紫外差分吸收光谱法CEMS气体室结构设计

差分光学吸收光谱法是利用光线在大气中传输时各种气体分子在不同的波段对其有不同的差分吸收的特性来反演，利用紫外差分吸收光谱法的 CEMS系统已广泛用于工业与生活烟道 SO 、NO 的排放量监测中。气体室是系统检测的核心部件，它的设计品质及制作精度直接影响到系统监测数据的准确性与可靠性，所以对该部件的设计研究有着重要意义。

1 原理利用氙灯发出的紫外光汇聚进入光纤，通过光纤传输进入气体室。光穿过气体室时经被测气体吸收，穿出后 由光纤传输进人光谱仪。在光谱仪内部经过光栅分光，由阵列光电传感器将分光后的光信号转换为电信号，获得气体的连续吸收光谱信息源。再根据 Beer-L am bert定律，通过吸光度，推算出被检测气体浓度，即：/oIi e-式中： 为输入光强；/o为输出光强；c为气体的浓度；L表示气体的厚度，即光辐射经过吸收气体的路程，现有的设备为两透镜之间的间距；K表示待测吸收系数；LCK为吸光度。

- 0 - 具体实施是：先分别对不同组分的标准浓度气体进行标定，确定各组分气体在系统中吸收系数K值，再根据总吸光度等于各组分吸光度之和，便可实现对烟气中各组分污染气体排放浓度的分析监测。

2 气体室结构图 1为由准直镜座、透镜、密封圈、筒体、接头组装成的单光程气体室，其中准直镜座与透镜是整体组合件，称为光纤准直器，通过螺纹固紧在气体室筒体上。反射端紫外光穿过光纤，由透镜准直成平行光束穿过简体，再由透镜耦合到接收端的光纤上。L为光程，即检测气体的厚度，D为平行发射光光斑直径。

l--准直镜座 ；2--密封圈；3--接头；4--筒体；5--光纤图 1 气体室结构剖视图紫外差分吸收光谱法 CEMS气体室结构设计 王惠芳3 光纤准直器采用 8218胶水将透镜粘接在准直镜座上组成了光纤准直器。由于8218胶水具有良好的流动性，毛细现象特别突出，在与镜片接触到的金属面上涂覆后 ，胶水 自动均匀分布在此接触面上，经过100oC 10分钟固化后，粘接牢固且密封性好。该准直器是通过螺纹段旋拧在简体上的，无需调节光斑，因此，确保了准直器的高合格率。优选光纤与透镜的同时，必须严格控制准直镜座的尺寸公差。本文尺寸单位均为mm。

3.1 光纤入射光斑计算入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。假设从焦点到透镜边缘的仰角为 0，NAsin0，称之为该透镜的数值孔径。根据光纤数值孔径计算出光纤入射至透镜边缘的光斑直径 D的大小 (见图2)，从而确定准直镜座长度 L2的孔径及气室简体内径。

多模光纤 NA的范围-般在 0.18-0.23之间，其对应的光纤端面接收角 0：10。～13。。

NA sin0D (2) - 、r、NA取最大值，即NA0.23，计算得 D11.8，故透镜外径取值为 12。

固 口 l V/ 丁 . / /X////////'/Z逢 ， / 勺t L1胶粘/ L2 0O- L3L4 ◎L5图2 光纤准直镜座关键尺寸示意图3.2 准直镜座结构尺寸设计本文设计的气体室选用的透紫外石英光纤，数值孔径是0.22，光纤插头尺寸为3.20。.∞ ， 可插入深度为 h9.8 。 。。选透镜材质为透紫外光镜片石英 玻璃 (JGS1)，外径 4)12.7，焦 距，：25±0.025，厚度40o.025。

根据上述，设计准直镜座选用 304材质，确定dl3.2：0.. 02 d312. 7：o0..0510， 见图2。该零件设计的特点和实际加工工艺性要求 M18X1-6h螺纹段与插光纤孔 d2同轴度≤ 0.012。

为满足透镜最大效应对光纤发射光束折射成平行光和透镜平行光耦合到光纤端面，透镜座尺寸与偏差是关键。在透镜、透镜座、光纤装配链尺寸 中，k为透镜顶面到光纤底面距离，须满足：kfh 34.80.02按尺寸链基本公式分步计算出 尺寸与偏差。

设定L19.810l05，在 t、L2、L1、k尺寸链中，为间接尺寸，为封闭环。

基本尺寸：L2k-t-L1 34.8-4-9.8 21偏差：ESL2：ESk-EIL1-Eit0.025-(-0.05)-(-0.025)：0.10EIL2 EIk-ESL1-ESt - 0.075-0-0 - 0.075即：L221-o.0o7105为加工实际测量尺寸，设定为4.2。尺寸链计算得 为25.2，偏差设定为0-0.10。在 、、 中， 是封闭环。

ESL2ES4-EIL3EIL3 ES4-ESL2 0.10-0.10 0EIL2：EI4-ESL3。

ESL3 EI4-EIL2 0- (-)0.075 0.075即：L34.2在 l、 、 环中， 为封闭环，计算得：L5 350。-∞《仪器仪表与分析监测》2013年第2期4 简体设计该单光程气体室设计的准直镜组件，不加光斑调节结构，两准直器旋拧到简体两端，须-次性达设计要求，因而对筒体零件加工的精确度提出了要求，因简体长度的取值是吸光度计算参数之-，是决定仪器浓度范围检测的直接因素。

4.1 简体两端同轴度设计筒体选用304不锈钢，设计成圆柱体，光程通路直径≥光斑直径 D，取值为 16mm。实验表明，只有满足发射光光斑穿过光程至耦合透镜的相对面积大于 80%，吸收光谱才真实可靠，由此筒体两端与准直器连接的螺纹段相互偏离量是设计控制对象，计算结果如图3表示，要求筒体两端偏离量 ≤ o.15mm。

1.801.6O1.401.201.000.8OO.60o.40o.2O0.ooo.oo o.20 0.40 o.60 o.80 1.oo偏离量 (mm)图3 发射光斑与耦合透镜相对面积与偏离量示意4.2 光程长度设计吸光度值应满足0.3A～0.7A时测量误差相对较小，0.434A为最理想值。分析 Beer-L am bert定律，不改变其他条件下，光束光程越长，仪器灵敏度越高，即可检测相对低浓度气体，但简体加工长度受工艺性及承载容器体积的限制，不能无限加长。

刨图4 500ppm SO：不同光程测试吸收光谱- l2 - 图4为筒体光程长度取值 250mm、500mm对500ppm SO 气体吸光光谱图。500mm光程是由两个250mm气体室通过光纤串联起来实现的，两个气体室并排放置，既达到了增强吸光度的要求，也节省了占用空问。

5 气体室维护设计CEMS系统烟气采集 是经过滤芯滤掉 2～0.5um灰尘及全程伴热的预处理手段的。但进入气体室的烟气仍带有少量的水汽和细灰尘，长期采样对气体室两端透镜及内壁造成侵蚀污染，使吸光度下降，光强信号失真。由于气体室安装在分析仪内部，维护拆卸繁琐，且光纤的拔进拔 出，磨损严重，针对此问题，在简体靠近透镜两端设计成开槽口，加盖密封，进出口通路接头与密封盖焊接成-体 (见图 5)。定期开盖对露出透镜镜片表面及筒体内壁进行擦拭，既快捷方便，又不易损坏器件。

1 2 3 4 S1--简体；2--准直器；3--密封圈；4--盖；5--紧固件图5 气体室维护设计示意6 结束语单光程气体室结构简单，容易调试、维护，成本低，250mm左右的光程是 目前紫外差分光谱吸收法 CEMS气体室普遍使用的。

加长气体室光程长度是提高仪器浓度检测范围的最直接手段。是将多个单光程气体室光路通过光纤串联起来增长光程，还是利用多个反射镜使光路在气体室中经过多次反射增加光程，或通过采用特殊分配比的 Y形光纤，将出射光纤的光按照-定的分光比例耦合到人射光纤，多次耦合增加光程的方法，是今后研发的路径。

基于低压电力线载波的远程自动抄表系统 彭 昱基于低压电力线载波的远程 自动抄表系统The system of Remote Automatic Reading Meter Based on Low Voltage Electric LineCarrier CommunicatiOn彭 昱(大连大学附属 中山医院，辽宁大连 116001)[摘要] 针对抄表系统的数据量以及低压电力线载波通信的特点，设计了-种利用低压电力线载波通信技术的远程自动抄表系统，系统利用M-BUS总线、电力载波和 GPRS构成整个数据采集和传输链路；并阐述了系统的硬件结构和软件流程。该系统具有结构简单，成本低的特点，适用于小区实现远程智能化抄表。

[关键词] 电力线载波；扩频；远程抄表[中图分类号] TN966 [文献标识码] B引言低压电力线载波 (PLC)通信是指利用现有的低压配电线 (380V/220V电力线)作为传输媒介，实现数据传递和信息交换的-种技术。目前，我国在城市和农村地区都已经建立了完善的电力线路网络，利用已有的照明或动力电线网络进行信息的传输，不需要额外铺设专用的通信线路，降低了工程成本，因此低压电力线载波通信已成为-种重要的低成本通信技术。

然而，由于低压电力线在设计之初并不是为了进行通信而设计的，因此用它作为通信信道 ，存在着-些不利于信号传输的特性，如信号衰减大 、干扰特性强以及强时变性等。另外 ，低压电力通信的信道无法承受高的传输速率，因此其不能承载语音或图像数据，但某些低速率的数据传输如传感器或测量仪表的数据集中采集，可以利用家