[实用新型]烟气浓度分析仪全反射式光学系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用光学和光谱学技术对气体浓度进行测量的光学系统，作为光信号传输物理通道的光学系统是烟气浓度分析仪的核心和关键部分，它的信噪比和光传输效率很大程度上直接决定了整个分析仪的信噪比、灵敏度和测量准确度等关键指标。 

背景技术

    烟气排放连续监测系统(CEMS,Continuous Emission Monitoring System)是指导电厂脱硫、脱硝系统闭环运行的重要监控设备，同时又是烟气排放的重要监测设备。随着我国节能减排工作的不断推进，气态污染物中SO₂、NO_X、NH₃等的排放浓度越来越低，原来基于红外吸收光谱技术的适用于低湿、高硫的直接抽取冷干法很难适应目前的高湿、低硫的工况。20世纪70年代末由德国海德堡大学Platt.U等人提出的，作为直接测量法中较有代表性的差分吸收光谱法(Differential Optical Absorption Spectroscopy,DOAS)在大气痕量气体浓度监测和污染源烟气排放浓度的直接测量中获得了成功而广泛的应用。 

基于紫外差分吸收光谱技术的烟气浓度分析仪，光学系统是其中的核心和关键部分，它的灵敏度、信噪比等很大程度上决定了分析仪的灵敏度、信噪比和测量准确度等关键指标。烟气浓度直接测量系统安装于脱硫脱硝前后以及污染源的排放口如烟囱或烟道等，由于被测对象通常和其它干扰气体以及粉尘等共存，因此系统对发射光束和返回光束的能量有一定的要求；且由于现场存在振动、高温等因素的影响，要求系统具有较高的可靠性和稳定性。目前，此类分析仪器大多采用折射式和折反式光学系统。由于系统所用光源一般为氘灯(190-410 nm)或氙灯(200-1100 nm),光源辐射波段较宽，对于同时要求传输宽波段光束又具有较高能量的折射式或折反式系统，必须进行色差校正；此外，能透过紫外光线的材料很少，再加上现场的振动和高温等因素，折射式光学系统设计会比较复杂。折射式光学系统常选用CaF₂来进行色差校正，由于其材料柔软易碎，对温度的适用性差，加工具有一定的难度；同时系统要具有较高的能量，必须使用不同材料的光学原件消色差，系统复杂、加工成本较高且系统的可靠性和稳定性得不到保证。 

由于折射式或折反式系统存在以上缺点，有必要对现有烟气浓度分析仪的光学系统进行创新设计。 

发明内容

本实用新型针对现有烟气浓度分析仪光学系统信噪比和灵敏度低，稳定性和可靠性差的缺点，提供一种烟气分析仪全反射式光学系统。 

根据抛物面反射镜的准直特性，即在理想情况下，焦点出射的光束经抛物面反射后严格平行的特点，通过三面直角棱镜、分光镜(单面镀反射膜)、离轴抛物面反射镜合理的空间布置和结构及尺寸优化，本实用新型设计一种无色差的全反射式光学系统。与相同原理的烟气浓度测量系统相比，基于该光学系统的烟气浓度分析仪具有较高的灵敏度、测量准确度和可靠性，同时具有较好的稳定性。尤其是在光源的辐射光强较弱或被测气体浓度较高的情况下，系统的灵敏度和测量准确度也显著提高；同时，高灵敏度光学系统设计也相对延长了光源的有效使用时间。 

本实用新型的具体技术解决方案如下： 

一种烟气浓度分析仪全反射式光学系统，该系统包括光源、测量光反射镜、参考光反射镜、光谱仪和活动遮光板，其特征是：该系统还包括第一（准直）离轴抛物面反射镜和第二（聚焦）离轴抛物面反射镜，

其中第一离轴抛物面反射镜与测量光反射镜相对设置形成测量光路，且测量光反射镜的中心对称轴与第一离轴抛物面反射镜的光轴重合；

其中第二离轴抛物面反射镜与参考光反射镜相对设置形成参考光路，且参考光反射镜的中心对称轴与第二离轴抛物面反射镜的光轴重合；

第一离轴抛物面反射镜的光轴与第二离轴抛物面反射镜的光轴垂直相交，并在交点右侧的测量光路上设有烟气通道；一分光镜置于第一、第二离轴抛物面反射镜两光轴交点处，并设在第一、第二离轴抛物面反射镜的一半光路上（上部）；第二离轴抛物面反射镜的光轴与该分光镜夹角呈45⁰，参考光反射镜的中心对称轴与该分光镜夹角呈135⁰；

所述活动遮光板活动设于第一和第二离轴抛物面的另一半光路上（下部）；

所述光源位于第一离轴抛物面反射镜的焦点上，一光纤入射端位于第二离轴抛物面反射镜的焦点处，该光纤的出射端连接光谱仪。

本实用新型的进一步设计在于，所述分光镜迎着第一离轴抛物面反射镜的面单面镀有反射膜。