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1、测量NO气体吸收截面的方法文章编号:1674-7070(2011)02-0146-04测量NO气体吸收截面的方法摘要差分吸收光谱技术(DOAS)已经被广泛用于各种污染气体浓度的测量,其中影响其测量精度的主要因素就是气体吸收截面的测量.利用Lambert—Beer吸收定律以及自主设计的测量装置对大气的主要污染气体N0的吸收截面进行了测量,并采用多项式拟合的方法提高了测量的精度,根据所测得的吸收截面反演了N0气体的浓度值,取得了良好的效果.关键词差分吸收光谱技术;NO气体;吸收截面;多项式拟合中图分类号XS11文
2、献标志码A收稿日期2010—11-08资助项目江苏省产学研联合创新资金计划(BY2009104)作者简介张颖超,男,教授,博士生导师,主要研究方向为复杂系统建模与仿真,计算机控制与信息技术,嵌入式技术等.zyc@nuist.edu.el1.1南京信息工程大学信息与控制学院,南京21OO44张颖超苗丰0引言氮氧化物(NOx)是主要的大气污染气体,约占气体污染物总量的30%以上,主要成分为NO和NO:.氮氧化物主要来自化石燃料的燃烧,火力发电厂是产生氮氧化物排放的主要源头.因此,对发电厂烟囱内氮氧化物的排放浓度实
3、现在线监测,对于控制大气污染物的生成具有十分重要的现实意义.目前,差分吸收光谱方法(DifferentialOpticalAbsorptionSpetrosco.PY,DOAS)被广泛应用于包括氮氧化物在内的各种污染气体排放浓度的在线监测.差分吸收光谱方法最早由德国Heidelberg大学环境物理研究所的UlrichPlatt提出,主要是利用吸收分子在紫外到可见波段的特征吸收来测量各种污染气体的浓度,影响浓度测量精度的一个主要因素就是气体吸收截面的测量方法J.1测量原理光源发出强度为,n的光,经过一定距离的传
4、输后,由于各种大气气体分子对其不同的吸收,使其光谱的强度和结构都会发生相应的改变,设其强度变为,,,和,n之间的关系可由Beer—Lambert定律得出J:rn,(A)=/o(a)exp{∑[一(A)一(A)一LlR(A)一(A)]CNiL}+B(A).(1)这里,A表示波长,or(A)是所测第i种气体的分子窄带吸收截面,or(A)则是宽带吸收截面,G为第i种气体在￡光程中的平均浓度,Ⅳ是第i种气体的浓度,￡表示光程,n是所测气体的种类数,一般为2～10,(A)和s(A)则分别是瑞利散射系数和米散射系数,它们
5、是随波长作慢变化的,B(A)是各种噪声之和,将式(1)两边取对数,可得:1n[,n(A)/I(A)]=∑[(A)+or(A)+R(A)+(A)]Ci+(A).(2)令,J(A)=In[Io(A)/I(A)],则式(2)可变为D(A)=∑or(A)CiNiL+P(A).(3)曲未馐垂学:自然科学版,2011,3(2):146—149JournalofNanjingUniversityofInformationScienceandTechnology:NaturalScienceEdition,2011,3(2)
6、:146-149其中D(A)为光源光谱/o和测量光谱,的比值的对数,P(A)是包括瑞利散射,米散射,探测器响应,各种气体的宽带吸收以及光源本身等所引起的一种宽带光谱结构,所以,测量得到D(A)以后,除去其中的P(A)E6],可得c=D(A)/∑f,(A)Ⅳ,J.=l2仪器装置整套装置包括氘灯,发射和接收装置,石英光纤,气室,凸透镜和光谱仪等,如图1所示.41.氘灯;2.光纤;3,5.透镜;4.气室;6.标气;7.气体混合室;9.计算机;10.进气管;11.压力表;12.出气管;13.流量计;14.废气回收装置
7、图1差分吸收光谱法烟气质量浓度测量实验装置示意Fig.1Experimentapparatusschemeoffluegasconcentrationmeasurementusingdifferentialopticalabsorptionspectrometry实验过程中,选择氘灯作为光源,提供185～400nm波段的连续光谱,采用荷兰Avantes公司提供的AVAsPEC-2048×14.USB2光纤光谱仪,分辨率可达0.4Dil1.图1给出了差分吸收光谱法烟气浓度测量实验装置示意,虚线框内为配气部分,虚
8、线框下面为测量部分.为了配置不同组分浓度的NO气体并使气体进入测量单元之前能够充分混合,将钢瓶里的标配气体和高纯氮气按照一定的比例经高精度质量流量计通过不同的球形阀门进入混合室进行混合.混合后的气体通过长度为1m的气室以后进入废气吸收装置.测量部分的工作过程如下:光源发出的光由光纤经透镜3准直后进入长度为1m的测量单元,出射光经透镜5聚焦后由光纤光谱仪接收,并将光信号转换成电信号输人到计算机进行数据
