专利名称：便携式紫外光谱烟气分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于烟雾气体检测分析领域，是一种烟气检测分析装置，特别是一种便携式紫外光谱烟气分析仪。
背景技术：
目前国内水泥厂、发电厂等行业的燃煤锅炉、燃气锅炉的烟气排放监测主要采用电化学气体分析仪、红外光谱分析仪，少量紫外光谱分析仪。这些仪器一般都存在价格比较昂贵、体积较大、针对应重点监测的NO2气体测量精度低、每次测试必须进行零点标定等缺陷。便携式紫外光谱烟气分析仪是用来测量固定污染源废气中的特定气体的浓度和排放量，是各级各类环境监测机构必备的监测设备，也是各类工矿企业实现节能减排、回收利用废气的必要仪器。

实用新型内容本实用新型的目的是提供一种使用方便快捷、测量种类齐全、提高测量NO2精度、能够实现连续在线测量的仪器设备。本实用新型的内容是便携式紫外光谱烟气分析仪，它是由烟气采集主体与主工作箱的输入端气嘴通过软气管连通构成；烟气采集主体主要包括耐热不锈钢管和热电偶，其特征是主工作箱包括箱体和内部装置，主工作箱内部装置由烟气预处理装置、烟气核心分析组件、数据处理及控制装置和数据输出及显示装置构成；烟气预处理装置的输入端与气嘴连通，其输出端与烟气核心分析组件的输入端连通，烟气核心分析组件连接有数据处理及控制装置和数据输出及显示装置，烟气核心分析组件的输出端与主工作箱的输出端气嘴连通，并装有抽气泵；烟气预处理装置由冷凝器、干燥器和真空过滤器依次连通构成；数据处理及控制装置包括控制面板和数据处理模块，其硬件核心是CPU-LPC2214 ；数据输出及显示装置包括液晶触摸显示屏、打印机和USB接口。所述的烟气核心分析组件是由底座和固定在底座上的紫外光源、U形气室、光谱仪、CO传感器、O2传感器、传感器电路板以及流量计构成；U形气室的两端分别与紫外光源和光谱仪连通，并在U形气室的两端分别设有气嘴，左气嘴与烟气预处理装置的输出端连通，右气嘴与CO传感器、O2传感器依次连通，O2传感器接有抽气泵并与主工作箱的输出端气嘴连通；光谱仪与数据处理及控制装置连接。所述的U形气室的外壳采用了铝管，内嵌光学玻璃管，并在与光谱仪连通的一端有聚焦透镜。所述的数据处理及控制装置的硬件核心CPU-LPC2214通过USB总线与光谱仪交换数据，它与CO传感器和A传感器的数据通过扩展了的ADC接口电路输入；热电偶设置了SPI接口电路输入硬件核心CPU-LPC2214 ；矩阵式键盘接口电路，设计了 9个按键，四个方位键、一个确定回车键及四个功能切换键控制硬件核心CPU-LPC2214 ；气体流量和打印机通
3过扩展了 RS232双串口电路接入硬件核心CPU-LPC2214。所述的主工作箱内部分为两层，其中一层内置有数据处理及控制装置的控制电路板和抽气泵，另一层内置有烟气核心分析组件，主工作箱的箱体顶部是数据输出及显示装置。所述的抽气泵是隔膜泵。所述的烟气采集主体是网状过滤头通过连接件与耐热不锈钢管连通，耐热不锈钢管上有热电偶和前握把、后握把以及握把芯，耐热不锈钢管末端外包橡胶套，前握把和后握把之间有外锁紧。本实用新型的特点是1、该分析仪结构紧凑，体积小、重量轻，方便携带测量。便携式紫外光谱烟气分析仪体积小于同类仪器的2/3，质量小于同类产品的50%，除烟气采集探头和打印机外，其余设备集成在同一箱体内，摈弃了同类产品分体式的设计缺陷；同时，该仪器采用了触摸液晶显示，能够实时的读出测量结果，通过触摸屏控制，可读取即时数据，也可获取平均测量值，实现了真正的便携快捷测量。2、该仪器可测量气体种类较为齐全，可同时在线测量五种气体。该仪器可测量NO、NO2, NH3、SO2, H2S, CO、O2共七种气体，与同类产品相比，做到了一机多用。3、提高了 NO2的测量精度。国内外紫外烟气分析仪采用传统的DOAS算法，NO2的测量精度约为5% ；本实用新型采用优先频谱迭代法和紫外光谱仪积分时间变量法，NO2的测量精度小于H4、可对固定污染源排放的烟气进行在线连续监测。本实用新型与传统的测试方法相比，具备无信号衰减、无传感器寿命限制、无气体交叉等优点；每次测量前无需标定，数字口输出传输，可实现无人值守监测。

下面将结合实施例对本实用新型作进一步的说明图1是便携式紫外光谱烟气分析仪的烟气采集主体结构示意图；图2是便携式紫外光谱烟气分析仪的主工作箱结构示意图；图3是便携式紫外光谱烟气分析仪的烟气核心分析组件结构示意图；图4是便携式紫外光谱烟气分析仪的数据处理工作原理示意图。图中1、网状过滤头；2、连接件；3、耐热气管；4、热电偶；5、前握把；6、外锁紧；7、后握把；8、握把芯；9、橡胶套；10、软气管；11、输入气嘴；12、冷凝器；13、干燥器；14、真空过滤器；15、线路板；16、抽气泵；17、烟气分析核心组件；18、出气管；19、紫外光源；20、U形气室；21、光谱仪；22、CO传感器；23、O2传感器；24、传感器电路板；25、流量计；26、底座；27、左气嘴；28、右气嘴。
具体实施方式
如图1所示，烟气采集主体是网状过滤头1通过连接件2与耐热不锈钢管3连通，耐热不锈钢管3上有热电偶4和前握把5、后握把7以及握把芯8，耐热不锈钢管3末端外包橡胶套9，前握把5和后握把7之间有外锁紧6。工作中，所采集烟气经网状过滤头1初次过滤后被吸入工作机内，同时热电偶4获取气体温度，烟气经输入气嘴11进入主工作箱。3/3页如图2所示，便携式紫外光谱烟气分析仪的主工作箱包括箱体和内部装置，主工作箱内部装置由烟气预处理装置、烟气核心分析组件17、数据处理及控制装置和数据输出及显示装置构成。数据输出及显示装置包括液晶触摸显示屏、打印机和USB接口。主工作箱左侧是烟气预处理装置，由冷凝器12、干燥器13和真空过滤器14依次连通构成，烟气预处理装置的输入端与气嘴11连通，输出端与烟气核心分析组件17的输入端左气嘴27连通。烟气经输入气嘴11进入主工作箱后，首先通过冷凝器12降温，再通过干燥器13脱水，最后经真空过滤器14进入U形气室20，至此就完成了烟气预处理。主工作箱右侧分为两层，其中一层内置有数据处理及控制装置的控制电路板15和抽气泵16，另一层内置有烟气核心分析组件17，主工作箱的箱体顶部是数据输出及显示装置。采集烟气经烟气分析核心组件分析完成后，经抽气泵16泵出，从出气嘴18排出箱体。如图3所示，烟气核心分析组件17是由底座沈和固定在底座沈上的紫外光源19、U形气室20、光谱仪21、CO传感器22、&传感器23、传感器电路板M以及流量计25构成；底座26与箱体之间进行了隔振连接，从而确保了整个核心组件工作中的光信号稳定，分析数据可靠准确。U形气室20的两端分别与紫外光源19和光谱仪21连通，并在U形气室20的两端分别设有气嘴，左气嘴27与烟气预处理装置的输出端连通，右气嘴观与CO传感器22、&传感器23依次连通，O2传感器23接有抽气泵16并与主工作箱的输出端气嘴18连通；光谱仪21与数据处理及控制装置连接。紫外光源19发出的紫外光准直后，在U形气室20内经两次反射，再经过透镜聚焦，进入光谱仪21，光谱仪的数据处理系统会根据不同光谱给出不同的数据信号，这些信号经数据线传输给数据处理电路板，经过运算处理后，液晶显示屏将给出相应的曲线和数据。当经过预处理的烟气经左气嘴27进入U形气室20，光谱仪21将得到与所含气体相应的谱线，不同气体最终在液晶显示屏上显示处不同的曲线和数据，如果气体浓度变化，气体曲线及其百分比浓度数据也会发生变化。从U形气室20的右气嘴观出来的烟气进入CO传感器22，再进入O2传感器23，最后由抽气泵16泵出，经出气嘴18排出。抽气泵16采用了隔膜泵，确保了气体流量恒定，有利于提高采集数据的精度。U形气室20外壳采用了铝管，内嵌特制光学玻璃管，保证了气体在气室内无滞留。上述核心组件元件都装在底座26上，底座26与箱体之间进行了隔振连接，从而确保了整个核心组件工作中的光信号稳定，分析数据可靠准确。如图4所示，数据处理及控制装置包括控制面板和数据处理模块，其硬件核心是CPU-LPC2214，它通过USB总线与光谱仪交换数据，将光谱仪采集到的光谱数据进行处理，然后将得到气体成份和浓度通过彩色LCD输出显示。传感器电路测量02、CO气体所得数据，通过扩展了的ADC接口电路输入；热电偶设置了 SPI接口电路；矩阵式键盘接口电路，设计了 9个按键，四个方位键、一个确定回车键及四个功能切换键；气体流量和打印机，通过扩展了 RS232双串口电路连接。算法上，传统烟气分析仪采用的差分光学吸收光谱技术(DOAS)因受气体相互干扰而精度降低。本实用新型的计算原理采用优选差值逼近法即根据各种气体的不同吸收光谱特性，选择特定波数，用计算软件进行多次逼近计算，经多次取值、迭代和运算，使各气体的干扰误差减到最小，从而获得测量的高精度。
权利要求1.便携式紫外光谱烟气分析仪，它是由烟气采集主体与主工作箱的输入端气嘴(11) 通过软气管(10)连通构成；烟气采集主体主要包括耐热不锈钢管(3)和热电偶(4)，其特征是主工作箱包括箱体和内部装置，主工作箱内部装置由烟气预处理装置、烟气核心分析组件(17)、数据处理及控制装置和数据输出及显示装置构成；烟气预处理装置的输入端与气嘴(11)连通，其输出端与烟气核心分析组件(17)的输入端连通，烟气核心分析组件(17)连接有数据处理及控制装置和数据输出及显示装置，烟气核心分析组件(17)的输出端与主工作箱的输出端气嘴(18)连通，并装有抽气泵(16)；烟气预处理装置由冷凝器(12)、干燥器 (13)和真空过滤器(14)依次连通构成；数据处理及控制装置包括控制面板和数据处理模块，其硬件核心是CPU-LPC2214 ；数据输出及显示装置包括液晶触摸显示屏、打印机和USB 接口。
2.根据权利要求1中所述的便携式紫外光谱烟气分析仪，其特征是所述的烟气核心分析组件(17)是由底座(26)和固定在底座(26)上的紫外光源(19)、U形气室(20)、光谱仪 (21)、CO传感器(22)、O2传感器(23)、传感器电路板(24)以及流量计(25)构成；U形气室 (20)的两端分别与紫外光源(19)和光谱仪(21)连通，并在U形气室00)的两端分别设有气嘴，左气嘴(27)与烟气预处理装置的输出端连通，右气嘴08)与CO传感器(22)、02传感器(23)依次连通，O2传感器(23)接有抽气泵(16)并与主工作箱的输出端气嘴(18)连通； 光谱仪与数据处理及控制装置连接。
3.根据权利要求2中所述的便携式紫外光谱烟气分析仪，其特征是所述的U形气室 (20)的外壳采用了铝管，内嵌光学玻璃管，并在与光谱仪(21)连通的一端有聚焦透镜。
4.根据权利要求2中所述的便携式紫外光谱烟气分析仪，其特征是所述的数据处理及控制装置的硬件核心CPU-LPC2214通过USB总线与光谱仪(21)交换数据，它与CO传感器(22)和O2传感器(23)的数据通过扩展了的ADC接口电路输入；热电偶(4)设置了 SPI 接口电路输入硬件核心CPU-LPC2214 ；矩阵式键盘接口电路，设计了 9个按键，四个方位键、 一个确定回车键及四个功能切换键控制硬件核心CPU-LPC2214 ；气体流量和打印机通过扩展了 RS232双串口电路接入硬件核心CPU-LPC2214。
5.根据权利要求1中所述的便携式紫外光谱烟气分析仪，其特征是所述的主工作箱内部分为两层，其中一层内置有数据处理及控制装置的控制电路板(1 和抽气泵(16)，另一层内置有烟气核心分析组件(17)，主工作箱的箱体顶部是数据输出及显示装置。
6.根据权利要求1中所述的便携式紫外光谱烟气分析仪，其特征是所述的抽气泵 (16)是隔膜泵。
7.根据权利要求1中所述的便携式紫外光谱烟气分析仪，其特征是所述的烟气采集主体是网状过滤头(1)通过连接件O)与耐热不锈钢管C3)连通，耐热不锈钢管C3)上有热电偶(4)和前握把(5)、后握把(7)以及握把芯(8)，耐热不锈钢管(3)末端外包橡胶套 (9)，前握把(5)和后握把(7)之间有外锁紧(6)。
专利摘要本实用新型是便携式紫外光谱烟气分析仪。它是由烟气采集主体与主工作箱的输入端气嘴通过软气管连通构成；烟气采集主体主要包括耐热不锈钢管和热电偶，其特征是主工作箱包括箱体和内部装置，主工作箱内部装置由烟气预处理装置、烟气核心分析组件、数据处理及控制装置和数据输出及显示装置构成；烟气预处理装置与气嘴连通和烟气核心分析组件连通，烟气核心分析组件连接有数据处理及控制装置和数据输出及显示装置；数据处理及控制装置包括控制面板和数据处理模块，其硬件核心是CPU-LPC2214。它使用方便快捷、测量种类齐全、提高测量NO2精度、能够实现连续在线测量的仪器设备。
文档编号G01N21/33GK202330277SQ20112049622
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月4日 优先权日2011年12月4日
发明者樊安仓, 赵铁鹍 申请人:北方光电集团有限公司