張玉鈞 劉文清 周 斌 王峰平

     蔣舸揚(yáng) 來(lái)源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：介紹了利用單片機(jī)構(gòu)成測(cè)量煙量so2濃度的在線監(jiān)測(cè)儀的研制情況。該監(jiān)測(cè)儀采用氘燈作光源，旋轉(zhuǎn)光柵式單色儀進(jìn)行分炮，光電倍增管作探測(cè)器，控制系統(tǒng)采用std總線結(jié)構(gòu)雙cpu設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了煙道中so2含量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

     關(guān)鍵詞：儀器儀表

     在線檢測(cè) 單片機(jī) std總線

     城市空氣污染的主要來(lái)源是工業(yè)排放和機(jī)動(dòng)車尾氣排放的二氧化硫（so2）、氮氧化物（主要是no和no2）和總懸浮物（tsp）等。而城市各類工業(yè)煙囪和生活煙囪是排放so2的主要污染源。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煙囪so2的排放情況，對(duì)于污染物總量控制、消除危害和改善環(huán)境有著重要意義。

     本監(jiān)測(cè)儀采用光學(xué)方法，即利用so2在300nm附近的特片吸收光譜，采用差分光學(xué)吸收濃度反演算法，對(duì)測(cè)量到的吸收光譜進(jìn)行濃度計(jì)算。

     1 原理與方法

     光譜法測(cè)量污染氣體濃度是利用光在氣體中傳播時(shí)氣體分子對(duì)光的吸收特性。在一定條件下，氣體分子對(duì)光的吸收遵循朗伯-比爾定律。當(dāng)光通過(guò)氣體時(shí)，有一部分被吸收，吸光度與氣體分子濃濃度及氣層厚度的乘積成正比。不同氣體分子對(duì)光的特征吸收是不一樣的。so2有三個(gè)特征吸收帶，第一吸收帶為430～400nm光譜區(qū)，第二吸收帶為240～330nm光譜區(qū)，第三吸收帶為210～240nm光譜區(qū)。這里選用so2在300nm附近的紫外特征吸收光譜，如圖1所示。通過(guò)測(cè)量煙氣中so2的特征吸收光譜，利用濃度反演算法，計(jì)算出煙氣中so2的濃度。

     根據(jù)朗伯-比爾定律，物理對(duì)光的吸收度與物質(zhì)的吸收系數(shù)和濃度成正比，即：

     a=log i0/i=εcl

     （1）

     a是吸光度，i0是入射光強(qiáng)，i是透射光強(qiáng)，l是吸收池光路長(zhǎng)度，c是樣品的濃度，ε是摩爾吸光系數(shù)，ε與入射光的波長(zhǎng)以及吸光物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。

     在實(shí)際應(yīng)用中為了方便運(yùn)算，將式（1）變換成式（2）：

     c=log(i0(λ)/i(λ))/σ(λ)l=d/σ(λ)l

     (2)

     式（2）中，i0（λ）是光源強(qiáng)度，i（λ）是通過(guò)長(zhǎng)度為l的吸收池后的光強(qiáng)度，c是氣體分子的濃度，σ（λ）是氣體分子在波長(zhǎng)λ處的吸收截面，σ（x）可以在實(shí)驗(yàn)室精確測(cè)量，d是氣體分子的光學(xué)密度。所以，氣體分子的濃度c可以通過(guò)測(cè)量i0（λ）/i（λ）的比值計(jì)算出。

     實(shí)際測(cè)量時(shí)，由于樣品池中存在氣體分子，光源強(qiáng)度i0（λ）比較難以確定，故采用差分吸收的方法來(lái)解決這一問(wèn)題，即測(cè)量特征吸收譜線峰和谷的值，利用相應(yīng)的算法，求出so2的濃度。

     同時(shí)，利用壓差傳感器和溫度探頭測(cè)量煙道中靜壓力、動(dòng)壓力和煙氣的溫度，根據(jù)這些參數(shù)通過(guò)公式（3）可以計(jì)算出煙氣的密度、流速和流量，知道流量后再根據(jù)so2的濃度計(jì)算出污染物的總排放量。

     q=3600·s·v·[(ba+ps)/101325]·[273/(273+t)]·(1-xsw)

     （3）

     其中，q為煙氣流量，s為煙道的截面，v為煙氣的流速，ba為大氣壓力，ps為煙氣靜壓力，t為煙氣溫度，xsw為含濕量。

     煙道so2含量在線監(jiān)測(cè)儀裝置工作原理如圖2。

     煙氣由標(biāo)準(zhǔn)皮撬管采樣，通過(guò)過(guò)濾器卻除煙氣中灰塵，再經(jīng)過(guò)冷凝器卻除煙氣中的水汽，然后送入紫外吸收池。氘燈發(fā)出的寬帶光譜經(jīng)石英透鏡準(zhǔn)直后透過(guò)吸收池，被氣體吸收后照射到光譜儀的入射狹縫上，經(jīng)光柵分光，在出射狹縫處由光電倍增接收光譜信號(hào)，光電倍增管輸出的信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后送入高速信號(hào)采集單元。信號(hào)采集和處理單元將該信號(hào)數(shù)字和軟件平均濾波技術(shù)，然后由系統(tǒng)總控制單元采用適當(dāng)?shù)乃惴▽?duì)其進(jìn)行處理，得到so2濃度、煙氣溫度、燃燒率等信息。系統(tǒng)總控制單元除完成數(shù)據(jù)處理