适用于烟气探测的温室气体探测系统及温室气体探测方法

本发明涉及在线探测系统，特别涉及一种适用于烟气探测的温室气体探测系统及温室气体探测方法。

背景技术：

1、随着碳交易被推向大众视野，痕量气体浓度的高精度探测逐渐成为当前热门的科学研究课题。在《京都协议书》要求减排的6种温室气体中，二氧化碳为最大宗，因此，温室气体排放权交易以每吨二氧化碳当量为计算单位。在排放总量控制的前提下，包括二氧化碳在内的温室气体排放权成为一种稀缺资源，从而具备了商品属性。

2、碳交易对工业体系最直接的影响在于碳排放量的受限，即当生产力充足的前提下，限制工业能力的主要因素变为可允许的碳排放总量。当前碳排放的计算方法主要以核算方法为主，而该方法经过初步证实，其核算数据较探测所得真实数据高5%以上。获取一种可用于工业复杂环境、具有高稳定度、低维护成本、高探测精度的温室气体探测仪器是目前亟待解决的现实问题。

3、多通池、离轴积分腔气室均是通过将准直光束在两片镜片间进行多次反射来增加吸收光程，进而获得更高的检测精度。但无论多通池气室或离轴积分腔气室，均存在着光学腔镜在复杂环境中腔镜污染的风险，即腔镜表面会在长期使用中附着灰尘、颗粒、水珠等杂质，进而产生光束散射、吸收，降低有效光程及探测信号信噪比，体现在最终探测结果上就是探测精度降低，拟合优度下降，拟合结果漂移。现有技术针对以上问题主要采取以下解决方式：1)增加吹扫功能；2）定期更换光学部件；3）定期进行重定标，重新拟合浓度曲线。其中吹扫功能无法完全解决镜片表面附着的异物，且随腔内灰尘等异物累积，吹扫效果愈发不明显；而定期更换及定期拟合则存在着较高的后期维护成本。因此，研发一种可以长期应用于如烟气探测等复杂环境的抗扰动自除尘功能的温室气体探测系统具有现实意义。

技术实现思路

1、本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种适用于烟气探测的温室气体探测系统及温室气体探测方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

3、一种适用于烟气探测的温室气体探测系统，其在光路方向上依次包括：dfb激光器组，单相隔离，两路准直器，两路角度微调装置，光学积分腔，滤光片，聚焦透镜组，铟镓砷探测器；所述光学积分腔内在光路方向上依次设有前腔镜，ito电极端子，后腔镜，以及聚光透镜；所述前腔镜上设有加热贴片；

4、所述dfb激光器组分别与激光器驱动和激光器温控相连；所述激光器驱动和所述激光器温控分别还与fpga相连；

5、所述铟镓砷探测器与数据采集相连，所述数据采集还与所述fpga相连；

6、所述fpga通过ito电流驱动电路与所述ito电极端子控制相连；

7、所述fpga通过热控驱动电路与所述加热贴片控制相连；

8、所述fpga在探测过程中，通过所述ito电流驱动电路控制所述ito电极端子以不同频率、不同大小的电流进行除尘，通过所述热控驱动电路控制所述加热贴片保持在一个固定温度值。

9、在上述技术方案中，所述fpga与通信接口相连，用来传输生成气体浓度信息。

10、在上述技术方案中，所述光学积分腔的进气口处设有质量流量控制器。

11、在上述技术方案中，所述光学积分腔的出气口处设有压力闭环测控；该压力闭环测控与可调谐气泵相连。

12、在上述技术方案中，所述fpga用来探测所述光学积分腔的腔内压力状态，并通过所述质量流量控制器与所述可调谐气泵稳定所述光学积分腔的腔内压力在1tor以内。

13、一种适用上述的适用于烟气探测的温室气体探测系统的温室气体探测方法，包括以下步骤：

14、步骤1：fpga在探测过程中，通过ito电流驱动电路控制ito电极端子以不同频率、不同大小的电流进行除尘；

15、步骤2：fpga在探测过程中，通过热控驱动电路控制加热贴片保持在一个固定温度值。

16、本发明具有以下有益效果：

17、本发明的适用于烟气探测的温室气体探测系统及温室气体探测方法，相较于传统镜片镀膜设计方法，本发明在镜片镀膜工艺上以反射材质为基础，表层增镀一层ito材料进行导电处理，通电时以不同通电频率、电压、电流特性进行不同种类尘埃除尘处理，配合镜片加热使复杂中微小颗粒不在存在镜片表面附着的可能性。

18、本发明的适用于烟气探测的温室气体探测系统及温室气体探测方法，通过优化镜片镀膜工艺，实现镜片表层导电特性，有效抑制尘埃在腔镜表面的附着，实现气体探测仪在烟气探测等复杂环境中的应用。

19、相较于传统离轴积分腔结构，本发明的温室气体探测系统可以有效避免离轴积分腔系统因尘埃附着镜片表面而造成的的探测结构漂移，有效延长探测仪有效使用寿命。

技术特征：

1.一种适用于烟气探测的温室气体探测系统，其特征在于，在光路方向上依次包括：dfb激光器组（201），单相隔离（110），两路准直器（101），两路角度微调装置（103），光学积分腔，滤光片（108），聚焦透镜组（109），铟镓砷探测器（207）；所述光学积分腔内在光路方向上依次设有前腔镜（105），ito电极端子（102），后腔镜（106），以及聚光透镜（107）；所述前腔镜（105）上设有加热贴片（104）；

2.根据权利要求1所述的适用于烟气探测的温室气体探测系统，其特征在于，所述fpga（204）与通信接口（205）相连，用来传输生成气体浓度信息。

3.根据权利要求1所述的适用于烟气探测的温室气体探测系统，其特征在于，所述光学积分腔的进气口处设有质量流量控制器（208）。

4.根据权利要求3所述的适用于烟气探测的温室气体探测系统，其特征在于，所述光学积分腔的出气口处设有压力闭环测控（209）；该压力闭环测控（209）与可调谐气泵（210）相连。

5.根据权利要求4所述的适用于烟气探测的温室气体探测系统，其特征在于，所述fpga（204）用来探测所述光学积分腔的腔内压力状态，并通过所述质量流量控制器（208）与所述可调谐气泵（210）稳定所述光学积分腔的腔内压力在1tor以内。

6.一种适用权利要求1所述的适用于烟气探测的温室气体探测系统的温室气体探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种适用于烟气探测的温室气体探测系统及温室气体探测方法，涉及在线探测系统技术领域。温室气体探测系统在光路方向上依次包括：DFB激光器组，单相隔离，准直器，角度微调装置，光学积分腔，滤光片，聚焦透镜组，铟镓砷探测器；光学积分腔内在光路方向上依次设有前腔镜，ITO电极端子，后腔镜，及聚光透镜；腔镜上设有加热贴片。探测时以不同频率、不同大小的电流进行除尘，通过控制加热贴片使腔镜保持在一个固定温度值。本发明在镜片镀膜工艺上以反射材质为基础，表层增镀一层ITO材料进行导电处理，通电时以不同通电频率、电压、电流特性进行不同种类尘埃除尘处理，配合镜片加热使复杂环境中微小颗粒不再存在镜片表面附着的可能性。

技术研发人员：王嘉宁,林冠宇
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14