[其他]監測煙囪排放物的改進型自動聲光紅外分析儀系統

無效

• 申請號: 86103402
• 申請日: 1986-05-19
• 公開（公告）號: CN86103402A
• 公開（公告）日: 1986-11-19
• 發明（設計）人: 弗里德里克·默克·里安;羅伯特·萊納德·尼爾森
• 申請（專利權）人: 西屋電氣公司
• 主分類號: G01N21/00
• 分類號: G01N21/00;G01J3/28
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 劉建國

本發明涉及用于監測煙筒的氣體排放物的寬帶自動聲光紅外分析儀系統。

對于可以在多種工業生產過程中分析反應生成物的分析儀存在一個正在增長的大的市場。而且，需要用與主機聯機的燃燒生成物實時分析儀來促進碳氫化合物燃料更有效的燃燒。例如，電力事業已經面臨監測煙囪排放物的任務多年了。起初，這包括為了控制燃燒效率而測量氧濃度以及監測煙塵的不透明度。進一步的法規則要求監測一氧化硫和一氧化碳。毫無疑問在將來還需要監測更多的氣體。例如，在歐洲建議采用的法規中要求，若在煙囪中添加氨以維持靜電濾塵器的效率的話，則需要監測氨。現代的研究已經表明，如果監測一氧化碳，可以達到更高的燃燒效率。現在，越來越多的氣體正在迅速地列入應監測的氣體名單。過去的解決辦法是安裝單獨的探測器來監視每一種氣體。隨著需要監測的氣體總量增加，這種方法變得越來越昂貴和不理想。

已經知道為了滿足上述的工業需要，可以采用利用紫外和紅外分光光度技術的分析儀器，以及利用氣相的和液相的色譜分析技術的分析儀器。這樣的光學儀器以及本發明的系統都利用了物質的下列重要特性：一種特定分子具有與所有其它種分子不相同的特征吸收光譜。混合分子的光譜是相加的，其吸收正比于諸分子的濃度。只要樣品透光，就可以從任何種類的樣品（樣品可以是固態、液態或氣態）得到光學吸收光譜，并且是在該樣品的非破壞性試驗中得到該光譜。幾乎所有的氣體分子都吸收紅光輻射。每種分子都在特定的特征波長上有吸收，所以監測在特定波長上的吸收值，就可以推斷出存在于煙囪中的氣體的含量。這一過程是通過使紅外輻射橫穿過煙囪射到一個探測器上來實現的。調諧發射輻射的波長使之與待測氣體的特定波長相重合。探測器在給定波長上的信號強度與在那個波長上吸收輻射的氣體的濃度有關。通過在光路中插入窄帶干涉濾光片或者插入充滿適當氣體的盒來完成紅外輻射的有選擇的調諧。這兩種方法都包含機械運動，而且可以使用的盒或濾光片的數量顯然受到限制，所以可靠性和精度比這些調諧元件的理想性能要差。

現在已經認識到某些稱作聲光材料的雙折射光學材料可以在光譜分析儀中用作濾光片。在這些聲光材料中，一束作為非常光線（E光）傳輸的光可以在一定條件下通過與相同介質中傳播的聲波相互作用，產生衍射，而轉換成一束尋常光線（O光）。這種現象已經用于制造窄帶光學濾光片，可以通過適當改變聲波頻率來選擇其峰值透射波長。最近，諸如硒化砷鉈這樣的新型有效的紅外透射光學材料（如在美國專利No.3，792，287的說明書中所公開的）提供了在大約1微米到16微米的近紅外到中紅外光譜范圍工作的可能性。

使用聲光技術的一種自動聲光紅外分折儀系統在美國專利No.4，490，845的說明書中公開了。美國專利No.4，490，845講授一種自動聲光可調諧濾光片紅外分折儀系統，它通過與穿過樣品的紅外輻射發生聲光相互作用，使濾光片快速地電子調諧到選定的紅外通帶。這個紅外分折儀系統包括引導紅外輻射通過待分折樣品的裝置，該樣品具有確定的紅外吸收特性。該系統包括在紅外輻射通過樣品后，引導該紅外輻射通過一個聲光可調諧濾光片的裝置。聲光可調諧濾光片包括一個用來使紅外輻射有選擇地偏振的輸入起偏器。可調諧濾光片包括一個光學調準的聲光晶體，有選擇地偏振的紅外輻射相對于晶體光軸成預定角度通過該晶體。一個聲換能器裝置與該晶體以及一個可變頻率的射頻能源相耦合，在晶體中發射聲波，以便與該偏振紅外輻射的選定的窄帶部分相互作用，使它與其它輻射區別開。這個被調諧的或選定的窄帶輻射是射頻能源（其與濾光片的聲換能器相連）的頻率的函數。紅外輻射檢測裝置與濾光片相耦合，以檢測濾出的紅外輻射輸出，并且產生一個作為濾出的紅外輻射輸出的函數的輸出信號。該系統包括自動計算裝置，檢測裝置輸出的電信號加到計算裝置上，用來確定存在于樣品中的樣品種類。計算裝置包括用來有選擇地觸發射頻能源的裝置，以確定施加到聲換能器上的射頻能量的時間和頻率，并由此確定選定的或濾出的所研究的窄帶紅外波長。

本發明的目的是提供一個特別適宜于監測煙囪的氣體排放物的改進型自動聲光紅外分折儀系統。這個改進的分析儀系統是一個用電子學方法工作，易于與微型計算機連接的儀器，適合“靈敏探測器”的應用，諸如快速掃描微分吸收光譜，信號調整，被測吸收光譜與存儲光譜相比較等。

本發明再一個目的是提供一個改進的自動聲光紅外分析儀系統，其中紅外檢測器和聲光可調諧濾光片分離開，以便窄帶相互作用輻射的角位移足以在檢測器上使窄帶相互作用輻射與寬帶非相互作用輻射在空間分離開，這樣可以省去正交起偏器。