张玉钧 刘文清 周 斌 王峰平

     蒋舸扬 来源：《电子技术应用》

     摘要：介绍了利用单片机构成测量烟量so2浓度的在线监测仪的研制情况。该监测仪采用氘灯作光源，旋转光栅式单色仪进行分炮，光电倍增管作探测器，控制系统采用std总线结构双cpu设计，实现了烟道中so2含量的实时监测。

     关键词：仪器仪表

     在线检测 单片机 std总线

     城市空气污染的主要来源是工业排放和机动车尾气排放的二氧化硫（so2）、氮氧化物（主要是no和no2）和总悬浮物（tsp）等。而城市各类工业烟囱和生活烟囱是排放so2的主要污染源。因此，实时监测烟囱so2的排放情况，对于污染物总量控制、消除危害和改善环境有着重要意义。

     本监测仪采用光学方法，即利用so2在300nm附近的特片吸收光谱，采用差分光学吸收浓度反演算法，对测量到的吸收光谱进行浓度计算。

     1 原理与方法

     光谱法测量污染气体浓度是利用光在气体中传播时气体分子对光的吸收特性。在一定条件下，气体分子对光的吸收遵循朗伯-比尔定律。当光通过气体时，有一部分被吸收，吸光度与气体分子浓浓度及气层厚度的乘积成正比。不同气体分子对光的特征吸收是不一样的。so2有三个特征吸收带，第一吸收带为430～400nm光谱区，第二吸收带为240～330nm光谱区，第三吸收带为210～240nm光谱区。这里选用so2在300nm附近的紫外特征吸收光谱，如图1所示。通过测量烟气中so2的特征吸收光谱，利用浓度反演算法，计算出烟气中so2的浓度。

     根据朗伯-比尔定律，物理对光的吸收度与物质的吸收系数和浓度成正比，即：

     a=log i0/i=εcl

     （1）

     a是吸光度，i0是入射光强，i是透射光强，l是吸收池光路长度，c是样品的浓度，ε是摩尔吸光系数，ε与入射光的波长以及吸光物质的性质有关。

     在实际应用中为了方便运算，将式（1）变换成式（2）：

     c=log(i0(λ)/i(λ))/σ(λ)l=d/σ(λ)l

     (2)

     式（2）中，i0（λ）是光源强度，i（λ）是通过长度为l的吸收池后的光强度，c是气体分子的浓度，σ（λ）是气体分子在波长λ处的吸收截面，σ（x）可以在实验室精确测量，d是气体分子的光学密度。所以，气体分子的浓度c可以通过测量i0（λ）/i（λ）的比值计算出。

     实际测量时，由于样品池中存在气体分子，光源强度i0（λ）比较难以确定，故采用差分吸收的方法来解决这一问题，即测量特征吸收谱线峰和谷的值，利用相应的算法，求出so2的浓度。

     同时，利用压差传感器和温度探头测量烟道中静压力、动压力和烟气的温度，根据这些参数通过公式（3）可以计算出烟气的密度、流速和流量，知道流量后再根据so2的浓度计算出污染物的总排放量。

     q=3600·s·v·[(ba+ps)/101325]·[273/(273+t)]·(1-xsw)

     （3）

     其中，q为烟气流量，s为烟道的截面，v为烟气的流速，ba为大气压力，ps为烟气静压力，t为烟气温度，xsw为含湿量。

     烟道so2含量在线监测仪装置工作原理如图2。

     烟气由标准皮撬管采样，通过过滤器却除烟气中灰尘，再经过冷凝器却除烟气中的水汽，然后送入紫外吸收池。氘灯发出的宽带光谱经石英透镜准直后透过吸收池，被气体吸收后照射到光谱仪的入射狭缝上，经光栅分光，在出射狭缝处由光电倍增接收光谱信号，光电倍增管输出的信号经前置放大器放大后送入高速信号采集单元。信号采集和处理单元将该信号数字和软件平均滤波技术，然后由系统总控制单元采用适当的算法对其进行处理，得到so2浓度、烟气温度、燃烧率等信息。系统总控制单元除完成数据处理