[发明专利]基于光声光谱技术的甲醛气体浓度实时检测系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于光声光谱技术的甲醛气体浓度实时检测系统和方法，该系统包括：红外光源、斩波器、光声池、滤波片、声信号采集单元和声信号处理单元；声信号采集单元放置在光声池内腔,声信号采集单元和声信号处理单元连接，光声池面向红外光源的侧面设置有氟化钙镜片；声信号采集单元，用于采集气体吸收激光后产生的周期性压力波动信号，并将压力波动信号转化为电信号；声信号处理单元，用于处理电信号，将处理后的电信号和预先生成的电信号‑甲醛气体浓度标准曲线进行对比，得到待测气体的甲醛气体浓度。本发明由于是直接测量甲醛对于固定波长的红外光的吸收，所以光声检测甲醛具有极高的精确性、可靠性和高灵敏度。

技术领域

本发明涉及光声光谱技术领域，具体涉及基于一种基于光声光谱技术的甲醛气体浓度实时检测系统和方法。

背景技术

2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单中，将甲醛放在一类致癌物列表中。2019年7月23日，甲醛被列入有毒有害水污染物名录(第一批)。其浓度在每立方米空气中达到0.08-0.09mg/m³时，儿童就会发生轻微气喘。当室内空气中达到0.1mg/m³时，就有异味和不适感；达到0.5mg/m³时，可刺激眼睛，引起流泪；达到0.6mg/m³，可引起咽喉不适或疼痛。浓度更高时，可引起恶心呕吐，咳嗽胸闷，气喘甚至肺水肿；达到30mg/m³时，会立即致人死亡。甲醛为较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上高居第二位。已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。因此有效的检测甲醛气体的产生源，浓度，泄漏源，对人民群众的生命财产安全有着十分重要的意义。

一直以来甲醛含量检测备受重视，较为成熟的方法有：色谱分析法、质谱分析法、气相色谱-质谱联用法等。以上方法可以准确的测量出甲醛的含量，但它们的存在如：分析时间较长，不能是实时监测，对技术人员的要求高，仪器较大不能在室内或者实验室外直接使用，仪器的成本也相对较高等问题。

光声检测是一种新型的检测手段，当用一束红外激光照射到密封的甲醛气体上，如果此波段激光的频率与甲醛气体的特殊官能团的振动频率不吻合，该波段激光将不会被吸收；如果此波段的激光的频率与甲醛气体的振动频率吻合，此激光将被分子吸收并以释放热能的方式退激，光声检测是直接取决于物质吸收光能的大小，正因为如此，反射光、散射光对于物质的检测干扰特别小，对于弱吸收的物质可采取提高入射光的光功率，从而提高光声检测的信噪比。

因此，行业内急需研发一种检测精度和灵敏度更高的基于光声检测甲醛气体的系统或者方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足，提供了一种基于光声光谱技术的甲醛气体浓度实时检测系统和方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于光声光谱技术的甲醛气体浓度实时检测系统，包括：红外光源、斩波器、光声池、滤波片、声信号采集单元和声信号处理单元；红外光源、斩波器以及滤波片依次连接；声信号采集单元放置在光声池内腔,声信号采集单元和声信号处理单元连接，光声池面向红外光源的侧面设置有氟化钙镜片；红外光源、斩波器、滤波片和氟化钙镜片在同一水平轴线；声信号采集单元，用于采集气体吸收激光后产生的周期性压力波动信号，并将压力波动信号转化为电信号；声信号处理单元，用于处理电信号，将处理后的电信号和预先生成的电信号-甲醛气体浓度标准曲线进行对比，得到待测气体的甲醛气体浓度。

优选地，声信号采集单元为极柱体微音器或压电陶瓷传声器。