基于二极管激光的汞气连续监测方法

摘要

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。它解决了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。监测装置由信号发生器、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，监测方法利用二极管激光吸收光谱技术实现对汞气浓度的连续监测，用参考气体本身的光谱信息实现了对气态单质汞的选择性识别和定量探测，排除了二氧化硫和二氧化氮等气体带来的干扰。本发明用于汞气的在线监测。

主权项

一种基于二极管激光的汞气连续监测方法，该方法通过基于二极管激光的汞气连续监测装置实现，该装置由信号发生器(1)、第一激光二极管控制器(2‑1)、第二激光二极管控制器(2‑2)、第一激光二极管(3‑1)、第二激光二极管(3‑2)、第一反射镜(4)、二向色镜(5)、第一凸透镜(6)、BBO晶体(7)、第二凸透镜(8)、分光棱镜(9)、第二反射镜(10)、分光镜(11)、样品池(12‑1)、参考池(12‑2)、第一滤光片(13‑1)、第二滤光片(13‑2)、第一探测器(14‑1)、第二探测器(14‑2)和数据采集分析器(15)组成，第一激光二极管控制器(2‑1)的控制信号输出端连接第一激光二极管(3‑1)的控制信号输入端，第一激光二极管(3‑1)发射的激光束入射至二向色镜(5)的正面，信号发生器(1)用于产生锯齿波或三角波的控制信号，信号发生器(1)的控制信号输出端连接第二激光二极管控制器(2‑2)的控制信号输入端，第二激光二极管控制器(2‑2)的控制信号输出端连接第二激光二极管(3‑2)的控制信号输入端，第二激光二极管(3‑2)发射的激光束经第一反射镜(4)反射后入射至二向色镜(5)的反面，二向色镜(5)正面入射光束的透射光束与二向色镜(5)反面入射光束的反射光束重叠共线后入射至第一凸透镜(6)，经第一凸透镜(6)汇聚的光束入射至BBO晶体(7)，经该BBO晶体(7)透射的激光束经过第二凸透镜(8)准直后入射至分光棱镜(9)，该分光棱镜(9)分离出的紫外激光束经第二反射镜(10)反射后入射至分光镜(11)，再经该分光镜(11)分为透射光束和反射光束，分光镜(11)的透射光束经过样品池(12‑1)和第一滤光片(13‑1)后，被第一探测器(14‑1)的光探测面接收，第一探测器(14‑1)的信号输出端连接数据采集分析器(15)样品信号输入端，分光镜(11)的反射光束经过参考池(12‑2)和第二滤光片(13‑2)后，被第二探测器(14‑2)的光探测面接收，第二探测器(14‑2)的信号输出端连接数据采集分析器(15)参考信号输入端；BBO晶体(7)设置于第一凸透镜(6)和第二凸透镜(8)的焦平面上；参考池(12‑2)中的介质为常温常压下汞的饱和蒸气；其特征在于：由第一激光二极管控制器(2‑1)控制第一激光二极管(3‑1)的温度和电流，使第一激光二极管(3‑1)发射波长为λ1的光束，信号发生器(1)输出NHz锯齿波或三角波信号给第二激光二极管控制器(2‑2)，0＜N＜105，使第二激光二极管控制器(2‑2)控制第二激光二极管(3‑2)的温度和电流，进而使第二激光二极管(3‑2)发射波长为λ2的光束，使得λ1 和λ2满足条件1/λ1+1/λ2＝1/254，λ1和λ2的单位均为nm，入射至BBO晶体(7)的两束激光在BBO晶体(7)内部通过非线性和频过程产生中心波长为254nm、以NHz调谐变化的紫外光，该BBO晶体(7)输出三束激光光束的波长分别为λ1、λ2、和254nm，该三束激光光束经第二凸透镜(8)准直后，经过分光棱镜(9)将254nm的紫外激光束分离出来，分光镜(11)将第二反射镜(10)反射的光束分为两束，分光镜(11)的透射光束与样品池(12‑1)内的待测汞气在254nm波长处产生共振吸收，分光镜(11)的反射光束与参考池(12‑2)内的待测汞气在254nm波长处产生共振吸收，数据采集分析器(15)采集获得第一探测器(14‑1)探测获得的样品光强信号和第二探测器(14‑2)探测获得的参考光强信号，对该样品光强信号中非吸收波段的样品光强信号IS和参考光强信号中非吸收波段的参考光强信号IR做多项式拟合，获得所述样品光强信号中吸收波段在无汞气吸收时对应的样品光的初始光强信号IS0和参考光强信号中吸收波段在无汞气吸收时对应的参考光的初始光强信号IR0；根据下式计算获得样品池(12‑1)中待测汞气浓度CS； C S = AC R L R L S ln ( I S 0 / I S ) ln ( I R 0 / I R ) , 其中，A是非线性修正系数，CR是参考池(12‑2)中的汞气浓度，LR是参考池(12‑2)沿光束传播方向的长度，LS是样品池(12‑1)沿光束传播方向的长度。