[发明专利]气体浊度和含尘浓度的在线监测方法及其监测仪

说明书

本发明属于测量领域，具体涉及一种用半导体激光二极管作光源，对各种气体的浊度或所含粉尘浓度进行实时在线监测的方法及其监测仪。

目前，国内外测量气体含尘量的方法，大体分为两大类：沉降法和非沉降法。沉降法虽然具有直接测量气体中粉尘的质量浓度的优点，但由于它不能自动、连续测量，尤其无法实现污染源的在线监测，且操作繁所，测量误差大，已远不适应当前环境污染的监测要求。非沉降法监测手段，近年来发展较块，在非沉降法中利用光学原理的制造的无接触在线监测仪在国外已广泛使用。此类仪器的监测方法主要分为光透射法和光散射法两种，国内外诸多此类仪器的结构特点各不相同，为了克服影响测量误差的诸多因素，提高监测精度所采取的技术措施的水平和效果互不一样，综合起来看，此类现有的商品化仪器均有待进一步完善，有的存在着明显的不足或缺陷，例如，如何有效地消除由于窗面积灰污染造成的测量误差，这是国内外同类仪器普遍存在的问题，也是影响该类仪器测量准确度的关键问题之一。如德国的DURAG公司生产的D--R216浊度仪，虽然在测量系统中加入了鼓风机，对窗面进行鼓风隔离，但杜绝不了窗面的漫积灰污染，使用中仍存在由此造成的测量误差。如美国生产的M400型和DYNATRON1100型浊度仪，虽增加了窗面状态探测器，由于探测器光敏面的污染，没有采取措施克服，也不可能有效地实现对测量误差进行自动补偿。如内蒙古电力试验研究所的JFN-2型粉尘浓度计，以He-Ne激光器作光源，采用双光源、单光程对测系统，可自动补偿光源、电压波动及电子元器件性能变化引起的误差，但窗面污染造成的误差无法补偿，且不适合振动较大的场合，再者，用He-Ne激光器作光源寿命较短。

本发明的目的是提供一种集先进的激光技术、光纤技术、锁相技术和微机技术为一体，能自动补偿由于窗面积灰、电源电压和光源强度波动、探测器及电子元器件性能变化、烟道振动和变形以及烟气端流效应引起的光束漂移和扩斑等多种因素造成的误差，实时监测气体浊度和含尘浓度的在线监测方法及其监测仪。

该气体浊度和含尘浓度的在线监测方法为发射端和接收端分别置于被测气体的两侧，在发射端将来自激光器的单一光束调制成所需频率的交变光，该交变光通过第一析光镜被分成两束光，这两束光在切光盘的作用下交替地入射到第二析光镜，被分成四束光即两束反射光和两束透射光，其中两束反射光经会聚透镜会聚，交替地入射到发射端的同一光电转换器上，作为基准光分别记作I0和I0′，两束透射光中的一束穿过被测气体作为测量光，另一束经光纤耦合器传输作为参考光，测量光和参考光经接收端的会聚透镜交替地入射到接收端的同一光电转换器上分别记作Ir和Ir′，使透射到光电转换器上的光强按相同周期出现由小到大和由大到小的变化，经模拟信号处理后形成一定宽度的矩形波，由数据处理系统根据朗伯——比尔定律计算出被测气体的透过率T＝(Ir/I0)·(I0′/Ir′)·K＝e^-α·c·L，进而计算出被测气体的浊度为Q＝1-T，被测气体的含尘浓度为C＝Ln(1/T)/α·L(式中：α——被测气体的衰减系数，L——测量光在被测气体中通过的光程，K——传输光纤的耦合系数)。

该在线监测仪包括光路和光电转换系统、空气净化系统、模拟信号处理系统、数据处理系统，光路和光电转换系统包括激光器1，光路的发射端2、光路的接收端7，光电转换器4、8，光纤耦合器5、6，传输光纤25，空气净化系统包括空气净化室10、11，空气滤清器12、13，模拟信号处理系统包括前置放大器3、9，电源14，接线合15，模拟信号处理单元16，数据处理系统包括A/D转换器17，数据处理单元18，数码显示器19，微型打印机20，模拟量指示器21，模拟量输出22，声、光报警装置23组成，其净化室10、11对称放置在被测气体的两侧分别与空气滤清器12、13联接，激光器1发出的光束进入光路系统的发射端2，光路系统的发射端2发出的光信号一部分经净化室10、被测气体、净化室11射向光路系统的接收端7，一部分经光纤耦合器5、光纤25、光纤耦合器6传输射向光路系统的接收端7，其光信号交替地进入光电转换器8，光电转换器8输出的交流电信号进入前置放大器9，一部分直接经光电转换器4输出，其电信号进入前置放大器3，前置放大器3、9输出的信号分别经接线盒15与模拟信号处理器16联接，模拟信号的输出端经A/D转换器17进入数据处理单元进行数据处理并显示和打印测量结果。