的扭动都会降低禪合 效率进而减小合成紫外光的功率，从而降低系统灵敏度；（2)同时，由于采用两向色镜，激 光束的模式大小不匹配，系统紫外光合成效率低；（3)采用数据采集分析器计算浓度时，只 选取个别点进行1/1。计算，无法连续采集数据，容易受噪声影响降低准确度；（4)信号发 生器作为单独模块增加了分析系统的体积；（5)系统没有设置闭环反馈，当激光器出现波 长漂移时无法自适应调节回最佳状态，需要人工设置，降低了系统的自动化测量能力。 【实用新型内容】
[0004] 1、本实用新型的目的。
[0005] 针对W上不足，本实用新型提出一种基于光纤禪合激光和频技术的痕量隶浓度检 测装置。
[0006] 2、本实用新型所采用的技术方案。
[0007] 基于光纤禪合激光和频技术的痕量隶浓度检测的装置，包括数据采集卡（1 )，两只 激光二极管驱动（2-1，2-2)，一个BB0晶体（5)，一个分光棱镜（7)，两个两面反射镜（8-1， 8-2)，一个分光镜（9)，参考池（10-1)，样品池（10-2)，两只滤波片（11-1，11-2)，探测器 (12-1，12-2)，还包括两只带尾纤的不同波长的二极管激光器（3-1，3-2)，1分2拉锥透镜光 纤（4)，其中1分2透镜光纤的单头端自带透镜，一个石英准直透镜（6);两只二极管激光器 (3-L3-2)输出的光直接禪合到1分2透镜光纤（4)的双头端中，将聚焦点打在BBO晶体表 面上，经过BB0晶体后将存在S束光，红光、藍光W及经BB0晶体（5)后产生的紫外光，S束 光经过石英准直透镜（6)后准直，再经过分光棱镜（7)后，由于色散分开，其中紫外光经过 反射镜改变方向，光线经过分光镜后被分成两束，分别通过参考池和样品池后再分别通过 滤波片后进入第一、第二探测器（12-1，12-2)。
[0008] 数据采集卡输出的双路模拟信号，一路为银齿波调制信号或S角波信号，频率范 围10~10曲Z，控制红色激光二极管驱动（2-2)，从而调制红色激光器（3-2)输出波长与光 强，另一路微调藍色激光二极管驱动（2-1 )，从而调节藍色激光器（3-1)出射模式。
[0009] 藍光激光器输出功率不小于lOmW，红光激光器输出功率不小于20mW。
[0010] 两只激光器的输出波长^1，入2满足i+1M2=1/253.7的关系，其中，波长的 单位为纳米（nm)。
[0011] 第一、第二探测器（12-1，12-2)为光电倍增管。
[0012] 1分2拉锥透镜光纤（4)使用材料为烙融石英，两路分光比为50 ;50,拉锥透镜光 纤输出端焦距5~25mm。
[0013] 参考池长度为1~10mm，内部隶蒸汽浓度与参考池长度乘积为10~100yg/m2,样品 池长度为1~0.Im，具体长度根据测量精度而改变。
[0014] 3、本实用新型的有益效果。
[0015] (1)、由于采用了二极管激光器，因而寿命比基于隶灯的隶气测量装置要长很多；
[0016] (2)、由于使用带尾纤的激光二极管W及1分2拉锥透镜光纤，即光纤禪合结构，使 得两束激光的出射模斑大小相同，在聚焦到BB0晶体后最大程度的满足相位匹配条件，从 而极大提高了紫外光的输出功率；
[0017] (3)、由于使用带尾纤的激光二极管W及1分2拉锥透镜光纤可W将光聚焦到光纤 出射端前一定距离（5~25mm)，准确地控制焦点在BB0晶体表面上，使得系统更加稳定，可W 一定程度上避免震动的影响；
[0018] (4)、采用数据采集卡能够连续快速采集，使得系统能够每秒给出一个实时浓度数 据，降低了噪声对测量结果的影响；
[0019] (5)、数据采集卡兼具产生信号及数据采集功能，减少了系统的体积，同时也便于 对原始信号和反馈信号进行比对分析，获得测量数据；
[0020] 本实用新型达到的最低检测限低于lug/m3,响应时间低于10s，充分满足工业废气 排放中隶含量实时监测的要求，适用于工业废气中对隶蒸气排放进行实时监测的领域。
【附图说明】
[0021] 图1为本实用新型的结构示意图。
[0022] 图2藍线和绿线为采样得到的两路原始信号，红线为拟合的原始光强。
[0023] 图3为计算得到的参考路和样品路的相对吸收。
[0024] 图4为多元线性回归的实施过程。
[00巧]1-数据采集卡，2-1藍色激光二极管驱动，2-2红色激光二极管驱动，3-1藍色二 极管激光器，3-2红色二极管激光器，4-1分2拉锥透镜光纤，5-BB0晶体，6-石英准直透 镜，7-分光棱镜，8-1第一反射镜，8-2第二反射镜，9-分光镜，10-1参考池，10-2样品池， 11-1第一滤波片，11-2第二滤波片，12-1第一探测器，12-2第二探测器，13-计算机。
【具体实施方式】
[0026] 为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本实用新型的技术实质 和有益效果，申请人将在下面W实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对 本实用新型方案的限制，任何依据本实用新型构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的 等效变换都应视为本实用新型的技术方案范畴。 实施例
[0027] 下面结合附图对本实用新型做进一步详述。如图1所示，本实用新型专利采用 的数据采集卡1应具有双路同步采集及双路模拟输出功能。采集功能可W通过计算机编 程。数据采集卡输出的双路模拟信号，一路为银齿波调制信号或=角波信号，频率范围 10~10曲Z，控制红色激光器驱动2-2,W此改变激光器的注入电流从而调制激光器3-2输出 波长与光强。另一路可微调藍色激光器驱动2-1，从而调节藍色激光3-1出射模式。
[002引两只激光器的波长满足W下条件：
[0029]
【主权项】
1. 一种基于光纤耦合激光和频技术的痕量汞浓度检测的装置，包括数据采集卡（I )， 两只激光二极管驱动（2-1，2-2)，一个BBO晶体（5)，一个分光棱镜（7)，两个两面反射镜 (8-1，8-2)，一个分光镜（9)，参考池（10-1)，样品池（10-2)，两只滤波片（11-1，11-2)，探测 器（12-1，12-2)，其特征在于： 还包括两只带尾纤的不同波长的二极管激光器（3-1，3-2)，1分2拉锥透镜光纤（4)，其 中1分2透镜光纤的单头端自带透镜，一个石英准直透镜（6); 两只二极管激光器（3-1，3_2)输出的光直接親合到1分2透镜光纤（4)的双头端中， 将聚焦点打在BBO晶体表面上，经过BBO晶体后将存在三束光，红光、蓝光以及经BBO晶体 (5)后产生的紫外光，三束光经过石英准直透镜（6)后准直，再经过分光棱镜（7)后，由于色 散分开，其中紫外光经过反射镜改变方向，光线经过分光镜后被分成两束，分别通过参考池 和样品池后再分别通过滤波片后进入第一、第二探测器（12-1，12-2)。
2. 根据权利要求1所述的基于光纤耦合激光和频技术的痕量汞浓度检测的装置，其特 征在于：数据采集卡输出的双路模拟信号，一路为锯齿波调制信号或三角波信号，频率范围 10~10kHz，控制红色激光二极管驱动（2-2)，从而调制红色激光器（3-2)输出波长与光强， 另一路微调蓝色激光二极管驱动（2-1)，从而调节蓝色激光器（3-1)出射模式。
3. 根据权利要求1或2所述的基于光纤耦合激光和频技术的痕量汞浓度检测的装置， 其特征在于：蓝光激光器输出功率不小于10mW，红光激光器输出功率不小于20mW。
4. 根据权利要求1或2所述的基于光纤耦合激光和频技术的痕量汞浓度检测的装置， 其特征在于：两只激光器的输出波长A1, A2满足1/A 1+l/A2=l/253. 7的关系，其中，波长 的单位为纳米。
5. 根据权利要求1所述的基于光纤耦合激光和频技术的痕量汞浓度检测的装置，其特 征在于：第一、第二探测器（12-1，12-2)为光电倍增管。
6. 根据权利要求1所述的基于光纤耦合激光和频技术的痕量汞浓度检测的装置，其特 征在于：1分2拉锥透镜光纤（4)使用材料为恪融石英，两路分光比为50 :50,拉锥透镜光纤 输出端焦距5~25mm〇
7. 根据权利要求1所述的基于光纤耦合激光和频技术的痕量汞浓度检测的装置，其特 征在于：参考池长度为l~10mm，内部采蒸汽浓度与参考池长度乘积为10~100yg/m 2,样品 池长度为0. l~lm，具体长度根据测量精度而改变。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于光纤耦合激光和频技术的痕量汞浓度检测装置。其装置包括数据采集卡，两只激光二极管驱动，两只带尾纤的不同波长的二极管激光器，1分2拉锥透镜光纤，偏硼酸钡晶体（BBO），石英透镜，分光棱镜，两面反射镜，分光镜，参考池，样品池，两只光电倍增管，两只滤波片，计算机。所涵盖的技术主要是多元线性回归算法，自动电路控制波长反馈技术，实现了对汞蒸气浓度的在线连续检测。
【IPC分类】G01N21-17
【公开号】CN204594864
【申请号】CN201520095880
【发明人】娄秀涛, 林宏泽, 万莉, 王俊楠, 罗成, 何赛灵
【申请人】苏州瑞蓝环保科技有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年2月11日