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专利号: 2022103245236
申请人: 安徽理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于光声光谱的痕量氮氧化合物同步检测系统,其特征在于:包括相互并联的氮氧化物检测气路、粉尘检测气路和双光声光谱检测机构;

所述氮氧化物检测气路包括前气管(101),通过四通控制阀(102)与所述前气管(101)连通且相互并联的本底干扰检测气管(103)、NO2检测气管(104)和NO检测气管(105),通过四通管(106)与所述本底干扰检测气管(103)、所述NO2检测气管(104)和所述NO检测气管(105)连通的后气管(107)以及与所述后气管(107)连通的氮氧化物光声检测腔(108),所述前气管(101)上安装有过滤膜(109),所述本底干扰检测气管(103)内填充有氮氧化物活性炭吸附剂(110),所述NO检测气管(105)上安装有汞灯(111);

所述粉尘检测气路包括粉尘检测气管(201)以及与所述粉尘检测气管(201)连通的粉尘光声检测腔(202);

所述双光声光谱检测机构包括用于向所述氮氧化物光声检测腔(108)和所述粉尘光声检测腔(202)发射激光的激光器(301),与所述激光器(301)连接的信号调制器(302),与所述信号调制器(302)连接的锁相放大器(303),与所述锁相放大器(303)连接的计算机(304),安装在所述氮氧化物光声检测腔(108)上并与所述锁相放大器(303)连接的微音器Ⅰ(305)以及安装在所述粉尘光声检测腔(202)上并与所述锁相放大器(303)连接的微音器Ⅱ(306)。

2.如权利要求1所述的基于光声光谱的痕量氮氧化合物同步检测系统,其特征在于:所述氮氧化物光声检测腔(108)和所述粉尘光声检测腔(202)并排布置,所述激光器(301)对准所述氮氧化物光声检测腔(108),所述双光声光谱检测机构还包括两个分别设置在所述氮氧化物光声检测腔(108)和所述粉尘光声检测腔(202)后侧的反射镜(307),从所述氮氧化物光声检测腔(108)射出的激光经两个所述反射镜(307)可射入所述粉尘光声检测腔(202)。

3.如权利要求1或2所述的基于光声光谱的痕量氮氧化合物同步检测系统,其特征在于:所述氮氧化物检测气路和所述粉尘检测气路的前端通过三通管连接有进气管(308),所述氮氧化物检测气路和所述粉尘检测气路的后端通过三通管连接有出气管(309),所述出气管(309)上安装有采样泵(310)。

4.一种应用如权利要求1或2或3所述的基于光声光谱的痕量氮氧化合物同步检测系统的气体物质含量检测方法,其特征在于:包括以下步骤:向氮氧化物检测气路和粉尘检测气路同步输入待测气体,启动双光声光谱检测机构,进入氮氧化物检测气路的待测气体通过四通控制阀(102)的控制分别经过本底干扰检测气管(103)、NO2检测气管(104)、NO检测气管(105)进入氮氧化物光声检测腔(108),经过双光声光谱检测机构的检测,分别得到待测气体中本地干扰气体含量S本底、NO2气体含量SNO2、NO气体含量SNO;进入粉尘检测气路的待测气体进入粉尘光声检测腔(202),经过双光声光谱检测机构的检测,得到待测气体中的粉尘含量S粉尘。

5.如权利要求4所述的气体物质含量检测方法,其特征在于:氮氧化物检测气路的后端安装有流量计Ⅰ(112),用于控制氮氧化物光声检测腔(108)的气体流量,粉尘检测气路的后端安装有流量计Ⅱ(203),用于控制粉尘光声检测腔(202)的气体流量,NO检测气管(105)上安装有流量计Ⅲ(113),用于控制流过汞灯(111)参与反应的气体流量。

6.如权利要求5所述的气体物质含量检测方法,其特征在于:待测气体中的S本底的检测过程包括如下步骤:

步骤1:启动采样泵(310)抽气,待测气体分为两个气路,一路由流量计Ⅰ(112)控制氮氧化物光声检测腔(108)的气体流量,一路由流量计Ⅱ(203)控制粉尘光声检测腔(202)的气体流量;

步骤2:调节四通控制阀(102)使待测气体进入本底干扰检测气管(103),即待测气体依次经过采样管、粉尘过滤膜、四通控制阀(102)和氮氧化物活性炭吸附剂(110)进入氮氧化物光声检测腔(108),此时,粉尘过滤膜过滤除去颗粒粉尘,氮氧化物活性炭吸附剂(110)过滤除去氮氧化物,余下的本地干扰气体进入氮氧化物光声检测腔(108);

步骤3:启动激光器(301),激光器(301)经信号调制器(302)发出紫外光谱波段激光射入氮氧化物光声检测腔(108),激光基于光声效应激发本地干扰气体,产生声压波段,驱动微音器Ⅰ(305)产生光声信号P1;

步骤4:光声信号P1与本地干扰气体含量S本底成正比,由同一信号调制器(302)调制的检测锁相放大器(303)采集放大后,在计算机(304)上处理得到并显示本地干扰气体含量S本底。

7.如权利要求6所述的气体物质含量检测方法,其特征在于:待测气体中的SNO2的检测过程包括如下步骤:

步骤1:启动采样泵(310)抽气,待测气体分为两个气路,一路由流量计Ⅰ(112)控制氮氧化物光声检测腔(108)的气体流量,一路由流量计Ⅱ(203)控制粉尘光声检测腔(202)的气体流量;

步骤2:调节四通控制阀(102)使待测气体进入NO2检测气管(104),即待测气体依次经过采样管、粉尘过滤膜、四通控制阀(102)和NO2检测气管(104)进入氮氧化物光声检测腔(108),此时,粉尘过滤膜过滤除去颗粒粉尘,余下的本地干扰气体和NO2进入氮氧化物光声检测腔(108);

步骤3:启动激光器(301),激光器(301)经信号调制器(302)发出紫外光谱波段激光射入氮氧化物光声检测腔(108),激光基于光声效应激发本地干扰气体和NO2,产生声压波段,驱动微音器Ⅰ(305)产生光声信号P2,P2减去本地干扰气体激发的光声信号P1,得到NO2气体激发的光声信号P3;

步骤4:光声信号P3与NO2的总含量SNO2成正比,由同一信号调制器(302)调制的检测锁相放大器(303)采集放大后,在计算机(304)上处理得到并显示NO2气体含量SNO2。

8.如权利要求6所述的气体物质含量检测方法,其特征在于:待测气体中的SNO的检测过程包括如下步骤:

步骤1:启动采样泵(310)抽气,待测气体分为两个气路,一路由流量计Ⅰ(112)控制氮氧化物光声检测腔(108)的气体流量,一路由流量计Ⅱ(203)控制粉尘光声检测腔(202)的气体流量;

步骤2:调节四通控制阀(102)使待测气体进入NO检测气管(105),即待测气体依次经过采样管、粉尘过滤膜、四通控制阀(102)和汞灯(111)进入氮氧化物光声检测腔(108),此时,粉尘过滤膜过滤除去颗粒粉尘,汞灯(111)通电发生过量臭氧,与NO反应生产NO2,进入氮氧化物光声检测腔(108)的待测气体为本地干扰气体、反应生产的NO2和原先存在的NO2;

步骤3:启动激光器(301),激光器(301)经信号调制器(302)发出紫外光谱波段激光射入氮氧化物光声检测腔(108),激光基于光声效应激发本地干扰气体和NO2,产生声压波段,驱动微音器Ⅰ(305)产生光声信号P4,P4减去原先存在的本地干扰气体和NO2气体激发的光声信号P1和P2,得到NO2气体激发的光声信号P5;

步骤4:光声信号P5与NO的总含量SNO成正比,由同一信号调制器(302)调制的检测锁相放大器(303)采集放大后,在计算机(304)上处理得到并显示NO气体含量SNO。

9.如权利要求6所述的气体物质含量检测方法,其特征在于:待测气体中的S粉尘的检测过程包括如下步骤:

步骤1:启动采样泵(310)抽气,待测气体分为两个气路,一路由流量计Ⅰ(112)控制氮氧化物光声检测腔(108)的气体流量,一路由流量计Ⅱ(203)控制粉尘光声检测腔(202)的气体流量;

步骤2:启动激光器(301),激光器(301)经信号调制器(302)发出紫外光谱波段激光射入粉尘光声检测腔(202),激光基于光声效应激发本地干扰气体、NO2和粉尘,产生声压波段,驱动微音器Ⅱ(306)产生光声信号P6,P6减去原先存在的本地干扰气体和NO2气体激发的光声信号P1和P2,得到气态粉尘激发的光声信号P7;

步骤3:光声信号P7与粉尘含量S粉尘成正比,由同一信号调制器(302)调制的检测锁相放大器(303)采集放大后,在计算机(304)上处理得到并显示粉尘含量S粉尘。