[发明专利]利用光声光谱法检测氨气气体检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于微量气体检测技术领域，具体涉及一种利用光声光谱法检测痕量氨气气体浓度，适用于诸如大气污染源中痕量氨气的检测，其氨气浓度一般在0-3ppm范围，检测时极易受到大气中水汽以及二氧化碳气体的干扰。

背景技术

氨气是城市大气中的污染物之一，是大气成分中含量仅次于氮气和一氧化二氮的含氮化合物，也是大气成分中最丰富的碱性痕量气体。作为大气酸性成分的主要中和剂，大气中氨气的环境效应越来越受到人们的重视。它被认为是影响区域空气质量、大气能见度以及酸性沉降的重要因素。氨气在制冷，锅炉烟气脱硝等各个方面都有很重要的作用，因此对于其浓度的检测具有重要的意义。

氨气(NH3)是一种无色而具有强烈刺激性臭味的气体，呈碱性，溶解度极高，所以经常被吸附在皮肤黏膜和眼结膜上，从而产生刺激和炎症。对接触的组织都有腐蚀和刺激作用。可以吸收组织中的水分，使组织蛋白变性，并使组织脂肪皂化，破坏细胞膜结构…。室内空气中氨气的存在严重的威胁到人民群众的健康。

农业源一般被认为是大气氨气污染的主要排放源，但最近的研究表明，机动车排放是城市地区氨气的最主要的排放源。大气氨气的环境效应已引起各国的重视，并提出了一些相应的检测和治理措施。由于氨气分子能够与水分子形成氢键，具有很强的吸附作用，所以极易沉积在暴露于空气中的物质表面。而空气中的氨气浓度又较低，通常只有微克每立方米量级，这些特点都对大气氨浓度检测装置提出了较高的要求。

针对微量氨气气体的检测，我国标准主要定义了三种检测方法：气相色谱法、热导法和红外检测方法。

前述的色谱法的基本原理是使样气注入色谱柱内进行分析。含有氨气的气样由惰性载气携带下，缓缓通过色谱柱后到达检测器，其间需控制色谱柱的温度，以便于气样通过色谱柱时各类化合物析出时间不同而达到对其分离的目的。随后，将由检测器得到的化合物析出图谱的时间、面积等参量与该化合物已知浓度图谱对照后得到其浓度值。该法是国内实验室测定氨气常用的方法，其优点是灵敏度高、抗干扰能力好。缺点是不能现场检测、分析时间长、体积庞大，需要依赖连续通入载气。

前述的热导法是基于不同气体具有不同热导率的特性，根据热导率的变化来检测气体浓度。热导法核心部分是热导传感器，在热导传感器内部集成了一个加热电阻丝。当氨气气体流经电阻丝时，因氨气气体具有一定的热导率，会带走一定程度的热量，导致电阻丝温度发生变化。不同浓度的氨气气体带走的热量会不一样，会造成电阻丝温度发生不同的改变，通过检测电阻丝温度变化情况，从而得到氨气气体对应的浓度值。这种检测方法的优点是灵敏度高；缺点是抗干扰能力差，传感器使用寿命短，需要经常标定仪器。

前述的红外检测法是利用氨气气体在中红外区域(10～12μm)的光吸收进行浓度测量，当一束恒定的10～12μm的红外光通过含有氨气气体的介质时，光的能量被氨气气体吸收，光通量被衰减，测出衰减掉的光能量，即可求出氨气气体的浓度。该法应用较为普遍，但测量时由于中红外区域还存在其他气体的吸收谱，例如湿气，二氧化碳等，导致氨气的检测精度和下限会受到干扰，所以该方法无法很好检测微量氨气气体的浓度。

鉴于上述已有技术，有必要加以探索更为理想的对痕量氨气浓度的检测方法，为此，本发明作了大量而有益的研究，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

1、本发明的目的。

本发明提供一种利用光声光谱法结合红外检测法，配置双探测器，检测痕量氨气气体浓度。光声光谱法是基于光声效应的新型光谱技术，它将光信号有效转换成声信号，并通过精密微音器对声音信号的检测计算得到最终的气体浓度。同时双气室内配上红外检测探测器，实时检测水汽浓度以及二氧化碳浓度，并计算信号干扰。由于光声光谱技术的特殊光学结构以及在信号采集、信号处理过程中的特殊计算过程，使此方法能高效采集微弱光声信号，并有效剔除背景信号的干扰，非常适用于痕量气体浓度检测领域，以及在复杂环境中的无干扰检测。

2、本发明所采用的技术方案。

本发明利用光声光谱法检测氨气气体检测装置，包括光源、斩波器、滤光片、光声池、硅微微音器、红外探测器；光声池前方平行设置斩波器，滤光片位于在光声池的左端，光声池被分为上、下两个气室，上部的气室右端内嵌有红外探测器；下部的气室右端侧内嵌硅微微音器，红外探测器和硅微微音器位于同一垂直平面上，所述的光源通过斩波器斩波后输入通过滤光片滤光进入光声池。

更进一步具体实施方式中，所述的滤光片为波数为937，中心波长为10.2微米的窄带滤光片。