[发明专利]基于二极管激光的汞气连续监测装置及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于二极管激光的汞气连续监测装置及监测方法，属于汞气监测技术领域。

背景技术

燃煤烟气排放中的汞污染物以气态单质汞为主要形式，其总汞的含量可以通过热催化或化学转化的方式将其它形态的汞转化为气态单质汞来测得。燃煤汞排放的监测方法主要分为湿化学法和在线分析法两大类。目前被广泛采用的标准测汞方法都是基于湿化学原理，尽管这些方法可以提供较高的灵敏度，但其耗时是以天计数的，难以提供实时的监测数据。与成熟的湿化学法相比，具有实时性优势的在线分析方法尚处于研究和发展过程中。在目前已有应用的汞排放连续监测系统中最常被采用的是基于吸收光谱学检测原理的冷蒸汽原子吸收光谱技术。但在大部分基于冷蒸汽原子吸收光谱的汞气测量系统中，烟气流中的汞在引入光学检测系统分析前，需经预富集和解吸附两个步骤来提高测量灵敏度以及去除干扰气体，这会使系统的结构复杂，并大大降低汞排放监测的实时性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的汞气测量存在系统结构复杂并且汞排放监测实时性差的问题，提供一种基于二极管激光的汞气连续监测装置及监测方法。

本发明所述基于二极管激光的汞气连续监测装置，它由信号发生器、第一激光二级管控制器、第二激光二级管控制器、第一激光二极管、第二激光二极管、第一反射镜、二向色镜、第一凸透镜、BBO晶体、第二凸透镜、分光棱镜、第二反射镜、分光镜、样品池、参考池、第一滤光片、第二滤光片、第一探测器、第二探测器和数据采集分析器组成，

第一激光二级管控制器的控制信号输出端连接第一激光二极管的控制信号输入端，第一激光二极管发射的激光束入射至二向色镜的正面，

信号发生器用于产生锯齿波或三角波的控制信号，信号发生器的控制信号输出端连接第二激光二级管控制器的控制信号输入端，第二激光二级管控制器的控制信号输出端连接第二激光二极管的控制信号输入端，第二激光二极管发射的激光束经第一反射镜反射后入射至二向色镜的反面，

二向色镜正面入射光束的透射光束与二向色镜反面入射光束的反射光束重叠共线后入射至第一凸透镜，经第一凸透镜汇聚的光束入射至BBO晶体，经该BBO晶体透射的激光束经过第二凸透镜准直后入射至分光棱镜，该分光棱镜分离出的紫外激光束经第二反射镜反射后入射至分光镜，再经该分光镜分为透射光束和反射光束，

分光镜的透射光束经过样品池和第一滤光片后，被第一探测器的光探测面接收，第一探测器的信号输出端连接数据采集分析器样品信号输入端，

分光镜的反射光束经过参考池和第二滤光片后，被第二探测器的光探测面接收，第二探测器的信号输出端连接数据采集分析器参考信号输入端；

BBO晶体设置于第一凸透镜和第二凸透镜的焦平面上；

参考池中的介质为常温常压下汞的饱和蒸气。

第一激光二极管发射的激光束波长λ₁和第二激光二极管发射的激光束波长λ₂满足1/λ₁+1/λ₂＝1/254的关系，所述波长的单位为nm；

二向色镜对第一激光二极管发射的激光束的透过率大于90％，二向色镜对第二激光二极管发射的激光束的反射率大于90％。

参考池中汞蒸气的浓度与参考池中的光程长度的乘积为50μg/m²～500μg/m²。

第一滤光片和第二滤光片对入射光束的透过波长均为254nm，第一滤光片和第二滤光片的带宽均小于20nm，

第一滤光片和第二滤光片在254nm波长处和400nm-800nm波段的透过率之比均大于10³。

第一凸透镜和第二凸透镜的焦距在2cm～10cm范围内；

分光镜为半反射半透射的分束镜。

BBO晶体在垂直于光束传播方向的面积介于25mm²至100mm²之间，BBO晶体在沿着光束传播方向的长度大于7mm并且小于20mm。

信号发生器产生的锯齿波或三角波信号的频率为2Hz～20kHz；

第一探测器和第二探测器的光探测面在入射光束波为长为254nm处的响应率大于10³A/W。

一种基于上述基于二极管激光的汞气连续监测装置的监测方法，