[发明专利]一种新型的烟气水分含量检测方法及系统

说明书

本发明公开了一种新型的烟气水分含量检测方法及系统，其中检测方法为通过超导约瑟夫森结超导临界电流大小对太赫兹辐照功率的强敏感性，通过测量约瑟夫森结超导临界电流的实时变化量，来对太赫兹波穿过含水烟气的功率衰减值进行检测；再将得到的太赫兹波功率衰减值导入到大气毫米波衰减模型数据库中进行快速查表，最终得到烟气中水分含量的实时数据。本发明提供的方法相比其他已有的工业烟气含水量测定法，具有实时性好且灵敏度更高的优点。

技术领域

本发明涉及工业烟气如锅炉烟气、垃圾焚烧烟气中含水量测量技术领域，具体涉及一种新型的烟气水分含量检测方法及系统。

背景技术

太赫兹波或称为太赫兹射线是从上个世纪80年代中后期，才被正式命名的，在此以前科学家们将统称为远红外射线。太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长大概在0.03到3mm范围，介于微波与红外之间。目前太赫兹多开始运用在生物检测领域。太赫兹光谱技术不仅信噪比高，能够迅速地对样品组成的细微变化作出分析和鉴别，而且太赫兹光谱技术是一种非接触测量技术，使它能够对半导体、电介质薄膜及体材料的物理信息进行快速准确的测量。

在工业烟气处理领域，烟气中水分含量是工业烟气参数中很重要的一个指标。一般可以用单位气体体积内含水分质量来标定，也可称为绝对湿度，单位为g/m3或mg/m3。传统的烟气中水分含量测定方法主要有重量法、冷凝法和干湿球温度计法。这三种方法各有优缺点，但都无法做到实时快速检测出数据，需要一段时间才能反映结果，时效性差。近年来，随着现代微电子、微机械加工、计算机技术发展，出现了阻容法、电容法以及激光法这些新型的烟气水分含量检测方法。这些方法可以在现场实时检测数据，但是却也存在如下一些问题。阻容法和电容法是基于水汽对湿敏电阻和湿敏电容的某些特性的影响来做检测，且这些湿敏特性是连续变化的。对于烟气中阶跃性、大幅度的水汽突然阶跃变化，阻容法和电容法的反应速度明显具有滞后性，灵敏度不高。激光法是基于通过烟气激光的强度与烟气中水汽含量成一定函数关系的原理来进行检测。然而，对于有许多微小颗粒微尘的复杂烟气环境，例如垃圾焚烧烟气环境，大规模的颗粒微尘会显著影响激光穿透性，带来较大强度衰减，影响激光法检测效果和灵敏度。

综上，传统的烟气水分含量检测方法不能实时检测出数据，时效性差；现代阻容法、电容法以及激光法，在某些复杂烟气情况下(如水汽含量突变或存在大量微尘等)其检测灵敏度会受很大影响，影响检测效果。鉴于上述烟气水分含量检测方法存在的缺点，本发明提出了一种基于太赫兹波对烟气中水汽是强吸收，远超其他气体成分，而约瑟夫森结超导临界电流又对太赫兹波辐照功率强敏感原理，其灵敏度在理论上会超过包括超导热电子测热辐射计在内的其他太赫兹波功率计的新型烟气含水量检测方法，相比于其他已有方法，具有实时性好且灵敏度更高的优点。

发明内容

1.所要解决的技术问题：

针对上述技术问题，本发明提供一种新型的烟气水分含量检测方法及系统，本方法中利用了太赫兹波对烟气中水汽的强吸收特性、对烟气中其他微粒浮尘又有强穿透性的特征。对需要测量的烟气或者空气实时进行一定频率太赫兹连续波辐照，对照射过后的太赫兹波的约瑟夫森结超导临界电流Ic值的实时变化量进行采集，计算机快速计算得到太赫兹波穿过含水烟气的功率实时衰减值，导入到大气毫米波衰减模型数据库中进行快速查表，最终得到烟气中含水量(绝对湿度)的实时数据。

2.技术方案：

一种新型的烟气水分含量检测系统的检测方法，包括以下步骤：

步骤一：起始阶段，测量在没有太赫兹波辐照时的约瑟夫森结的原始超导临界电流Ic值，以作为标定；所述的约瑟夫森结位于低温真空装置内。

步骤二：预设频率的太赫兹连续波源向接收透镜发射连续的太赫兹波，接收透镜将透射过的太赫兹波汇聚至约瑟夫森结的结区；所述接收透镜出射面位于低温真空装置内，接收透镜入射面位于低温真空装置外表面；约瑟夫森结与透镜间为真空，太赫兹信号传输无功率衰减；所述接收透镜为凸透镜。