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GFC-IFC技术在多组分微量气体分析中的应用

谢耀,华道柱,齐宇,沈婷婷,刘振强,叶华俊,刘维屏

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谢耀, 华道柱, 齐宇, 沈婷婷, 刘振强, 叶华俊, 刘维屏. GFC-IFC技术在多组分微量气体分析中的应用[J]. , 2021, 14(6): 1378-1386. doi: 10.37188/CO.2021-0064
引用本文: 谢耀, 华道柱, 齐宇, 沈婷婷, 刘振强, 叶华俊, 刘维屏. GFC-IFC技术在多组分微量气体分析中的应用[J]. , 2021, 14(6): 1378-1386.doi:10.37188/CO.2021-0064
XIE Yao, HUA Dao-zhu, QI Yu, SHEN Ting-ting, LIU Zhen-qiang, YE Hua-jun, LIU Wei-ping. Applications of GFC-IFC in trace multi-component gas analysis[J]. Chinese Optics, 2021, 14(6): 1378-1386. doi: 10.37188/CO.2021-0064
Citation: XIE Yao, HUA Dao-zhu, QI Yu, SHEN Ting-ting, LIU Zhen-qiang, YE Hua-jun, LIU Wei-ping. Applications of GFC-IFC in trace multi-component gas analysis[J].Chinese Optics, 2021, 14(6): 1378-1386.doi:10.37188/CO.2021-0064

GFC-IFC技术在多组分微量气体分析中的应用

doi:10.37188/CO.2021-0064
基金项目:中央引导地方科技发展资金项目(No. 2021ZY1028)
详细信息
    作者简介:

    谢 耀(1982—),男,浙江兰溪人,副研究员,2005年、2007年、2011年于哈尔滨工业大学分别获得学士、硕士、博士学位,2019年7月博士后进站聚光科技(杭州)股份有限公司工作站和浙江大学环境科学与工程流动站,主要从事光电探测和光谱学方面的研究。E-mail:xie_yao3@163.com

  • 中图分类号:TH741

Applications of GFC-IFC in trace multi-component gas analysis

Funds:Supported by Central Government′s Guidance for Local Science and Technology Development Funds (No. 2021ZY1028)
More Information
  • 摘要:针对固定污染源烟气超低排放以及CO 2等温室气体迫切的监测需求,常规的烟气在线监测产品很难满足越来越高的监测标准,以及多因子同时监测的需求。本文介绍了基于非分散红外原理的多组分微量气体分析系统,建立气体滤波相关(GFC)和干涉滤波相关(IFC)技术的理论模型,以建立有效光程、滤光片中心波长和带宽等关键系统参数,以及待测气体浓度与测量和参考信号的关系,确定各气体组分所采用的测量技术。构建多组分微量气体分析系统,GFC和IFC相结合的技术,在时域上实现了参考和检测的双光路设计,采用长光程的多次回返气体室,实现小量程和0.5 mg/m 3的检出限,以及不超过±2%F.S.的24 h零点和量程漂移,可同时在线监测SO 2、NO、NO 2、CO和CO 2等气态污染物,满足固定污染源超低排放和碳排放的监测需求,有助于解决固定污染源烟气排放监测数据的真实、准确和全面的问题。

  • 图 1(a) GFC和(b) IFC的技术原理示意图

    Figure 1.Schematic diagram of (a) GFC technique and (b) IFC technique

    图 2归一化的黑体辐射能量分布

    Figure 2.Normalized energy distribution of black-body radiation

    图 3NO和NO2的吸收截面

    Figure 3.Absorption cross sections of NO and NO2

    图 4GFC和IFC模型中,NO测量信号和参考信号之比随浓度的变化情况

    Figure 4.The ratio of the measurement to the reference signal of NO varying with gas density at GFC model and IFC model

    图 5GFC和IFC模型中,NO2测量信号和参考信号之比随气候浓度的变化情况

    Figure 5.The ratio of the measurement to the reference signal of NO2varying with gas density at the GFC model and IFC model

    图 6多组分气体分析系统构成

    Figure 6.Composition of multi-component gas analysis system

    图 7分析系统中光学系统示意图

    Figure 7.Schematic diagram of the optical system for the proposed system

    图 8光机系统结构示意图

    Figure 8.Structure diagram of the optical mechanical system

    图 9待测气体特征吸收光谱

    Figure 9.Characteristic spectra of the gas to be measured

    图 10气体池吸光度曲线。(a) NO吸光度曲线;(b) N2吸光度曲线

    Figure 10.Absorption of (a) NO and (b) N2gas cell

    图 11系统硬件框图

    Figure 11.Block diagram of system hardware

    图 12分析系统 (a) NO2、NO、CO和SO2的零点噪声及(b)CO2的零点噪声

    Figure 12.Zero noise of (a) NO2、NO、CO、SO2and (b) CO2of analysis system

    图 13分析系统的现场运行情况

    Figure 13.In-situ operation of the analysis system

    表 1分析系统的量程

    Table 1.Span of multi-component analysis system

    气体名称 量程
    SO2/(mg·m−3) 0~50
    NO/(mg·m−3) 0~100
    NO2/(mg·m−3) 0~50
    CO/(mg·m−3) 0~100
    CO2/(%) 25
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    表 2分析系统的检出限

    Table 2.Detection limit of the multi-component analysis system

    不同气体 检出限
    SO2/(μg·m−3) 50
    NO/(μg·m−3) 350
    NO2/(μg·m−3) 120
    CO/(μg·m−3) 130
    CO2/(%) 0.05
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    表 3分析系统的零点和量程漂移

    Table 3.Zero and span drift of multi-component analysis system

    24 h漂移(%F.S.)
    零点 量程
    NO 1.48 −1.06
    NO2 −0.55 0.61
    CO2 0 −0.71
    CO 0.4 0.49
    SO2 1.85 1.27
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出版历程
  • 收稿日期:2021-05-19
  • 修回日期:2021-05-25
  • 网络出版日期:2021-06-02
  • 刊出日期:2021-11-19

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