煙氣檢測研究及發展現狀

在大氣污染日漸嚴重的嚴峻形勢之下，人們迫切希望能有效監督各種工業過程進行，減少廢氣排放量，因此各種氣體監測設備應運而生，監測對象和應用的場合千差萬別。煙氣分析儀是用來測量氣體成分及含量的儀器，通常用于檢測工業燃料燃燒所產生的污染氣體，比如CO，C02，NO，N02，S02，NH3等。通過煙氣分析儀對燃燒產生的CO含量進行檢測，可以計算出燃燒效率，利于節能生產；對其它氣體的濃度測量，既便于給出排放廢氣標有說服力的依據，也便于定量的治理污染氣體排放。

煙氣分析儀按使用方式進行分類可分為在線式和便攜式兩種。所謂在線式監測就是指在不影響生產的條件下，對煙氣的含量進行連續，實時的檢測，這種檢測通常是儀器按照編好的程序進行。相反，便攜式煙氣分析儀通常用于離線監測，也就是不定時的非連續的測量，需要人工操作，因此正如其名，便攜式分析儀通常體積較小，重量較輕且易于攜帶。按檢測原理來劃分通常有：電化學檢測法，光譜吸收分析法，氣相色譜法，半導體傳感器分析法，化學發光法等。在諸多的分析方法中，有些雖然能的測量出每種氣體的含量，但是由于成本太高，體積太大或實現困難等原因，未得到廣泛應用。

目前主流的煙氣檢測設備所用的原理集中在電化學分析法和光譜吸收法。其中，電化學分析法的優點是：簡單，一個傳感器對應一種氣體，只要測出感應電流或電壓的大小就可以推算出氣體濃度。但正因其簡單性，難以應對較復雜的情況：首先，電化學傳感器都使用電解質，不論是固體還是液體的電解質都會存在損耗問題，電解質的蒸發或污染導致傳感器信號質量下降。通常空氣中都含有被測物質，因此傳感器一旦啟封就被視為參與了檢測，其使用壽命已經開始衰減。一般，其使用壽命只有-N兩年，若使用不當則更短。然而更換傳感器的費用非常昂貴。另外電解質損耗引起的信號衰減會積累越來越大的誤差，不但每次開機都要調零而且度也會下降。而且電化學傳感器還存在一個致命問題，即混合氣體的交叉干擾問題，比如S02和N02的氧化過程正好相反，互相抵消，導致兩種氣體同時存在時，測量結果可能都為0或者都接近0。

綜上所述，對于混合氣體采用電化學法測量存在一定缺陷，基于此出現了多種光譜煙氣分析儀，這類煙氣分析儀是測量廢氣含量的主要儀器，國外方面的研究比較成熟，例如德國的MRU煙氣分析儀，GRIMM顆粒物檢測儀，英國Kane煙氣分析儀，芬蘭Gasmet便攜式FT-IR紅外氣體分析，荷蘭SKALAR連續流動分析儀，法國KIMO煙氣分析儀KIGAZ200等，其中以德國的比較突出，應用范圍較廣；國內使用的煙氣分析儀多數來自國外進口，至于國內的研發，也有不少紅外光譜分析儀，比如山東青島的雷博3040煙氣綜合測量系統，深圳麥德的JY3000+手持式煙氣分析儀，但是無論國內外，都缺少能夠有效測出N02這一氣體的分析儀，其主要原因是由于N02在紅外波段幾乎沒有吸收。

本文針對存在的問題，設計了一種紫外波段氣體分析儀，給出了一個簡潔的結構框架，可以有效解決N02的測量精度問題；同時在氣體分析室方面做了改進，之后在此基礎上的提出了一種精度高實用性好的算法，良好的解決了計算精度問題，并且通用性及擴展性良好。后通過實驗及數據處理驗證了本方案的可行性。

論文的主要內容如下：

(1)介紹紫外煙氣分析儀的工作原理。

(2)詳細給出了紫外煙氣分析儀各個部分的硬件設計。

(3)對其測量原理做了詳細的理論分析，總結了過去的一系列算法，提取其中的優點，研究了一種混合迭代算法。

(4)對實測數據進行了檢驗與分析。

(5)總結全文并提出改進方案。