差分吸收光谱技术DOAS
第三章-直接测量式及DOAS原理CEMS
据一些常见污染物的差分吸收光谱，选取一些 特征波段对其进行测量便可得到浓度，经与标 准吸收谱进行比较，便可得到所测气体的浓度。 若要扩展监测种类，只需将污染气体的标准吸 收谱输入数据库即可，无需对硬件进行更新。
主要气体 二氧化硫 一氧化氮 二氧化氮 SO2 NO NO2 参考波长（nm） 210 225 245
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单波长法
据朗伯-比尔定律，在最大吸收峰处，气体 浓度C可由下式来进行计算。
C A /( K * L) (ln I0 ) /( K * L) It
在给定波长处，某一物质的K值为常数，根 据上式，便可由所测得的计算出该物质的浓度。
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单波长法
单波长测量原理存在以下问题：
粉尘干扰：粉尘导致透过光强变化，使测量结果不准确； 仪器老化：仪器老化导致原始光强变化，使测量结果不准 确； 交叉干扰：目前采用单波长原理的仪器基本都是采用滤光 片来实现的，一般滤光片的带宽在20~30nm，探测器测 量的是这个波段内光强的积分值。在CEMS领域，这个带 宽内，一般都会有干扰。干扰导致透过光强变化，使测量 结果不准确； 校准周期：仪器老化和光路污染均可导致原始光强变化， 因此需要通过频繁的校准来校正； 光路污染：光路污染导致原始光强变化，使测量结果不准 确。
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直接测量式CEMS结构介绍
辐射光源 一个良好的光源要求具备发光强度高、光 亮稳定、光谱范围广和使用寿命长等特点。 常用的紫外光源有汞灯、紫外线金属卤化 物灯 、氙灯 、氘灯 。
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直接测量式CEMS结构介绍
辐射光源
汞灯：汞灯的光谱主要是原子的线状光谱，光谱的连续性很差，一般用作波长 校准、非分光紫外光度分析等。
差分吸收光谱技术中吸收截面的测量
差分吸收光谱技术中吸收截面的测量Ξ吴 桢 虞启琏 张 帆 姚建铨(天津大学精密仪器与光电子工程学院 天津 300072)摘要 描述了影响差分吸收光谱技术(DOA S)精度的主要因素——吸收截面的测量原理以及自己设计的测量装置,并用此装置测量了SO2、NO2和O3的吸收截面。
根据测量结果分析了应用DOA S技术测量这三种气体时各自适用的波长区间。
关键词 差分吸收光谱 吸收截面 测量M ea surem en t of Absorption Cross Section i n D ifferen ti a l Optica l Absorption Spectrom etryW u Zhen Yu Q ilian Zhang Fan Yao J ianquan (Colleg e of P recision Instrum en t and Op to2electron ics E ng ineering,T ianj ing U n iversity,T ianj ing300072,Ch ina)Abstract A s the m ain facto r affected the p recisi on of the differential op tical abso rp ti on spectrom etry(DOA S), the abso rp ti on cro ss secti on and its m easurem ent theo ry w as analysed.A new m easurem ent setup w as brough t fo rw ard,and th rogh w h ich the abso rp ti on cro ss secti ons of SO2,NO2and O3w ere m easured.A t last acco rding to the m easurem ent result,the respective app rop riate w avelength ranges of th ree gases m easured by DOA S w ere analysed.Key words D ifferential op tical abso rp ti on spectro scopy A bso rp ti on cro ss secti on M easurem ent1 引 言长光程差分吸收光谱技术,由于其具有高灵敏度、高分辨率、多组分、实时、快速监测的特点,正在成为大气污染监测的理想工具。
差分光学吸收光谱
差分光学吸收光谱（Differential Optical Absorption Spectroscopy, DOAS）是一种先进的环境监测技术，用于测量大气中痕量气体的浓度。
其基本原理基于不同气体分子在特定波长范围内对太阳光或人工光源的特征吸收现象，并通过比较测量光谱与参考光谱之间的差异来确定目标气体的浓度。
DOAS技术的工作流程包括以下步骤：
光源：使用自然光（如日光）或人造光源发出连续的紫外至可见光谱范围内的光。
光路传输：光线穿过待测的大气层，在这个过程中，气体分子会根据自身的吸收特性吸收部分特定波长的光。
光谱采集：通过望远镜、光纤或其他光学系统收集穿过大气后到达地面或反向散射回来的光信号，并聚焦到光谱仪入口狭缝。
光谱分析：光谱仪将接收到的光信号转换为电信号，然后进行分光和探测，得到连续的光谱数据。
差分处理：根据Lambert-Beer定律计算并分析每个波长点处的光强变化。
通过对测量光谱和背景/清洁空气光谱进行数学上的差分运算，提取出目标气体特有的窄带吸收结构，消除宽谱吸收和其它非目标气体的影响。
反演算法：应用差分吸收光谱反演算法，解算出沿光路路径上目标气体的平均浓度。
DOAS技术的优势在于：
非接触式测量，不受采样器影响。
可实时检测多种气体，具有较高的灵敏度和准确性。
能够有效抑制背景噪声和多组分混合气体干扰。
适用于远程测量，获取较大区域内的平均气体分布信息。
这项技术广泛应用于空气质量监测、环境污染源排放监测、大气化学研究以及环境保护等领域。
烟尘烟气连续自动监测系统复习考试题大题题库：简答、操作题整理
简答题：1、什么是完全抽取法？它有何优点？答：完全抽取法是采用专用的加热采样探头将烟气从烟道中指取出来，经过伴热传输，使烟气在传输中不发生冷凝，烟气传输到烟气分析机拒后进行除尘、除湿等处理，然后进入分析仪进行分析检测。
完全抽取法也叫直接抽取法。
其优点是：①干基测量，可以直接测得干烟气中污染物含量；②由于烟尘和水蒸汽已经从样品中去除，所以分析仪的测量精度高。
其缺点是：①样品气体需要伴热，保温传送（温度保持在140-160°C之间）；②样品气体需要降温、除水等预处理；③在高硫分场合有酸冷凝的可能，采样和预处理部件需要防腐蚀；④采样流量较大（一般＞2L/min），过滤器易堵塞，需要定期进行反吹。
第一章2、固定污染源连续监测的采样方式主要有哪些？答：采样方式分为抽取采样法和直接测量法两种。
抽取采样法又分为直接抽取法和采样稀释法；直接测量法又分为内置式测量和外置式测量。
3、直接抽取法中的前处理方式和后处理方式的优缺点？答：直接在探头后降低烟气温度低于环境温度并除湿的方式称为前处理方式。
其优点：烟气经处理后能更灵活地选择分析仪；探头后除水，不需要加热采样管。
其缺点：探头后处理烟气对处理系统进行维护时不太方便；可在探头上降温、除湿，使探头变得复杂；传输距离远使样品气体浓度变化，造成测量误差。
在气体进入分析仪之前对烟气进行净化、降温、除湿的处理方式称为后处理方式。
其优点：便于人员检查处理系统。
其缺点：但须使整个采样管保持适当的温度。
4、直接抽取式CEMS中电子制冷器的原理？答：在两个不同导体组成的回路中通电时，一个接头吸热，另一个接头放热，这是珀尔帖效应。
改变输入直流电源的电流强度，就可以调整制冷或制热的功率。
同时通过改变直流电源的极性，就能使热量的移动方向逆转，从而达到任意选择制冷或制热的目的。
5、直接抽取式CEMS中隔膜泵的原理？答：隔膜泵的工作原理是机械冲程活塞或由连续棒移动活塞。
隔膜往复运动，短脉冲方式移动气体，当隔膜上升，气流从下通过吸气阀进入泵的内腔；当隔膜被推下时，吸气阀关闭同时排气阀打开，气体进入采样管。
孙延庆：TDLAS遥测研究开题报告
TDLAS烟囱遥测的文献综述和研究设想一、用于大气痕量气体遥测的主要光谱学技术目前见诸报道的关于遥测的技术主要用于大气中痕量气体的测量。
在大气痕量气体的遥测技术中，目前主要有紫外/可见波段的差分光学吸收光谱学（DOAS）、差分吸收激光雷达（DIAL）、红外波段的傅里叶变换光谱（FTIR）和可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）四种光谱技术[1]。
下面分别简单叙述：1.差分光学吸收光谱学（DOAS）差分光学吸收光谱技术（DOAS）是一种通过测量经过大气分子衰减的吸收光谱，并且在计算机中进行光谱处理的一种分析技术，它对诸如探测器、光谱仪和光源类型等都没有特定要求，对光程也没有限定，因此既可以采用远处放置后向反射镜的开放光路，也可以采用短距离的开放光路。
为了提高检测灵敏度，短距离测量时通常采用多次反射池结构。
而在开放光程大气测量时，由于不存在池壁吸收或损耗等问题，因此特别适用于对大气化学循环中不稳定、短寿命的中间体如自由基的测量，80年代德国马普化学所大气化学部的Cruzten教授采用机载可调谐红外激光差分吸收光谱系统实时测量臭氧洞形成过程中的大气痕量气体，揭示了活性自由基的催化循环反应在臭氧洞形成过程中的作用，从而获得了1995年度诺贝尔化学奖。
近十多年来，DOAS技术的应用已经得到了极大的发展，包括用太阳光、天空散射光作光源的被动DOAS技术，以及测量痕量气体三维浓度分布场的断层扫描DOAS技术，已被广泛应用于各种测量平台如地基、机载、星载和球载平台进行各种大气痕量气体、污染气体和大气垂直廓线的测量[2]。
国内对于差分光谱吸收技术（DOAS）的研究也一直在进行，包括中科院和东南大学[2,3]。
目前，DOAS可以实现工业烟道SO2排放的实时测量，还可以对二氧化氮（NO2)、一氧化氮（NO)、臭氧（O3）、苯（C6H6)、甲苯（C7H8)、甲醛（CH2O)和氨（NH3)等污染气体实施有效的实时监测，DOAS系统还可以同时对烟道的温度、烟气流速、烟尘和含氧量进行监测。
差分吸收光谱技术中吸收截面的测量
差分吸收光谱技术中吸收截面的测量Ξ吴 桢 虞启琏 张 帆 姚建铨(天津大学精密仪器与光电子工程学院 天津 300072)摘要 描述了影响差分吸收光谱技术(DOA S)精度的主要因素——吸收截面的测量原理以及自己设计的测量装置,并用此装置测量了SO2、NO2和O3的吸收截面。
根据测量结果分析了应用DOA S技术测量这三种气体时各自适用的波长区间。
关键词 差分吸收光谱 吸收截面 测量M ea surem en t of Absorption Cross Section i n D ifferen ti a l Optica l Absorption Spectrom etryW u Zhen Yu Q ilian Zhang Fan Yao J ianquan (Colleg e of P recision Instrum en t and Op to2electron ics E ng ineering,T ianj ing U n iversity,T ianj ing300072,Ch ina)Abstract A s the m ain facto r affected the p recisi on of the differential op tical abso rp ti on spectrom etry(DOA S), the abso rp ti on cro ss secti on and its m easurem ent theo ry w as analysed.A new m easurem ent setup w as brough t fo rw ard,and th rogh w h ich the abso rp ti on cro ss secti ons of SO2,NO2and O3w ere m easured.A t last acco rding to the m easurem ent result,the respective app rop riate w avelength ranges of th ree gases m easured by DOA S w ere analysed.Key words D ifferential op tical abso rp ti on spectro scopy A bso rp ti on cro ss secti on M easurem ent1 引 言长光程差分吸收光谱技术,由于其具有高灵敏度、高分辨率、多组分、实时、快速监测的特点,正在成为大气污染监测的理想工具。
紫外差分光谱法烟气综合分析仪(DOAS)标准介绍
紫外差分光谱法烟气综合分析仪（以下简称分析仪）以紫外差分吸收光谱技术为核心的新型产品，主要用于排气管道中有害气体成分的测量，广泛应用于环境监测以及热工参数测量等部门，该分析仪是我公司多年精心研制的具有自主知识产权的高品质仪器，产品多项设计填补空白。
产品采用工业级高速处理器，10.1寸工业触摸屏，人机界面兼容按键和触摸双模式，可进行局域网和广域网的组网及数据传输；烟气取样、工况测量、烟气预处理三合一，现场使用方便；内置可充电锂电池，交直流两用，宽输入电压(DC12~28V,AC80~260V),电压适用范围更广；烟气测量采样双量程设计的数学模型修正算法，提高数据测量的准确性和线性度；关键部件采用恒温控制，提高仪器的温度适用范围。
精心的设计，友好的人机界面，竭诚为用户提供一款精致、、贴心、耐用的高品仪器该分析仪性能指标均符合国家环保局颁布的烟气测试仪的有关规定。
采用紫外差分吸收光谱技术和化学计量学算法测量SO2、NO、NO2、O2、CO、CO2、H2S等气体的浓度，不受烟气中水蒸气影响，具有较高的测量精度和稳定性，特别适合高湿低硫工况测量，具有测量精度高、可靠性强、响应时间快、使用寿命长等优点。
分析仪研制过程中广泛征求专家及广大用户的意见，采用高性能长寿命脉冲氙灯、耐腐蚀吸收池、进口高分辨光谱仪、传感器及新材料领域的高新技术，竭力为用户提供一台质量可靠、性能稳定的高品质仪器。
GB/T37186-2018《气体分析二氧化硫和氮氧化物的测定紫外差分吸收光谱分析法》HJ/T397-2007《固定源废气监测技术规范》DB37/T2704-2015《固定污染源废气氮氧化物的测定紫外吸收法》DB37/T2705-2015《固定污染源废气二氧化硫的测定紫外吸收法》DB37/T2641-2015《便携式紫外吸收法多气体测量系统技术要求及检测方法》JJG968-2002《烟气分析仪检定规程》GB13233-2011《火电厂大气污染物排放标准》紫外差分光谱法烟气综合分析仪,紫外差分烟气综合分析仪,紫外烟气综合分析仪,紫外差分光谱法烟气分析仪,紫外差分烟气分析仪,紫外烟气分析仪,紫外差分烟气分析仪仪价格,紫外差分烟气分析仪厂家,紫外差分烟气分析技术指标,紫外差分烟气分析仪操作指南,紫外差分烟气分析仪使用方法,紫外差分烟气分析仪,紫外烟气分析仪,紫外差分光谱法烟气分析仪,GB37186紫外差分光谱法烟气分析仪3.技术特点1.采用紫外光谱差分吸收技术（DOAS）测量固定污染源排气中的SO2、NO、NO2等气体浓度，测量精度高，不受烟气中水蒸气影响，特别适合高湿低硫工况。
差分吸收光谱技术DOAS介绍1
考虑到瑞利(Rayleigh)散射、米(Mie)散射以及大气中 其它
物质的消光因素,可以得到修正后的Lambert-Beer定律形式:
I(λ )=I0(λ )exp[-L(∑i(σ (λ )ci)+ε R(λ )+ε M(λ ))]A(λ ) (2)
其中,A表示系统的传输函数,ε R表示瑞利散射消光系数,ε M 表示米氏散射消光系数,式中同时考虑存在多种吸收气体的情 况。
NO + O3 → NO2 + O2
1、污染物的日变化规律及其相互关系
(2)、SO2的日变化规律
人类活动开始 地面大气扩散未充分发展
大气层结稳定 不利扩散
2、空气污染的“周末效应”分析
(1) 周末-工作日NO2日变化规律对比
2、空气污染的“周末效应”分析
(2)周末-工作日O3的日变化规律对比
3、DOAS系统的测量原理
差分光学吸收光谱技术的工作原理是利用分子的窄带吸
收光谱来辨别气体的成分,通过其吸收谱的强度推导被测 气体的浓度,其理论基础是Lambert-Beer定律:
I(λ )=I0(λ )exp(-σ (λ )cL) (1)
其中,光源发出的光强为I0,经过光程L,在接收端得到的 强度为I。I0和I都是波长λ 的函数。如果浓度c的单位用 mole/cm3,则气体的吸收能力用吸收截面σ (单位 :cm2/mole)来表示。
2、空气污染的“周末效应”分析
(3)周末-工作日SO2的日变化规律对比
3、污染物浓度日变化与气象条件的关系
不同天气条件下O3的日变化规律
晴天云量少 光照强度大 光化学反应活跃 反应速率常数大
三、思考题
1、DOAS系统主要由哪几部分构成？
采用长光程差分吸收光谱技术(LP-DOAS)的中红外痕量一氧化碳检测仪
采用长光程差分吸收光谱技术(LP-DOAS)的中红外痕量一氧化碳检测仪吕默;王一丁;陈晨【摘要】Carbon monoxide ,as a kind of dangerous mine gas ,can easily accumulate in a complex mine environment poses a seri-ous threat to the safety of miners .This paper presents a compact carbon monoxide detector .This instrument have a mid-infrared quantum cascade laser operating at 4.65μm as light source ,with mercury cadmium telluride (HgCdTe) detector and 12 m com-pact absorption path to obtain trace-CO diagnostics .Self-designed high-speed photoelectric signal acquisition system solved the signal chain impedance mismatch problem which caused by commercial oscilloscope .This new acquisition system realized1GSPS sampling rate and vertical resolution of 12 bit at 400 M Hz sampling bandwidth which improved the detector''s sensitivity and in-tegration effectively .This instrument use long path differential optical absorption spectroscopy (LP-DOAS) theory .The detec-tion limit of the instrument which gives as 108 × 10-9 is obtained by comparing the residual between the measured spectrum and calculated theoretical spectrum with Voigt broadening .Detector''s measurement error has non-stationary ,slowly time-varying characteristics .According to this feature we use Allan deviation to estimated detector ''s sensitivity ,after about 40 seconds the deviation curve reached the minimum .The Allan deviation value is 61× 10-9 .In two-hour tests ,the stability of the detector is 2.1× 10-3 ,for up to 12hours of stability tests ,the detector''s stability can still reach 1.7 × 10-2 .This instrument has high flexibility ,through the replacement of different laser with different lasing wavelength;it can be achieved on a variety of trace gas detection .%一氧化碳作为一种危险的开采排放气体,在复杂的井下环境中极易累积,对矿工生命安全造成严重威胁.介绍了一种紧凑型一氧化碳检测仪,该仪器采用激发波长为4.65 μm的量子级联激光器作为光源,配合中红外碲镉汞光电探测器与光程长度12 m的紧凑型多次反射气室,实现了对痕量一氧化碳气体的检测.自主设计的新型高速光电信号采集系统解决了应用商业示波器造成的信号链阻抗失配的问题.这一新系统的采样带宽为400 MHz,采样频率1GSPS,垂直分辨率达到12 bit,有效的提高了检测仪的灵敏度与集成度.该仪器采用长光程差分吸收光谱法,通过比较实测光谱与进行Voigt展宽的理论光谱之间的残差得出此检测仪的检测下限为108×10-9.检测仪的测量误差有非平稳,慢时变的特点.根据这一特点我们采用阿伦方差对气体检测仪检测灵敏度进行了估计,经过约40 s方差曲线达到极小值,此时阿伦方差值为61×10-9.在2 h的稳定性测试中,检测仪稳定度达到2.1×10-3,在长达12 h的稳定性测试中,检测仪的稳定度依然可以达到1.7×10-2.此仪器具有较高的灵活性,通过更换不同激射波长的激光器可以实现对多种气体的痕量检测.【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2017(037)007【总页数】5页(P2278-2282)【关键词】量子级联激光器;痕量气体检测;光电信号采集系统;长光程差分吸收光谱;残差分析;阿伦方差【作者】吕默;王一丁;陈晨【作者单位】吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室, 电子科学与工程学院,吉林长春 130012;吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室, 电子科学与工程学院, 吉林长春 130012;吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室, 仪器科学与电气工程学院, 吉林长春 130061【正文语种】中文【中图分类】O657.3与传统的双极性半导体激光器相比，量子级联激光器(QCL)具有单色性好、量子效率高、温度稳定性好、波长设计灵活与响应速度快等独特优点[1]，中红外QCL的光谱范围覆盖三个重要的大气透射窗口，因此在气体检测领域有其他光源无法替代的优势[2-3]。
DOAS仪器原理及应用
四、DOAS检测仪器的校准检验
• 校准步骤： 由于各厂商DOAS系统结构与组成不尽相同，在校准时具体
步骤也略有不同，各用户可根据有关资料与说明进行。下面以 蓝盾LGH-01 DOAS系统为例介绍其校准过程： 1. 校准的方法
关闭光程，在零光路的短光程上叠加一校准池，通入标准 气体，使其光程等效浓度达到要求； 2. 校准用设备 ① 低压笔形汞灯：根据汞灯特征谱与实际测量普的比对，系
每3个月进行一次单点检验(选择一个项目用等效浓度为满 量程10%到20%的标气)，每年进行一次多点校准(等效浓度) • DOAS监测仪器校准方法有两种： ① 在原光程上叠加一个校准池，通入标准气体，进行校准。 ② 采用一个与实际监测相同的氙灯源和一个短光程，通过调 节短光程中吸收池的长度和通入的标气浓度，进行校准。
步骤4：计算读数误差:ε=(������������- ������������)/ ������������*100% ������������为加标气到校准池后，仪器的响应值 (μg/������3) ；
步骤5：要求监测仪器的读数误差ε在5%以内，如超过，则需要对仪器进行参数修正或仪 器性能检查
② 等氙灯电源冷却下来再打开氙灯电源，检查 电源电压及氙灯电源内部风扇
③ 更换氙灯
① 没有对准 ② 光路被遮挡
③ 反射镜窗口或角反射镜表 面被污染
① 调整望远镜粗调旋钮 ② 移开遮挡物 ③ 清晰窗口或角反射镜表面
① 光路偏移 ② 灯老化或使用时间过久 ③ 气候状况(雨、雾等)
① 见上 ② 更换氙灯 ③ 不是故障，让仪器正常运行，继续采集数据
二、DOAS测量方法简介
2. DOAS仪器基本装置 DOAS整套仪器主要包括：光源、发射和接
地基MAX-DOAS简要技术说明
技术说明文件——地基多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）一、系统组成地基多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）由散射光收集系统，温控系统、数据采集及处理系统等组成，其仪器照片图1所示。
图1 地基MAX-DOAS系统照片图2 地基MAX-DOAS系统结构示意图图2为MAX-DOAS系统结构示意图。
该系统由棱镜、望远镜、遮光板及其驱动装置、电机及温度控制电路板、光纤、光谱仪与控制计算机等组成。
棱镜将散射光导入接收望远镜中，接收望远镜将散射光汇聚到光纤中，驱动电机带动棱镜旋转将不同角度的散射光导入接收望远镜中，而遮光板的功能为控制光路的通断，实现对背景的测量。
进入望远镜的散射光在完成色散、采集与数字化通过USB线传导到计算机中存储、计算，最终实现对大气痕量气体垂直柱浓度的解析。
二、技术参数1、硬件部分：◆散射光测量角度：0°、5°、10°、15°、20°、90°◆接收望远镜视场角：1°◆望远镜直径：25mm；◆焦距：113 mm；◆光谱仪分辨率：优于0.6nm◆量化精度：14bits◆光谱范围：290-420nm◆工作条件：温度：－10～50℃，相对湿度：<96％，大气压力：80～106Kpa◆工作电压：～220V±10V，50Hz～60Hz◆功率：400W2. 监测组分：◆可测大气成份：NO2、SO2、O3◆NO2斜柱浓度精度：5%◆SO2斜柱浓度精度：10%，◆O3斜柱浓度精度：5%◆斜柱浓度测量下限：1E+16molec./cm2 (4ppmm)(NO2,SO2)2E+17molec./cm2（80ppmm）(O3）◆积分时间：<2S3、软件部分：主要功能包括：1、控制功能●控制仰角电机测量不同仰角的大气谱●控制挡板电机选择测量大气谱和背景谱●根据环境条件，调整探测器的积分时间、累加次数、数据采集等功能所有上述控制过程既可以手动，也可以在程序中自动控制。
氨逃逸分析技术的对比及探讨
氨逃逸分析技术的对比及探讨随着国内各行业“超低排放”改造的呼声增大，作为烟气脱硝过程SCR/SNCR的关键工艺指标，氨逃逸检测分析的需求也日益增多。
目前现有氨逃逸分析技术主要基于气体吸收光谱技术，根据光源波长不同可分为中红外激光、近红外激光、紫外差分3种吸收光谱分析技术。
本文主要对比探讨这3种技术在现场使用中存在的优缺点。
1、近红外(NIR)激光吸收光谱技术：由于氨分子在近红外波段(800-2500nm)的吸收峰线强度很低，如图1所示，约只有中红外波段的0.01倍，为4x10-21cm-1/(molec•cm-2)。
因此该技术通常需要几十次反射形成约30m的长光程吸收池来增强氨气对激光的吸收以达到0.1ppm的检测精度，如图2所示为近红外激光吸收光谱技术的检测原理，可调谐激光器发射的为波长1512nm或1531nm的近红外激光。
但是，随之长光程也带来了以下3点不可避免的缺点。
图1 NH3在近红外波段（蓝色框）比中红外波段（红色框）的吸收谱线弱近100倍图2 近红外激光吸收光谱原理示意图1）调光难度升级。
为防止烟气中的硫酸氢铵（ABS）冷凝，分析仪中使用的长光程气体吸收池通常加热至180~250℃高温（高于ABS熔点），对光学镜片和机械机构存在一定的热胀冷缩效应，又在20~30m长光程下，会对光路造成一定的热致偏差，现场经常需要矫正光路，对仪器维护的专业要求较高。
2）可靠性差。
长光程吸收池的整体通光率与镜片的单次反射率成幂指数关系：E=R^N，其中E为输出光与输入光功率比，R为镜片单次反射率，N为激光在池内反射次数；因此长光程吸收池的通光性能受镜片反射率变化的影响巨大，在SCR出口恶劣的烟气状况下，镜片反射率下降10%即可让长光程吸收池基本无光输出，造成探测器接收不到信号。
例如：干净的镜片单次反射率可达97%，经30次反射，长光程吸收池的通光率为0.97^30≈60%；若镜片单次反射率降低到90%（现场运行一至两周就可能造成如图3所示的效果），通光率则剧降为0.9^30≈4%。
DOAS仪器原理及应用PPT课件
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一、DOAS系统发展与现状
2. 差分吸收光谱方法具有以下优点
① 监测范围很广，所测得的气体浓度是沿几百米到 几公里长的光路上的气体浓度的平均值，可以消除 某些污染排放源对测量的干扰，所以测量结构更具 有代表性。 ② 由于该方法是非接触性测量，因而可以避免一些 误差源的影响，如监测对象的化学变化、采样器壁 的吸附损失等，这特别适合于测量一些性质比较活 泼的气体分子和离子的质量浓度。 ③ 测量周期短、响应快，并且仪器可实现紫外到可 见光谱区的扫描，从而用一台仪器可实时监测多种 不同气体的质量浓度。 ④ 采用光学仪器比较稳定，因此，维护. 量小，运行 5
氙灯点不亮 或熄灭
极少或没有 反射光
信号强度太 低
① 控制端口设置不正确 ② 望远镜底部定标电机没有
初始化结束 ③ RS232-RS485转接模块故
障 ④ RS485信号箝位 ⑤ 线路连接不良
① 氙灯电源故障 ② 氙灯电源过热或过压、欠
压保护 ③ 氙灯老化
① 没有对准 ② 光路被遮挡 ③ 反射镜窗口或角反射镜表
一、DOAS系统发展与现状
3. 差分吸收光谱方法具有一些不足： DOAS系统也存在一些不足，比如对环境 的要求比较高，在浓雾、大雨、沙尘暴 天气，信号被大幅度衰减，而使接收端 得不到足够的光强信号时，该仪器不能 正常运行。
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二、DOAS测量方法简介
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二、DOAS测量方法简介
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二、DOAS测量方法简介
通过对校准曲线进行评价，可以判断仪
器设备工作情况，校准曲线的截距反映
了监测仪器的零点漂移情况，斜率反映
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四、DOAS检测仪器的校准检验
浅谈紫外差分吸收光谱用于CEMS
浅谈紫外差分吸收光谱用于CEMS一、引言由来及技术背景差分吸收光谱法（DOAS）最早由德国海德堡大学环境物理研究所的Platt 提出。
主要是利用吸收分子在紫外到可见光段的特征吸收来研究大气层的痕量气体成分（CH2O、O3、NO2、SO2、Hg、NH3等）。
差分吸收光谱技术是利用空气中气体分子的窄带吸收特性来鉴别气体成分，并根据窄带吸收强度来推演气体的浓度，因此差分吸收光谱方法具有一些传统检测方法所无法比拟的优点。
差分吸收光谱法在烟气监测CEMS中的应用DOAS广泛应用于测量大气中污染气体浓度，以后逐渐在烟气监测领域也得到应用，差分吸收光谱法的主要优点是可以在不受被测对象化学行为的干扰的情况下来测量它们的绝对浓度，可以通过分析几种气体在同一波段的重叠吸收光谱，来同时测定几种气体的浓度。
增加测量气体的数量只需要更改软件，不需要增加硬件。
目前DOAS在烟气监测中的应用方式有两种1、直接测量式CEMS；2、完全抽取式CEMS。
其中直接测量式CEMS目前实际使用比例较大。
这两种方法都有各自的优缺点。
直接测量式CEMS是将烟道作为一个开放的吸收池，对气体进行实时连续的直接测量，不需要预处理系统，安装方便，维护量小，在一定范围内不受烟道内烟尘和水雾的影响，但当烟尘或水雾较高时此方法就无效了，易耗品较贵，维护需要专业人士，特别是当保护仪表风失效时设备极易被烟道气体污染导致数据的失效。
而且现场不容易做对标准物质的比对实验。
完全抽取式CEMS中使用DOAS是将光学平台置于保护箱里，在测量气体前需要对被测气体进行预处理，由于加入了预处理系统安装较为繁琐，维护量较大。
但易耗品比较便宜，测量光路不易被污染，维护人员不需要特别专业，适用范围较广，容易实现现场的标准物质比对实验。
本人认为在完全抽取式CEMS中使用DOAS后的产品应该会在以后市场竞争中处于比较有利的地位。
原因是1、目前相关的国家标准在计算气体污染物排放时均使用的是以干基为基础的计算，而直接测量式得出的是以湿基为基础的浓度；2、直接测量式现场CEMS的标准物质比对性实验比较麻烦。
第三章 直接测量式及DOAS原理CEMS
粉尘干扰：粉尘导致透过光强It(λ1)和It(λ2)变化，由于是在两个波段，而粉尘散 射对光强的衰减在不同波段是不同的，因此会导致A(λ1)-A(λ2)和随粉尘浓度变 化而变化。
仪器老化：仪器老化导致原始光强I0(λ1)和I0(λ2)变化，同样由于在两个波段原 始光强的变化不同，导致A(λ1)- A(λ2)随仪器老化而变化。 交叉干扰：目前采用双波长原理的仪表基本都是采用滤光片来实现的，一般 滤光片的带宽在20~30nm，探测器测量的It(λ1)和It(λ2)是光强的积分值，如果 其它气体在滤光片的滤波范围内，交叉干扰不可避免。 校准周期：仪器老化和光路污染均可导致原始光强I0(λ1)和I0(λ2)变化，因此需 要通过频繁的校准来校正。 光路污染：原因同粉尘干扰，会使测量结果不准确
直接测量式CEMS结构介绍
3.电子学测量Βιβλιοθήκη 控制系统直接测量式CEMS结构介绍
4.吹扫保护系统
吹扫保护系统由空气净化装置、吹扫风机、管路、信 号检测等部分组成。空气（也有采用压缩空气作为吹扫
保护气的）经过净化装置过滤后，被风机加速，通过管
路送入测量探头内，保护镜片不被烟气污染。信号检测 装置实时监测风机的工作状态，在风机跳闸停运时，提 供报警信号提示维护人员进行必要的处理 。
直接测量式CEMS结构介绍
光谱仪 光谱仪主要作用就是分光，将包含多种波长的 复合光以波长进行分解，然后从探测器上得出以 波长为坐标排列的不同波长的光强分布。 光谱仪按分光原理及分光元件的类别可以分为 干涉光谱仪、棱镜光谱仪和光栅光谱仪等。干涉 光谱仪采用干涉原理进行分光，具有杂散光低、 光能利用率高等优点，但是光路设计复杂。而采 用色散分光的光谱仪系统结构相对简单，一般都 包括入射狭缝、准直镜、色散元件、聚焦光学系 统和探测器。
地基MAX-DOAS简要技术说明
技术说明文件——地基多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）一、系统组成地基多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）由散射光收集系统，温控系统、数据采集及处理系统等组成，其仪器照片图1所示。
图1 地基MAX-DOAS系统照片图2 地基MAX-DOAS系统结构示意图图2为MAX-DOAS系统结构示意图。
该系统由棱镜、望远镜、遮光板及其驱动装置、电机及温度控制电路板、光纤、光谱仪与控制计算机等组成。
棱镜将散射光导入接收望远镜中，接收望远镜将散射光汇聚到光纤中，驱动电机带动棱镜旋转将不同角度的散射光导入接收望远镜中，而遮光板的功能为控制光路的通断，实现对背景的测量。
进入望远镜的散射光在完成色散、采集与数字化通过USB线传导到计算机中存储、计算，最终实现对大气痕量气体垂直柱浓度的解析。
二、技术参数1、硬件部分：◆散射光测量角度：0°、5°、10°、15°、20°、90°◆接收望远镜视场角：1°◆望远镜直径：25mm；◆焦距：113 mm；◆光谱仪分辨率：优于0.6nm◆量化精度：14bits◆光谱范围：290-420nm◆工作条件：温度：－10～50℃，相对湿度：<96％，大气压力：80～106Kpa◆工作电压：～220V±10V，50Hz～60Hz◆功率：400W2. 监测组分：◆可测大气成份：NO2、SO2、O3◆NO2斜柱浓度精度：5%◆SO2斜柱浓度精度：10%，◆O3斜柱浓度精度：5%◆斜柱浓度测量下限：1E+16molec./cm2 (4ppmm)(NO2,SO2)2E+17molec./cm2（80ppmm）(O3）◆积分时间：<2S3、软件部分：主要功能包括：1、控制功能●控制仰角电机测量不同仰角的大气谱●控制挡板电机选择测量大气谱和背景谱●根据环境条件，调整探测器的积分时间、累加次数、数据采集等功能所有上述控制过程既可以手动，也可以在程序中自动控制。
DOAS仪器原理及应用
① 控制端口设置不正确 ② 望远镜底部定标电机没有
初始化结束 ③ RS232-RS485转接模块故
障 ④ RS485信号箝位 ⑤ 线路连接不良
① 氙灯电源故障 ② 氙灯电源过热或过压、欠
压保护 ③ 氙灯老化
① 没有对准 ② 光路被遮挡 ③ 反射镜窗口或角反射镜表
面被污染
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四、DOAS检测仪器的校准检验
• DOAS监测仪器的校准方法一： 1. 叠加一个校准池，进行精密度检查
在每个监测光程配备一个校准池，直接 放置于接收器前窗。校准池通常是永久 固定式的。下图为OPSIS AR500系统 CC150装置，该装置固定于ER150接收器 前窗。在没有气象因素干扰的情况下进 行。向校准池通标气，待其稳定后方可 开始测量。
① 光路偏移 ② 灯老化或使用时间过久 ③ 气候状况(雨、雾等)
① 将软件主界面右上角控制端口设置成COM1或 COM2
② 等初始化结束后重新启动CNDOAS软件 ③ 更换RS232-RS485转接模块 ④ 断开与PM10、气象仪的通讯连接，重新启动
CNDOAS软件 ⑤ 检查通讯部件之间的连接线缆
① 点氙灯时，可以听到点火声，如果听不到声 音或听到吱吱声，联系厂家
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四、DOAS监测仪器的校准检验
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四、DOAS监测仪器的校准检验
• DOAS监测仪器的校准要求： ① 系统在安装调试期间，应对检测仪器精
密度检查和准确度检查。 ② 系统更换机械运动部件、光学部件、检
测传感器和光源等主要部件，必须进行 精密度检查。 ③ 系统运行中每个月需用汞灯对光谱仪波 长进行一次标定，每3个月进行一次单点 检验(选择一个项目用等效浓度为满量程 10%到20%的标气)，每年进行一次多点 校准(等效浓度)
烟尘烟气连续自动监测系统复习考试题大题题库：简答、操作题整理
简答题：1、什么是完全抽取法？它有何优点？答：完全抽取法是采用专用的加热采样探头将烟气从烟道中指取出来，经过伴热传输，使烟气在传输中不发生冷凝，烟气传输到烟气分析机拒后进行除尘、除湿等处理，然后进入分析仪进行分析检测。
完全抽取法也叫直接抽取法。
其优点是：①干基测量，可以直接测得干烟气中污染物含量；②由于烟尘和水蒸汽已经从样品中去除，所以分析仪的测量精度高。
其缺点是：①样品气体需要伴热，保温传送（温度保持在140-160℃之间）；②样品气体需要降温、除水等预处理；③在高硫分场合有酸冷凝的可能，采样和预处理部件需要防腐蚀；④采样流量较大（一般≥2 L/min），过滤器易堵塞，需要定期进行反吹。
第一章2、固定污染源连续监测的采样方式主要有哪些？答：采样方式分为抽取采样法和直接测量法两种。
抽取采样法又分为直接抽取法和采样稀释法；直接测量法又分为内置式测量和外置式测量。
3、直接抽取法中的前处理方式和后处理方式的优缺点？答：直接在探头后降低烟气温度低于环境温度并除湿的方式称为前处理方式。
其优点：烟气经处理后能更灵活地选择分析仪；探头后除水，不需要加热采样管。
其缺点：探头后处理烟气对处理系统进行维护时不太方便；可在探头上降温、除湿，使探头变得复杂；传输距离远使样品气体浓度变化，造成测量误差。
在气体进入分析仪之前对烟气进行净化、降温、除湿的处理方式称为后处理方式。
其优点：便于人员检查处理系统。
其缺点：但须使整个采样管保持适当的温度。
4、直接抽取式CEMS中电子制冷器的原理？答：在两个不同导体组成的回路中通电时，一个接头吸热，另一个接头放热，这是珀尔帖效应。
改变输入直流电源的电流强度，就可以调整制冷或制热的功率。
同时通过改变直流电源的极性，就能使热量的移动方向逆转，从而达到任意选择制冷或制热的目的。
5、直接抽取式CEMS中隔膜泵的原理？答：隔膜泵的工作原理是机械冲程活塞或由连续棒移动活塞。
隔膜往复运动，短脉冲方式移动气体，当隔膜上升，气流从下通过吸气阀进入泵的内腔；当隔膜被推下时，吸气阀关闭同时排气阀打开，气体进入采样管。
自动监控(气)运行工试题3(答案)
自动监控(气)运行工试题3(答案)自动监控气运行工答案1.烟气排放参数监测系统监测烟气的物理参数，将污染物的浓度转换为标准干烟气状态和排放标准中规定的过剩空气系数下的浓度。
(×)2.完全抽取式分析仪和稀释抽取式分析仪都采用红外和紫外的光谱原理，但完全抽取式分析仪还采用其他原理。
(×)3.加热采样管是将样气从采样探头输送至分析仪的管路，加热温度一般为100℃。
(×)4.直接抽取法和前处理方式都需要在分析仪后进行除湿、除尘处理，但后处理方式的采气流量比前处理方式大。
(×)5.相关气体滤光片技术可在同一检测室测定不同的被测气体。
(√)6.差分吸收光谱法（DOAS）用参比波长代替参比气室，其分析原理服从朗伯-比尔定律。
(×)7.零点校准气中水分可使红外气体吸收分析仪标定后引起负误差，但使紫外气体吸收分析仪标定后引起正误差。
(×)8.直接测量法不需要抽取探头或采样系统。
(√)9.单波长测量原理的直接测量式CEMS需要选择待测成分的最大吸收波长进行测量。
(√)10.DOAS技术的直接测量式CEMS在待测成分存在化学行为干扰的情况下不能正确地测量其绝对浓度。
(×)11.单位光程不透光度大的烟气排放不一定有更高的烟尘排放浓度。
(×)12.光学法烟尘监测仪光源一般调制到1KHz到5KHz，调制的目的是消除背景光的干扰、提高仪器的稳定性及抗干扰能力。
(√)13.电化学氧含量监测仪的传感器在工作时，O2在工作电极上失去电子，然后通过扩散透气膜进入对电极。
(×)14.平均压差皮托管法和S型皮托管法都适合于测定低流速烟气的流速。
(√)15.烟气温度可以在靠近烟道中心的多个点测量。
(√)16.在选择烟尘采样位置时，应优先考虑竖直烟道。
(×)17.在用参比方法校准烟道的颗粒物排放浓度时，当颗粒物浓度在高于50mg/m³，不高于100mg/m³，技术规范要求相对误差不超过±25%。
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差分吸收光谱技术(DOAS:Differential Optical Absorption Spectroscopy)是一种光谱监测技术,其基本原理就是利用空气中的气体分子的窄带吸收特性来鉴别气体成分,并根据窄带吸收强度来推演出微量气体的浓度.凭借其低廉且简单的设备装置和出色的监测能力,DOAS技术在大气监测领域内在国外已经被广泛应用.鉴于国内的污染形势的日益严峻及对此新兴技术知识的匮乏,对于DOAS技术的工作原理、浓度反演方法及其在大气研究领域内的应用与发展前景做了较为详细的介绍,为今后在大气监测领域里研究和应用DOAS技术提供了必要的理论知识.
DOAS技术主要是以大气中的痕量污染气体对紫外和可见光波段的特征吸收光谱为基础，通过特征吸收光谱鉴别大气污染气体的类型和浓度，因此适用于在该波段有特征吸收的气体分子。
D0As是基于痕量气体分子的窄带吸收特征的检测。
吸收的光强度遵守Lambert-Beer吸收定律，同时要考虑散射对测量的影响，如考虑瑞利散射(Rayleigh)、米散射(Mie）的影响。
为了消除Rayleigh散射和Mie散射等的影响，在数学上通常采用滤波技术，将包含在大气吸收光谱中由分子吸收引起的光谱变化分离出来。
这种数学上的处理是基于：由Rayleigh散射和Mie散射等引起的光学厚度的变化随波长缓慢变化，而由分子吸收特性引起的光学厚度的变化随波长快速变化。
为此将散射引起的光谱变化称为“宽带”光谱(低频部分)，将分子吸收引起的光谱变化称为“窄带”光谱(高频部分)。
计算过程中使用高通滤波器将随波长快速变化的“窄带”光谱分离出来，被分离出来的分子吸收光谱用参考光谱进行拟合，来计算出存在于被测大气中的光吸收物质的浓度。
这就是差分吸收光谱法的基本思想。
图所示δ0为随波长缓慢变化的“宽带”光谱部分，δ‘随波长快速变化的“窄带”光谱部
分，即差分吸收截面
总的吸收截面δ减去数字平滑计算得到的δ‘就是差分吸收截面。