一种紫外差分吸收法测量污染源的方法及系统

技术领域

本发明涉及污染源的污染物预测计算领域，尤其涉及一种紫外差分吸收法测量污染源的方法及系统。

背景技术

随着国内的GDP的不断增长，国内大部分地区的大气质量在持续恶化，各地在春冬季发生雾霾的天气不断增多，将直接威胁公众健康；环保部出台诸多措施，以期降低大气污染；通过限制排放或者提高脱硫脱硝除尘效率来实现，并且通过便携式监测设备进行人工，对于一些设置较高的排放烟囱，利用便携式监测设备很难进行实时监测，并且将大大提高监测危险性和难度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种紫外差分吸收法测量污染源的方法及系统，可以实现对较高烟囱的污染源排放的气体污染物浓度进行监测及预测，且预测结果准确度较高。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种紫外差分吸收法测量污染源的方法，所述方法包括：

在污染源周边不同的方向和相同距离上设置多个紫外吸收监测系统，所述紫外吸收监测系统包括光源、单色器、吸收器、检测器和信号指示系统；

控制多个所述紫外吸收监测系统内置的吸收器同时进行所述污染源周边的空气吸收采集，获得采集空气；

所述紫外吸收监测系统控制内置的光源工作发光并经过所述单色器射入吸收器中，并穿过所述吸收器内的采集空气；

所述紫外吸收监测系统控制内置检测器接收穿过所述吸收器内的采集空气的透射光，并将所述透射光转变为电信号；

所述紫外吸收监测系统控制内置信号指示系统将所述电信号进行放大处理，并将放大后的电信号传输至服务器；

在所述服务器中基于紫外差分吸收法对所述放大后的电信号进行计算，分别获得多个紫外吸收监测系统内置吸收器的采集空气的污染物浓度；

基于采集空气的污染物浓度预测所述污染源的污染物浓度。

可选的，所述在污染源周边不同的方向和相同距离上设置多个紫外吸收监测系统，包括：

至少在所述污染源周边四个不同方向上和相同距离上设置四个紫外吸收检测系统；

其中，四个不同方向为间隔距离相同的轴对称方向。

可选的，所述控制多个所述紫外吸收监测系统内置的吸收器同时进行所述污染源周边的空气吸收采集，获得采集空气，包括：

所述控制多个所述紫外吸收监测系统内置的吸收器同时启动过滤模式进行所述污染源周边的空气吸收采集；

同时启动所述吸收器内的恒温装置，对吸收采集的空气进行恒温处理，获得采集空气；

所述过滤模式为过滤空气中的颗粒物。

可选的，所述紫外吸收监测系统控制内置的光源工作发光并经过所述单色器射入吸收器中，并穿过所述吸收器内的采集空气，包括：

所述紫外吸收系统基于控制指令控制内置的光源进入工作状态，所述光源进入工作状态后产生入射光；

所述入射光经过所述单色器射入吸收器中，并穿过所述吸收器内的采集空气。

可选的，所述单色器由入射狭缝、准光器、色散元件、聚焦元件和出射狭缝依次组成。

可选的，所述紫外吸收监测系统控制内置检测器接收穿过所述吸收器内的采集空气的透射光，并将所述透射光转变为电信号，包括：

所述紫外吸收监测系统控制内置检测器接收穿过所述吸收器内的采集空气的透射光，并基于所述透射光的光强将所述透射光转变为电信号；

其中，所述检测器由光电池、光电管、光电倍增管、二极管阵列检测电荷转移器件组成。

可选的，所述紫外吸收监测系统控制内置信号指示系统将所述电信号进行放大处理，并将放大后的电信号传输至服务器，包括：

所述紫外吸收监测系统控制内置信号指示系统将所述电信号依次经过滤波和放大处理，并将放大后的电信号基于HTTPS协议利用无线技术传输至服务器。

可选的，所述在所述服务器中基于紫外差分吸收法对所述放大后的电信号进行计算，包括：

将所述放大后的光信号转换为出射光强，并基于入射光强和出射光强利用朗伯比尔定律进行计算。

可选的，所述基于采集空气的污染物浓度预测所述污染源的污染物浓度，包括：

基于当前的风速、风向、紫外吸收监测系统与污染源之间的距离采集空气的污染物浓度预测所述污染源的污染物浓度。

另外，本发明实施例还提供了一种紫外差分吸收法测量污染源的方法，其特征在于，所述方法包括：

设置模块：用于在污染源周边不同的方向和相同距离上设置多个紫外吸收监测系统，所述紫外吸收监测系统包括光源、单色器、吸收器、检测器和信号指示系统；

采集模块：用于控制多个所述紫外吸收监测系统内置的吸收器同时进行所述污染源周边的空气吸收采集，获得采集空气；

入射模块：用于所述紫外吸收监测系统控制内置的光源工作发光并经过所述单色器射入吸收器中，并穿过所述吸收器内的采集空气；

转变模块：用于所述紫外吸收监测系统控制内置检测器接收穿过所述吸收器内的采集空气的透射光，并将所述透射光转变为电信号；

传输模块：用于所述紫外吸收监测系统控制内置信号指示系统将所述电信号进行放大处理，并将放大后的电信号传输至服务器；

计算模块：用于在所述服务器中基于紫外差分吸收法对所述放大后的电信号进行计算，分别获得多个紫外吸收监测系统内置吸收器的采集空气的污染物浓度；

预测模块：用于基于采集空气的污染物浓度预测所述污染源的污染物浓度。

在本发明实施例中，可以固定设置在污染源周边，实现实时的监测，无需人工操作，并且可设置在较高的排放烟囱上进行实时监测，减少对人工操作的依赖性，降低人工操作可能存在的危险性，并且还能保证较高的监测准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中的紫外差分吸收法测量污染源的方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中的紫外差分吸收法测量污染源的系统的结构组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1，图1是本发明实施例中的紫外差分吸收法测量污染源的方法的流程示意图。

如图1所示，一种紫外差分吸收法测量污染源的方法，所述方法包括：

S11：在污染源周边不同的方向和相同距离上设置多个紫外吸收监测系统，所述紫外吸收监测系统包括光源、单色器、吸收器、检测器和信号指示系统；

在本发明具体实施过程中，所述在污染源周边不同的方向和相同距离上设置多个紫外吸收监测系统，包括：至少在所述污染源周边四个不同方向上和相同距离上设置四个紫外吸收检测系统；其中，四个不同方向为间隔距离相同的轴对称方向。

具体的，一般情况下，需要在污染源周边放置多个紫外吸收监测系统，可以是两个、三个、四个或者更多，在本实施例中设置四个，每一个置为吸收系统以污染源之间形成一个圆圈，且相邻的紫外吸收监测系统到圆心的夹角垂直；即四个不同方向为间隔距离相同的轴对称方向；并且在设置的距离上，不能距离污染源太远，设置距离越近，测量的结果越准确，污染源在于外界空气接触后，会根据温度、风速等因素快速扩张。

并且该紫外吸收监测系统包括光源、单色器、吸收器、检测器和信号指示系统，并且紫外吸收监测系统是由光源、单色器、吸收器、检测器和信号指示系统从左到右依次设置而成的。

S12：控制多个所述紫外吸收监测系统内置的吸收器同时进行所述污染源周边的空气吸收采集，获得采集空气；

在本发明具体实施过程中，所述控制多个所述紫外吸收监测系统内置的吸收器同时进行所述污染源周边的空气吸收采集，获得采集空气，包括：所述控制多个所述紫外吸收监测系统内置的吸收器同时启动过滤模式进行所述污染源周边的空气吸收采集；同时启动所述吸收器内的恒温装置，对吸收采集的空气进行恒温处理，获得采集空气；所述过滤模式为过滤空气中的颗粒物。

进一步的，后台向该紫外吸收监测系统发送指令，控制该多个紫外吸收监测系统内置的吸收器同时启动过滤模式进行污染源周边的空气吸收采集；该过滤模式主要是过滤颗粒物，减低颗粒物对后续的透光性的影响；同时启动该吸收器内的恒温器，利用该恒温器来保证吸收器内的恒温，对吸收采集的空气进行恒温处理，从而得到采集空气，在恒定的温度下，可以很好的保证后续检测的准确度。

并且吸收器一般由玻璃和石英两种材料做成，玻璃一般用于可见光区，石英一般用于可见光区及紫外光区，在本申请中使用石英材料作为吸收器的制作材料，并且该吸收器的光学面必须严格垂直于光束方向，并且吸收器的长度一般为1cm。

S13：所述紫外吸收监测系统控制内置的光源工作发光并经过所述单色器射入吸收器中，并穿过所述吸收器内的采集空气；

在本发明具体实施过程中，所述紫外吸收监测系统控制内置的光源工作发光并经过所述单色器射入吸收器中，并穿过所述吸收器内的采集空气，包括：所述紫外吸收系统基于控制指令控制内置的光源进入工作状态，所述光源进入工作状态后产生入射光；所述入射光经过所述单色器射入吸收器中，并穿过所述吸收器内的采集空气。

进一步的，所述单色器由入射狭缝、准光器、色散元件、聚焦元出射狭缝依次组成。

具体的，该紫外吸收系统根据对应的控制指令控制内置的光源进入工作状态，即发光状态，产生入射光，将该入射光经过单色器射入吸收器内，穿过吸收器内的采集空气。

该单色器由入射狭缝、准光器、色散元件、聚焦元出射狭缝依次组成；并且单色器能从光源的复合光中分出单色光的光学装置，主要用于产生光谱纯度搞，色散率高且波长在紫外可见光区域任意可调；单色器的性能直接影响入射光的单色性，从而也影响到测定的灵敏度，选择性及校准曲线的线性关系等；单色器的核心部分为色散元件，起分光作用，其他光学元件中狭缝在决定单色器性能上起着重要作用，狭缝宽度过大时，谱带宽度太大，入射光单色性差，狭缝宽度过小时，又会减弱光强。

S14：所述紫外吸收监测系统控制内置检测器接收穿过所述吸收器内的采集空气的透射光，并将所述透射光转变为电信号；

在本发明具体实施过程中，所述紫外吸收监测系统控制内置检测器接收穿过所述吸收器内的采集空气的透射光，并将所述透射光转变为电信号，包括：所述紫外吸收监测系统控制内置检测器接收穿过所述吸收器内的采集空气的透射光，并基于所述透射光的光强将所述透射光转变为电信号；其中，所述检测器由光电池、光电管、光电倍增管、二极管阵列检测电荷转移器件组成。

具体的，该紫外吸收监测系统控制内置检测器接收穿过吸收器内的采集空气的透射光，并根据透射光的光强将透射光转变为电信号；该检测器由光电池、光电管、光电倍增管、二极管阵列检测电荷转移器件组成。

该光电池一般为硒光电池，其敏感区域在300-800nm，以500-600nm最为敏感，其特点是产生不必经过放大就可以直接推动微安表或检流计的光电流；光电倍增管为一种加上多级倍增点击的光电管；二极管阵列检测电荷转移器件为将光敏二极管以线列或面列形式集合在一起，用来同时探测被测物体各部位提供的不同光信息，并将这些得光信息转换为电信号的元件。

S15：所述紫外吸收监测系统控制内置信号指示系统将所述电信号进行放大处理，并将放大后的电信号传输至服务器；

在本发明具体实施过程在，所述紫外吸收监测系统控制内置信号指示系统将所述电信号进行放大处理，并将放大后的电信号传输至服务器，包括：所述紫外吸收监测系统控制内置信号指示系统将所述电信号依次经过滤波和放大处理，并将放大后的电信号基于HTTPS协议利用无线技术传输至服务器。

具体的，该紫外吸收监测系统控制内置信号指示系统将电信号依次经过滤波和放大处理之后，通过将放大后的电信号根据HTTPS协议利用无线技术传输至服务器。

该信号指示系统用于将电信号进行滤波并放大，并以适当的方式指示或者记录。

S16：在所述服务器中基于紫外差分吸收法对所述放大后的电信号进行计算，分别获得多个紫外吸收监测系统内置吸收器的采集空气的污染物浓度；

在本发明具体实施过程中，所述在所述服务器中基于紫外差分吸收法对所述放大后的电信号进行计算，包括：将所述放大后的光信号转换为出射光强，并基于入射光强和出射光强利用朗伯比尔定律进行计算。

具体的，紫外差分吸收法的原理是不同的分子对光辐射的不同吸收，也就是说不同的分子有着自己不同的吸收“指纹”。让一束光穿过大气或被测气体的样品池，光线会被其中的分子选择性地吸收，使得其在强度上和结构上都会有所变化，与原先的光谱进行比较就可得出吸收光谱，通过分析吸收光谱不但可以定性地确定某些成分的存在，而且还可以定量地分析这些物质的含量。光源发出强度为I

λ：表示波长；σi(λ)：所测第i种气体的分子窄带吸收截面；

S17：基于采集空气的污染物浓度预测所述污染源的污染物浓度。

在本发明具体实施过程中，所述基于采集空气的污染物浓度预测所述污染源的污染物浓度，包括：基于当前的风速、风向、紫外吸收监测系统与污染源之间的距离和采集空气的污染物浓度预测所述污染源的污染物浓度。

具体的，污染源的污染物在大气中的扩散与风速、风向、温度和距离等有这密切的关系，在此，需要采集当前的风速、风向和温度，并利用紫外吸收监测系统与污染源之间的距离根据采集空气的污染物浓度预测该污染源的污染物浓度。根据当前的风速、风向、温度和紫外吸收监测系统与污染源之间的距离调用预设的预测系数，来对预测该污染源的污染物浓度。

在本发明实施例中，可以固定设置在污染源周边，实现实时的监测，无需人工操作，并且可设置在较高的排放烟囱上进行实时监测，减少对人工操作的依赖性，降低人工操作可能存在的危险性，并且还能保证较高的监测准确率。

实施例

请参阅图2，图2是本发明实施例中的紫外差分吸收法测量污染源的系统的结构组成示意图。

如图2所示，一种紫外差分吸收法测量污染源的方法，其特征在于，所述方法包括：

设置模块21：用于在污染源周边不同的方向和相同距离上设置多个紫外吸收监测系统，所述紫外吸收监测系统包括光源、单色器、吸收器、检测器和信号指示系统；

在本发明具体实施过程中，所述在污染源周边不同的方向和相同距离上设置多个紫外吸收监测系统，包括：至少在所述污染源周边四个不同方向上和相同距离上设置四个紫外吸收检测系统；其中，四个不同方向为间隔距离相同的轴对称方向。

具体的，一般情况下，需要在污染源周边放置多个紫外吸收监测系统，可以是两个、三个、四个或者更多，在本实施例中设置四个，每一个置为吸收系统以污染源之间形成一个圆圈，且相邻的紫外吸收监测系统到圆心的夹角垂直；即四个不同方向为间隔距离相同的轴对称方向；并且在设置的距离上，不能距离污染源太远，设置距离越近，测量的结果越准确，污染源在于外界空气接触后，会根据温度、风速等因素快速扩张。

并且该紫外吸收监测系统包括光源、单色器、吸收器、检测器和信号指示系统，并且紫外吸收监测系统是由光源、单色器、吸收器、检测器和信号指示系统从左到右依次设置而成的。

采集模块22：用于控制多个所述紫外吸收监测系统内置的吸收器同时进行所述污染源周边的空气吸收采集，获得采集空气；

在本发明具体实施过程中，所述控制多个所述紫外吸收监测系统内置的吸收器同时进行所述污染源周边的空气吸收采集，获得采集空气，包括：所述控制多个所述紫外吸收监测系统内置的吸收器同时启动过滤模式进行所述污染源周边的空气吸收采集；同时启动所述吸收器内的恒温装置，对吸收采集的空气进行恒温处理，获得采集空气；所述过滤模式为过滤空气中的颗粒物。

进一步的，后台向该紫外吸收监测系统发送指令，控制该多个紫外吸收监测系统内置的吸收器同时启动过滤模式进行污染源周边的空气吸收采集；该过滤模式主要是过滤颗粒物，减低颗粒物对后续的透光性的影响；同时启动该吸收器内的恒温器，利用该恒温器来保证吸收器内的恒温，对吸收采集的空气进行恒温处理，从而得到采集空气，在恒定的温度下，可以很好的保证后续检测的准确度。

并且吸收器一般由玻璃和石英两种材料做成，玻璃一般用于可见光区，石英一般用于可见光区及紫外光区，在本申请中使用石英材料作为吸收器的制作材料，并且该吸收器的光学面必须严格垂直于光束方向，并且吸收器的长度一般为1cm。

入射模块23：用于所述紫外吸收监测系统控制内置的光源工作发光并经过所述单色器射入吸收器中，并穿过所述吸收器内的采集空气；

在本发明具体实施过程中，所述紫外吸收监测系统控制内置的光源工作发光并经过所述单色器射入吸收器中，并穿过所述吸收器内的采集空气，包括：所述紫外吸收系统基于控制指令控制内置的光源进入工作状态，所述光源进入工作状态后产生入射光；所述入射光经过所述单色器射入吸收器中，并穿过所述吸收器内的采集空气。

进一步的，所述单色器由入射狭缝、准光器、色散元件、聚焦元出射狭缝依次组成。

具体的，该紫外吸收系统根据对应的控制指令控制内置的光源进入工作状态，即发光状态，产生入射光，将该入射光经过单色器射入吸收器内，穿过吸收器内的采集空气。

该单色器由入射狭缝、准光器、色散元件、聚焦元出射狭缝依次组成；并且单色器能从光源的复合光中分出单色光的光学装置，主要用于产生光谱纯度搞，色散率高且波长在紫外可见光区域任意可调；单色器的性能直接影响入射光的单色性，从而也影响到测定的灵敏度，选择性及校准曲线的线性关系等；单色器的核心部分为色散元件，起分光作用，其他光学元件中狭缝在决定单色器性能上起着重要作用，狭缝宽度过大时，谱带宽度太大，入射光单色性差，狭缝宽度过小时，又会减弱光强。

转变模块24：用于所述紫外吸收监测系统控制内置检测器接收穿过所述吸收器内的采集空气的透射光，并将所述透射光转变为电信号；

在本发明具体实施过程中，所述紫外吸收监测系统控制内置检测器接收穿过所述吸收器内的采集空气的透射光，并将所述透射光转变为电信号，包括：所述紫外吸收监测系统控制内置检测器接收穿过所述吸收器内的采集空气的透射光，并基于所述透射光的光强将所述透射光转变为电信号；其中，所述检测器由光电池、光电管、光电倍增管、二极管阵列检测电荷转移器件组成。

具体的，该紫外吸收监测系统控制内置检测器接收穿过吸收器内的采集空气的透射光，并根据透射光的光强将透射光转变为电信号；该检测器由光电池、光电管、光电倍增管、二极管阵列检测电荷转移器件组成。

该光电池一般为硒光电池，其敏感区域在300-800nm，以500-600nm最为敏感，其特点是产生不必经过放大就可以直接推动微安表或检流计的光电流；光电倍增管为一种加上多级倍增点击的光电管；二极管阵列检测电荷转移器件为将光敏二极管以线列或面列形式集合在一起，用来同时探测被测物体各部位提供的不同光信息，并将这些得光信息转换为电信号的元件。

传输模块25：用于所述紫外吸收监测系统控制内置信号指示系统将所述电信号进行放大处理，并将放大后的电信号传输至服务器；

在本发明具体实施过程在，所述紫外吸收监测系统控制内置信号指示系统将所述电信号进行放大处理，并将放大后的电信号传输至服务器，包括：所述紫外吸收监测系统控制内置信号指示系统将所述电信号依次经过滤波和放大处理，并将放大后的电信号基于HTTPS协议利用无线技术传输至服务器。

具体的，该紫外吸收监测系统控制内置信号指示系统将电信号依次经过滤波和放大处理之后，通过将放大后的电信号根据HTTPS协议利用无线技术传输至服务器。

该信号指示系统用于将电信号进行滤波并放大，并以适当的方式指示或者记录。

计算模块26：用于在所述服务器中基于紫外差分吸收法对所述放大后的电信号进行计算，分别获得多个紫外吸收监测系统内置吸收器的采集空气的污染物浓度；

在本发明具体实施过程中，所述在所述服务器中基于紫外差分吸收法对所述放大后的电信号进行计算，包括：将所述放大后的光信号转换为出射光强，并基于入射光强和出射光强利用朗伯比尔定律进行计算。

具体的，紫外差分吸收法的原理是不同的分子对光辐射的不同吸收，也就是说不同的分子有着自己不同的吸收“指纹”。让一束光穿过大气或被测气体的样品池，光线会被其中的分子选择性地吸收，使得其在强度上和结构上都会有所变化，与原先的光谱进行比较就可得出吸收光谱，通过分析吸收光谱不但可以定性地确定某些成分的存在，而且还可以定量地分析这些物质的含量。光源发出强度为I

λ：表示波长；σi(λ)：所测第i种气体的分子窄带吸收截面；

预测模块27：用于基于采集空气的污染物浓度预测所述污染源的污染物浓度。

在本发明具体实施过程中，所述基于采集空气的污染物浓度预测所述污染源的污染物浓度，包括：基于当前的风速、风向、紫外吸收监测系统与污染源之间的距离和采集空气的污染物浓度预测所述污染源的污染物浓度。

具体的，污染源的污染物在大气中的扩散与风速、风向、温度和距离等有这密切的关系，在此，需要采集当前的风速、风向和温度，并利用紫外吸收监测系统与污染源之间的距离根据采集空气的污染物浓度预测该污染源的污染物浓度。根据当前的风速、风向、温度和紫外吸收监测系统与污染源之间的距离调用预设的预测系数，来对预测该污染源的污染物浓度。

在本发明实施例中，可以固定设置在污染源周边，实现实时的监测，无需人工操作，并且可设置在较高的排放烟囱上进行实时监测，减少对人工操作的依赖性，降低人工操作可能存在的危险性，并且还能保证较高的监测准确率。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

另外，以上对本发明实施例所提供的一种紫外差分吸收法测量污染源的方法及系统进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。