[发明专利]一种基于紫外可见波段吸收光谱的超高灵敏度氮氧化物测量系统

摘要

本发明公开了一种基于紫外可见波段吸收光谱的超高灵敏度一氧化氮测量系统，该测量系统由第一光学谐振腔测量单元，第二光学谐振腔测量单元，臭氧产生单元，一氧化氮转换单元和采样气路单元等组成。测量系统进行测量时，采样气体首先通过第一光学谐振腔测量单元获取采样气体中二氧化氮浓度值，然后与臭氧混合，采样气体中的一氧化氮与臭氧充分反应，转化成为二氧化氮，再由第二光学谐振腔测量腔内总的二氧化氮浓度值，通过差分计算获得大气一氧化氮的浓度值。本发明的测量系统可用于一氧化氮和二氧化氮的超高灵敏度测量，测量灵敏度可达到几个PPT(10^‑12)，甚至更低，相比于市面上的氮氧化物测量仪，测量灵敏度可提高1‑2个数量级。

主权项

1.一种基于紫外可见波段吸收光谱的超高灵敏度氮氧化物测量系统，其特征在于包括：第一光学谐振腔测量单元，第二光学谐振腔测量单元，臭氧产生单元，一氧化氮转换单元和采样气路单元；采样口与第一光学谐振腔测量单元进气口通过采样管相互连接，第一光学谐振腔测量单元出气口，臭氧产生单元出气口与一氧化氮转换单元进气口通过采样管和三通接头相互连接，一氧化氮转换单元出气口与第二光学谐振腔测量单元进气口相互连接，第二光学谐振腔测量单元出气口与采样泵相互连接；测量系统进行测量时，采样气体首先通过第一光学谐振腔测量单元获取采样气体中二氧化氮浓度值，然后与臭氧混合，采样气体中的一氧化氮与臭氧充分反应，转化成为二氧化氮，再由第二光学谐振腔测量腔内总的二氧化氮浓度值，根据两个光学腔内二氧化氮浓度测量值，采样流速以及臭氧流速计算出大气一氧化氮的浓度值，实现一氧化氮和二氧化氮同时超高灵敏度测量；所述的第一光学谐振腔测量单元和第二光学谐振腔测量单元结构一致，每一个谐振腔测量单元均包括LED光源，滤光片、前耦合透镜、后耦合透镜，两端安装高反射率镜片的光学腔、光纤和光谱仪；光源发出的光通过前耦合透镜准直后从腔体一端进入光学腔，光束在光学谐振腔内经多次反射吸收，光每反射一次，都会从腔体的一侧透射出部分光，再经滤光片以及后耦合透镜进入光纤后传输至光谱仪，光谱仪探测器接收的光是所有透射光的叠加总和，根据被测气体的吸收光谱，有效光程和国际通用的标准气体的吸收截面，利用最小二乘拟合从测量得到的吸收光谱中反演出待测气体的浓度；所述LED光源选择中心波长460nm的蓝光发光二极管(LED)光源，光源的辐射光谱的半峰全宽在10nm至30nm之间；为保证LED光源的输出稳定，LED光源由高精度恒流源驱动，并通过增加控温装置来恒定LED温度；所述光学谐振腔为密封腔，留有进气口和出气口；两片高反射率镜片的反射率均大于99.99％，有效光程达到几公里或几十公里。