一种提高烟气分析仪稳定性的方法及其气室、测量仪技术

本发明专利技术提供了一种提高烟气分析仪稳定性的方法及其气室、测量仪，所述方法为发射光纤端部发出的入射光经由准直透镜后成为与准直透镜主光轴呈夹角α的平行光，所述平行光经由角锥棱镜反射后保持与夹角α相同度数并经由准直透镜会聚到接收光纤端部，所述气室包括真空隔热管，设置在真空隔热管内部的内管，内管两端焊接的内管前端法兰、内管后端法兰，内管后端法兰里安装准直透镜，所述内管前端法兰里安装角锥棱镜，所述角锥棱镜其中两个反射面相互垂直，所述相互垂直的两个反射面与第三反射面的二面角相等，且这两个反射面的交线与第三反射面的夹角为锐角。所述测量仪安装有上述气室。极大提高了气室、测量仪光路稳定性，且安装、调试方便。

A method for improving the stability of flue gas analyzer and its gas chamber and measuring instrument

The invention provides a method for improving the stability of the flue gas analyzer, a gas chamber and a measuring instrument. The method is that the incident light emitted from the end of the transmitting optical fiber passes through the collimating lens and becomes a parallel light with an included angle \u03b1 with the main optical axis of the collimating lens. After the parallel light is reflected through the corner prism, it remains the same degree with the included angle \u03b1 and converges to the end of the receiving optical fiber through the collimating lens. The gas The chamber comprises a vacuum heat insulation pipe, an inner pipe arranged inside the vacuum heat insulation pipe, a front end flange and a rear end flange of the inner pipe welded at both ends of the inner pipe, a collimating lens installed in the rear end flange of the inner pipe, a pyramid prism installed in the front end flange of the inner pipe, wherein two reflection surfaces are mutually perpendicular, and the two reflection surfaces mutually perpendicular are equal to the dihedral angles of the third reflection surface And the angle between the intersection of the two reflecting surfaces and the third reflecting surface is acute. The measuring instrument is installed with the air chamber. It greatly improves the stability of the gas chamber and the optical path of the measuring instrument, and is convenient for installation and debugging.

【技术实现步骤摘要】
一种提高烟气分析仪稳定性的方法及其气室、测量仪
本专利技术属于烟气检测
，具体涉及一种提高烟气分析仪稳定性的方法及其气室、测量仪。
技术介绍
目前烟气排放监测需要测量烟气中的SO2、NO、NO2等污染物浓度，可以采用紫外吸收法进行测量。通常紫外吸收法测量烟气中污染物浓度有热湿法和冷干法。其中热湿法无需除湿，能够避免冷凝过程中SO2、NH3等易溶于水的组分溶解损失，并且可以将气室置于采样管内部，设计成采样管和主机一体的结构，便于携带，因而更加适合便携式烟气分析仪。但是热湿法测量烟气组分的过程中，气室经常处于从环境温度到超过120℃反复交替变化过程中，对于气室光路的稳定性提出了更高的要求。当前热湿法烟气分析仪的气室结构普遍存在稳定性较差的缺点，光电传感器接收到的光信号较大程度上受到气室结构的影响，当气室结构有轻微变形，就会造成接收到的光能量发生较大变化，严重影响了热湿法烟气测量方式的可靠性。除此之外，气室位于采样管内，还存在维护过程难度大的缺点，需要将气室从采样管内拆卸下来后，方可对光系统进行擦拭和维护，完成后还需要重新调校光路。因此，当前的热湿法烟气分析仪普遍存在维护周期短、维护难度大的缺点。中国专利号：201621006601.4，专利名称为“一种测量气室及安装有该气室的紫外烟气分析仪”的专利文献提供了一种采用热湿法方式测量烟气污染物浓度的气室和装有该气室的紫外烟气分析仪。该测量气室采用Y型分叉式光纤，其中一根光纤连接光源称为发射光纤，另一根连接光谱仪称为接收光纤，公共端连接气室。连接气室的光纤中的发射光纤发射出紫外光，经过透镜后进入气室，投射到气室另外一端的反射镜上后反射回到透镜上，被透镜会聚后到达另外一根光纤端部，通过接收光纤到达光谱仪。该结构的透镜和反射镜角度发生轻微变化，就会导致回到接收光纤端部的光能量发生很大变化。而气室经常高低温交替变化，仪器也经常搬运，尤其是搬到几十米高的采样监测平台上，气室的机械结构的稳定性很难得到保证，因此该方案无法满足便携式紫外烟气采样的需要。中国专利号：201220570891.0，专利名称为“基于角锥棱镜的烟气分析仪”的专利文献也提供了一种采用热湿法方式测量烟气污染物浓度的烟气分析仪。该烟气分析仪包括光源、光谱仪、Y型光纤、气室，Y型光纤的三个分支分别与光源、光谱仪和气室的一端连接，所述的气室内与Y型光纤分支连接的一端安装有准直透镜，气室内另一端安装有角锥棱镜，气室中部的外壁上设置有进气口和出气口。角锥棱镜的轴线和准直透镜的轴线位于同一条直线上。该结构的光路按原光路返回，因此，只有少量的光能达到接收端，也就是光谱仪，实际应用的价值不大，也无法满足便携式紫外烟气采样的需要。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种提高烟气分析仪稳定性的方法及其气室、测量仪，克服现有热湿法烟气分析仪存在的光路系统不稳定影响测量可靠性，以及分析仪维护困难等问题。本专利技术提供了一种提高烟气分析仪稳定性的方法，所述方法为：所述方法为发射光纤端部发出的入射光经由准直透镜后成为与准直透镜主光轴呈夹角α的平行光，所述平行光经由角锥棱镜反射后保持与夹角α相同度数并经由准直透镜会聚到接收光纤端部，所述角锥棱镜其中两个反射面相互垂直，所述相互垂直的两个反射面与第三反射面的二面角相等，且这两个反射面的交线与第三反射面的夹角β为锐角，所述角锥棱镜夹角β为，其中，发射光纤和接收光纤中心距离为L纤，准直透镜焦距为f′，角锥棱镜的折射率为n锥。参见图7，所述角锥棱镜夹角β的推导过程为：设发射光纤和接收光纤中心距离为L纤，汇聚透镜焦距为f′，角锥棱镜的折射率为n锥，发射光纤和接收光纤关于主光轴对称，所述准直透镜和角锥棱镜的主光轴同轴，并且角锥棱镜入射面(出射面)垂直于主光轴的情况，则两光纤中心相对于准直透镜中心的张角为：此时发射光纤中心发出的通过准直透镜光心的光线和主光轴的夹角为:从发射光纤中心发出的光，经过准直透镜后成为平行光，与主光轴的夹角都为平行光入射到角锥棱镜的入射面上，则入射角为根据折射定律，折射角为：。光线进入到角锥棱镜内部后入射到第一反射面，设第一反射面为减小θ角度的反射面，则在该反射面上，入射角相对于未减小角度时增加了θ，反射后的光线相对于未减小角度时增加了2θ，其他反射面不变，则最终角锥棱镜的出射光线会朝向主光轴偏转。当角锥棱镜的出射光线和入射光线关于主光轴对称时，反射回的光线经过准直透镜后能够恰好汇聚到接收光纤上。此时对应的，则角锥棱镜的锐角β角度为：。本专利技术还提供了一种气室，包括真空隔热管，设置在真空隔热管内部的内管，内管两端焊接的内管前端法兰、内管后端法兰，内管后端法兰里安装准直透镜，在现有技术的基础上，本专利技术进一步作出改进：所述内管前端法兰里安装角锥棱镜，所述角锥棱镜其中两个反射面相互垂直，所述相互垂直的两个反射面与第三反射面的二面角相等，且这两个反射面的交线与第三反射面的夹角为锐角。光纤装在准直透镜一端的气室上，发射光纤端部发出的入射光经由准直透镜后成为与准直透镜主光轴呈夹角α的平行光，由于发射光纤和接收光纤的光纤头并列且关于主光轴对称，所以发射光纤偏离主光轴，入射光经过准直透镜后的平行光与主光轴形成夹角α。角锥棱镜其中一个入射面和另外两个入射面的交线的夹角不再是直角，而是减小了一个小角度的锐角，当平行光入射角锥棱镜后，经过3次全反射后的出射光线与入射光线不再平行，而是向主光轴偏转一个小角度返回准直透镜一端。反射回的光线偏转的角度与角锥棱镜改变夹角的入射面有关。通过本专利技术的设计，可以让经过角锥棱镜反射后的光线经由准直透镜正好会聚到接收光纤。在此种光路中，入射到角锥棱镜反射回去的光线与主光轴的夹角基本上只与角锥棱镜反射面改变的夹角有关，因此，当角锥棱镜安装位置和角度稍有变化时，反射回接收光纤的光能量基本不变，稳定性非常高。优选的，还包括用以调节角锥棱镜的调节组件，所述调节组件设置在内管前端法兰内部，包括固定筒、筒盖、胶垫，所述固定筒为两端有开口的圆筒结构，所述角锥棱镜入射面一侧顶在固定筒内部的一端，所述角锥棱镜的反射面一侧顶住胶垫，所述筒盖顶住胶垫与固定筒连接。维护时，比如需要擦拭角锥棱镜和楔形镜，只需拧开筒盖即可，整个调节组件也可以拆除，调整角锥棱镜的角度时，只需要转动调节组件即可。本专利技术角锥棱镜的三个反射面不再互相垂直，入射面指的是光线进入角锥棱镜的面，和出射面为同一个面。反射面是指入射光线发生反射的面。本专利技术中，3个反射面中两个互相垂直，并且这两个反射面的交线与第三反射面不垂直，成一个锐角。优选的，所述内管前端法兰另一端焊接外管前端法兰。优选的，还包括用以过滤烟气的一级滤芯、二级滤芯，所述二级滤芯设置在内管前端法兰内，所述一级滤芯紧邻二级滤芯设置在外观前端法兰内。二级过滤，保证测量精度。优选的，还包括滤芯压帽，所述滤芯压帽顶住一级滤芯和二级滤芯与外管前端法兰固定。当角锥棱镜、楔形镜需要维护时，只需卸下滤芯压帽，取出一级滤芯和二级滤芯即可。优选的，所述准直透镜在内管后端法兰被透镜固定筒固定。优选的，还包括光纤接头，所述光纤接头一端套设在透镜固定筒外部，一端伸出真空隔热管。优选的，还包括出气嘴，所述出气嘴固定在内管后端法兰上，并且与内管内部连通。本专利技术还提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高烟气分析仪稳定性的方法，其特征在于：所述方法为发射光纤端部发出的入射光经由准直透镜后成为与准直透镜主光轴呈夹角α的平行光，所述平行光经由角锥棱镜反射后保持与夹角α相同度数并经由准直透镜会聚到接收光纤端部，所述角锥棱镜其中两个反射面相互垂直，所述相互垂直的两个反射面与第三反射面的二面角相等，且这两个反射面的交线与第三反射面的夹角β为锐角，所述角锥棱镜夹角β为

【技术特征摘要】
1.一种提高烟气分析仪稳定性的方法，其特征在于：所述方法为发射光纤端部发出的入射光经由准直透镜后成为与准直透镜主光轴呈夹角α的平行光，所述平行光经由角锥棱镜反射后保持与夹角α相同度数并经由准直透镜会聚到接收光纤端部，所述角锥棱镜其中两个反射面相互垂直，所述相互垂直的两个反射面与第三反射面的二面角相等，且这两个反射面的交线与第三反射面的夹角β为锐角，所述角锥棱镜夹角β为，其中，发射光纤和接收光纤中心距离为L纤，准直透镜焦距为f′，角锥棱镜的折射率为n锥。2.一种气室，包括真空隔热管，设置在真空隔热管内部的内管，内管两端焊接的内管前端法兰、内管后端法兰，内管后端法兰里安装准直透镜，其特征在于：所述内管前端法兰里安装角锥棱镜，所述角锥棱镜其中两个反射面相互垂直，所述相互垂直的两个反射面与第三反射面的二面角相等，且这两个反射面的交线与第三反射面的夹角为锐角。3.根据权利要求2所述的气室，其特征在于：还包括用以调节角锥棱镜的调节组件，所述调节组件设置在内管前端法兰内部，包括固定筒、筒盖、胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫家怡，张忠民，刘永超，
申请(专利权)人：青岛众瑞智能仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37