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专利名称：一种基于高温转化和光谱技术的硫化氢检测装置及方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210884312.8

专利申请（专利权）人：燕山大学
权利人地址：河北省秦皇岛市海港区河北大街438号

专利发明（设计）人：张云刚,李鑫辉,高杰,张新宇,史广文

专利摘要：本发明提供一种基于高温转化与紫外差分吸收光谱技术结合的硫化氢气体浓度检测装置，其包括氘灯、第一石英凸透镜、20cm石英样品池、光屏障、第二石英凸透镜、光纤、光谱仪、计算机、加热系统、水冷装置、石英螺旋管、紫外激发光灯、30cm石英样品池、氧气储气罐、硫化氢储气罐、电磁阀以及流量计等装置。氘灯发出的光依次经同轴的第一石英凸透镜、20cm石英样品池及第二石英凸透镜后汇聚到光纤上，光纤与光谱仪相连，光谱仪的输出端连接计算机。紫外激发光灯用于激发30cm石英样品池中的气体分子，被激发的气体分子进入加热系统发生化学反应。本发明可以独立完成各种气体流速下的硫化氢实时浓度测量，测量速度快且准确度高。

主权利要求：
1.一种基于高温转化和光谱技术的硫化氢浓度检测装置，其特征在于：包括光路部分、气路部分、气体转化部分和计算机；
所述气路部分包括：氧气储气罐(14)、硫化氢储气罐(15)，氧气储气罐(14)连接的气路管道上设置有电磁阀一(19)、流量计一(16)，硫化氢储气罐(15)连接的气路管道上设置有电磁阀二(21)、流量计二(17)，连接两储气罐的两路气路管道连接在气体三通管(20)上，两路合并为一路；
所述气体转化部分包括：紫外激发光灯(12)，在紫外激发光灯(12)能直接照射到位置设置有30cm石英样品池(13)，30cm石英样品池(13)入气口连接有气路部分的气体三通管(20)合并出的一路气路，30cm石英样品池(13)出气口通过气路管道连接在放置在加热炉(9)内的石英螺旋管(10)上，加热炉(9)外部设置有加热炉温度控制器(8)，石英螺旋管(10)上连接有水冷装置(11)；
所述光路部分包括：氘灯(1)，氘灯(1)正照射面上设置有两个相对的第一石英凸透镜(2)和第二石英凸透镜(5)，两个凸透镜中间设置有20cm石英样品池(3)，20cm石英样品池(3)进气口与气体转化部分的水冷装置(11)上引出的气路管道相连，20cm石英样品池(3)尾端设置有光屏障(4)，第二石英凸透镜(5)的光汇聚点设置有光纤(6)接收端，光纤(6)尾端连接有光谱仪(7)，光谱仪(7)通过信号线连接计算机(18)；所述20cm石英样品池(3)和30cm石英样品池(13)均为圆柱形，所述紫外激发光灯(12)发出的光为185?254nm波段的紫外光；
所述加热炉(9)的有效加热长度为50cm，内部放置有K型铠装热电偶与温度控制器构成闭环负反馈系统，所述石英螺旋管(10)长度为60cm。
2.一种使用权利要求1所述的基于高温转化和光谱技术的硫化氢浓度检测装置的硫化氢浓度检测方法，其特征在于：所述硫化氢浓度检测方法包括如下步骤：步骤1：打开氘灯(1)和紫外激发光灯(12)，随后打开氧气储气罐(14)和硫化氢储气罐(15)的电磁阀一(19)和电磁阀二(21)，氧气和硫化氢分别通过流量计一(16)和流量计二(17)控制气体流速并借助气体管道进入30cm石英样品池(13)，持续通入混合气体一段时间以排净其他干扰气体，紫外激发光灯(12)对30cm石英样品池(13)中的硫化氢和氧气混合气体不断照射，使硫化氢分子从基态向激发态转变并使一部分氧气分子转化为氧化性更强的臭氧分子；
步骤2：30cm石英样品池(13)的出气口与放置在加热炉(9)内的石英螺旋管(10)进气口相连，硫化氢气体在石英螺旋管(10)内被加热并发生氧化反应生成二氧化硫，随后通过气体管道导入水冷装置(11)进行快速降温，水冷装置的出气口与20cm石英样品池(3)进气口相连；
步骤3：氘灯(1)发出的光经过第一石英凸透镜(2)后变成一束平行光，平行光穿透20cm石英样品池(3)后再经过第二石英凸透镜(5)汇聚至光纤(6)的接收端上，光纤(6)将接收到的光信号传输给光谱仪(7)，光谱仪(7)会把光信号处理成为特征吸收光谱数据信号并将数据信号传输给计算机(18)，20cm石英样品池的出气口用于排出废气；
步骤4：计算机(18)对含有噪声的二氧化硫气体的原始特征吸收光谱数据信号进行小波去噪；
步骤5：利用基于紫外差分吸收光谱技术的多波长最小二乘拟合法对去噪后的特征光谱进行处理，计算得到转化生成的二氧化硫气体的浓度；
步骤6:通过转化生成的二氧化硫气体的浓度反演出初始硫化氢气体的浓度。
3.根据权利要求2所述的一种硫化氢浓度检验方法，其特征在于：所述步骤4具体包括：
采用小波变换的方法对二氧化硫气体的原始特征吸收光谱信号进行去噪处理，设被噪声污染的吸收光谱信号为：Xi＝f(ti)+ei,i＝1,2,3......,n(1)其中，f(ti)为纯净的吸收光谱信号，ei是随机噪声信号，利用正交小波变换对含有噪声的光谱信号的初始信号序列si进行多级分解，得到低频信号si和高频信号di，小波变换采用的小波基为db小波，分别层数为3层；
在各分阶层利用式(2)对高频信号di进行噪声方差估计，全局统一阈值为 σ为白噪声的均方差，N为光谱信号Xi的尺寸，并采用软阈值按照式(3)对di进行处理，σ＝MID(d1)/0.6745(2)对处理后的低频信号和高频信号进行重构，得到滤除噪声的吸收光谱信号。
4.根据权利要求2所述的一种硫化氢浓度检验方法，其特征在于：所述步骤5具体包括：
选取210?220nm波段范围作为测量二氧化硫浓度的特征波长，对这一波段范围内的二氧化硫吸收光谱信号进行多项式拟合，得到吸收光谱的慢变吸收光谱S(λ)，进一步对慢变吸收光谱与二氧化硫的吸收光谱之比取自然对数，得到差分吸收光谱P(λ)；
选择已知浓度二氧化硫的吸收光谱作为标准光谱,Pm(λ)被定义为待测差分吸收光谱，PS(λ)定义为标准差分吸收光谱，根据式(4)，(6)建立Pm(λ)和PS(λ)之间的关系：2
F(k)＝∑[Pm(λ)?kPs(λ)](4)其中F(k)是待测气体的吸收光谱与标准吸收光谱之差的平方；系数k是光学参数，它与标准光谱所对应的气体浓度相乘，得到待测二氧化硫的浓度：
5.根据权利要求2所述一种的硫化氢浓度检验方法，其特征在于：所述步骤6具体包括：
硫化氢发生的反应具体为：2H2S+3O2→2SO2+2H2O以及H2S+O3→SO2+H2O，根据硫元素守恒原理，最终测得二氧化硫的气体浓度即为初始硫化氢的气体浓度。 说明书 : 一种基于高温转化和光谱技术的硫化氢检测装置及方法技术领域[0001] 本发明涉及气体浓度的检测技术领域，尤其是一种基于高温转化和紫外差分吸收光谱技术结合的硫化氢气体浓度检测装置及检测方法。背景技术[0002] 硫化氢是一种毒性极强且带有恶臭的大气污染气体，主要来自于化工工业，如天然气的开采与加工。目前，世界上40％以上的天然气开采点的环境中含有大量硫化氢，它的存在严重威害着工人的身体健康。硫化氢的：τ肷窬低澈透卧，肾脏等器官衰竭有关。一项关于人类健康的研究表明，浓度高于700ppm的硫化氢很快就会致使人体死亡。此外，燃烧含有硫化氢的天然气会造成酸性气体大量排放，例如二氧化硫和三氧化硫。这些气体在大气中可以转化为硫酸，对自然环境造成破坏。[0003] 在当前能源消耗巨大的时代环境下，电力能源作为一种清洁能源被广泛应用于各个行业。众多电气设备中，SF6电气设备凭借其性能优越性被大量应用在多种电力系统中，尤其是我国126kV及以上电压等级的电网主要采用的就是SF6电气设备。但是，SF6电气设备运行过程中，设备内部会较为频繁的出现放电现象，放电会使SF6发生分解产生硫化氢等腐蚀性气体成分，损坏电气设备，造成安全隐患。[0004] 目前的硫化氢检测方法主要有化学法(包括气相色谱法、碘量法等)、气体浓度传感器测量法和光谱法(包括紫外吸收光谱法、激光光谱法等)。其中，紫外差分吸收光谱技术(DifferentialOpticalAbsorptionSpectroscopy,DOAS)凭借其稳定性高、检测精确、仪器成本低廉且可在线实时检测等优点已被广泛应用于硫化氢气体的检测中。然而，由于硫化氢主要对200nm以下的紫外光具有吸收作用，在利用光谱法对其进行测量时，受到空气中氧气等成分的干扰大，不利于浓度的测量。而使用传统的硫化氢气体浓度传感器进行浓度测量时，对环境稳定性有一定要求，当气体流速过快时，传感器会出现失灵现象，无法进行高流速下硫化氢浓度的测量。发明内容[0005] 本发明需要解决的技术问题是提供一种基于高温转化和紫外差分吸收光谱技术结合的硫化氢气体浓度检测装置及检测方法，实现可在非真空，高流速环境下等不利环境下，方便、快捷、准确的对硫化氢浓度进行测量。[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：[0007] 一种基于高温转化和光谱技术的硫化氢浓度检测装置，包括光路部分、气路部分、气体转化部分和计算机；[0008] 所述气路部分包括：氧气储气罐、硫化氢储气罐，氧气储气罐连接的气路管道上设置有电磁阀一、流量计一，硫化氢储气罐连接的气路管道上设置有电磁阀二、流量计二，连接两储气罐的两路气路管道连接在气体三通管上，两路合并为一路；[0009] 所述气体转化部分包括：紫外激发光灯，在紫外激发光灯能直接照射到位置设置有30cm石英样品池，,30cm石英样品池入气口连接有气路部分的气体三通管合并出的一路气路，30cm石英样品池出气口通过气路管道连接在放置在加热炉内的石英螺旋管上，加热炉外部设置有加热炉温度控制器，石英螺旋管上连接有水冷装置；[0010] 所述光路部分包括：氘灯，氘灯正照射面上设置有两个相对的第一石英凸透镜和第二石英凸透镜，两个凸透镜中间设置有20cm石英样品池，20cm石英样品池进气口与气体转化部分的水冷装置上引出的气路管道相连，20cm石英样品池尾端设置有光屏障，第二石英凸透镜的光汇聚点设置有光纤接收端，光纤尾端连接有光谱仪，光谱仪通过信号线连接计算机。[0011] 本发明技术方案的进一步改进在于：所述20cm石英样品池和30cm石英样品池均为圆柱形，所述紫外激发光灯发出的光为185?254nm波段的紫外光。[0012] 本发明技术方案的进一步改进在于：所述加热炉的有效加热长度为50cm，内部放置有K型铠装热电偶与温度控制器构成闭环负反馈系统，所述石英螺旋管长度为60cm。[0013] 一种硫化氢浓度检测方法，包括如下步骤：[0014] 步骤1：打开氘灯和紫外激发光灯，随后打开氧气储气罐和硫化氢储气罐的电磁阀一和电磁阀二，氧气和硫化氢分别通过流量计一和流量计二控制气体流速并借助气体管道进入30cm石英样品池，持续通入混合气体一段时间以排净其他干扰气体，紫外激发光灯对30cm石英样品池中的硫化氢和氧气混合气体不断照射，使硫化氢分子从基态向激发态转变并使一部分氧气分子转化为氧化性更强的臭氧分子；[0015] 步骤2：30cm石英样品池的出气口与放置在加热炉内的石英螺旋管进气口相连，硫化氢气体在石英螺旋管内被加热并发生氧化反应生成二氧化硫，随后通过气体管道导入水冷装置进行快速降温，水冷装置的出气口与20cm石英样品池进气口相连；[0016] 步骤3：氘灯发出的光经过第一石英凸透镜后变成一束平行光，平行光穿透20cm石英样品池后再经过第二石英凸透镜汇聚至光纤的接收端上，光纤将接收到的光信号传输给光谱仪，光谱仪会把光信号处理成为特征吸收光谱数据信号并将数据信号传输给计算机，20cm石英样品池的出气口用于排出废气；[0017] 步骤4：计算机对含有噪声的二氧化硫气体的原始特征吸收光谱数据信号进行小波去噪；[0018] 步骤5：利用基于紫外差分吸收光谱技术的多波长最小二乘拟合法对去噪后的特征光谱进行处理，计算得到转化生成的二氧化硫气体的浓度；[0019] 步骤6:通过转化生成的二氧化硫气体的浓度反演出初始硫化氢气体的浓度。[0020] 本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤4具体包括：[0021] 采用小波变换的方法对二氧化硫气体的原始特征吸收光谱信号进行去噪处理，设被噪声污染的吸收光谱信号为：[0022] Xi＝f(ti)+ei,i＝1,2,3.....,n(1)[0023] 其中，f(ti)为纯净的吸收光谱信号，ei是随机噪声信号，利用正交小波变换对含有噪声的光谱信号的初始信号序列si进行多级分解，得到低频信号si和高频信号di，小波变换采用的小波基为db小波，分别层数为3层；[0024] 在各分阶层利用式(2)对高频信号di进行噪声方差估计，全局统一阈值为σ为白噪声的均方差，N为光谱信号Xi的尺寸，并采用软阈值按照式(3)对di进行处理，[0025] σ＝MID(d1)/0.6745(2)[0026][0027] 对处理后的低频信号和高频信号进行重构，得到滤除噪声的吸收光谱信号。[0028] 本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤5具体包括：[0029] 选取210?220nm波段范围作为测量二氧化硫浓度的特征波长，对这一波段范围内的二氧化硫吸收光谱信号进行多项式拟合，得到吸收光谱的慢变吸收光谱S(λ)，进一步对慢变吸收光谱与二氧化硫的吸收光谱之比取自然对数，得到差分吸收光谱P(λ)；[0030] 选择已知浓度二氧化硫的吸收光谱作为标准光谱,Pm(λ)被定义为待测差分吸收光谱，PS(λ)定义为标准差分吸收光谱。根据式(4)，(6)建立Pm(λ)和PS(λ)之间的关系：[0031] F(k)＝∑[Pm(λ)?kPs(λ)]2(4)[0032][0033] k＝[∑Pm(λ)Ps(λ)]/ΣPs2(λ)(6)[0034] 其中F(k)是待测气体的吸收光谱与标准吸收光谱之差的平方；系数k是光学参数，它与标准光谱所对应的气体浓度相乘，得到待测二氧化硫的浓度：[0035][0036] 本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤6具体包括：[0037] 硫化氢发生的反应具体为：2H2S+3O2→2SO2+2H2O以及H2S+O3→SO2+H2O，根据硫元素守恒原理，最终测得二氧化硫的气体浓度即为初始硫化氢的气体浓度。[0038] 由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：[0039] 使用激发灯照射和高温氧化相配合的方法将要检测的硫化氢全部转化为二氧化硫，检测二氧化硫浓度即可反推出硫化氢浓度，以此消除了空气中氧气对硫化氢检测的影响，使在非真空环境下依然可准确检测出硫化氢浓度。利用光谱技术进行浓度检测，吸收光谱不受气体流速影响，可在任意流速下准确检测出硫化氢浓度。附图说明[0040] 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，显而易见地，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他的附图；[0041] 图1为本发明检测装置的示意图；[0042] 图2为含有随机噪声的二氧化硫的吸收光谱图；[0043] 图3为采用小波去噪后的二氧化硫的吸收光谱图；[0044] 图4为硫化氢转化为二氧化硫过程中不同时刻的差分吸收光谱图；[0045] 图5为生成的二氧化硫随时间变化的浓度曲线图；[0046] 图6为不同气体流速下硫化氢转化为二氧化硫的差分吸收光谱图；[0047] 图7为不同气体流速下生成二氧化硫的浓度；[0048] 其中，1、氘灯，2、第—石英凸透镜，3、20cm石英样品池，4、光屏障，5、第二石英凸透镜，6、光纤，7、光谱仪，8、加热炉温度控制器，9、加热炉，10、石英螺旋管，11、水冷装置，12、紫外激发光灯，13、30cm石英样品池，14、硫化氢储气罐，15、氧气储气罐，16、流量计一，17、流量计二，18、计算机，19、电磁阀一，20、气体三通管，21、电磁阀二。具体实施方式[0049] 下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：[0050] 如图1所示，为一种基于高温转化和光谱技术的硫化氢浓度检测装置，包括光路部分、气路部分、气体转化部分和计算机18；[0051] 气路部分包括用来储存氧气的氧气储气罐14和储存硫化氢的硫化氢储气罐15，氧气储气罐14气路管道上设置有用来控制氧气流动速度的电磁阀一19和流量计一16，硫化氢储气罐15气路管道上设置有用来控制硫化氢流动速度的电磁阀二21和流量计17，两个储气罐上的连接气路通过连接气体三通管20合并为一路连接到气体转换部分。[0052] 气体转化部分包括紫外激发光灯12，紫外激发光灯12对圆形的30cm石英样品池13进行照射，30cm石英样品池13入气口和两个储气罐合并的一路气路管道相连，硫化氢和氧气进入到30cm石英样品池13中，紫外激发光灯12射出185?254nm波段的紫外光，高效的将30cm石英样品池13中的氧气转化为氧化性更强的臭氧，硫化氢气体由基态转化为激发态。30cm石英样品池13出口处气路管道连接至加热炉9，加热炉9外部连接设置有加热炉温度控制器8，加热炉9内放置有K型铠装热电偶与温度控制器构成闭环负反馈系统，精准且稳定的控制炉内温度。加热炉9内连接有60cm的石英螺旋管10，反应路径足够长，石英螺旋管10上连接有水冷装置11。30cm石英样品池13中的氧化氢气体，进入到石英螺旋管10中被加热进行氧化反应全部转换为二氧化硫。随后二氧化硫通过气体管道导入水冷装置11进行快速降温，冷却后进入光路部分。[0053] 光路部分包括氘灯1，氘灯1正照射面上设置有两个相对的第一石英凸透镜2和第二石英凸透镜5，两个凸透镜中间设置有圆柱形20cm石英样品池3，冷却装置11上的气路管道连接到20cm石英样品池3的进气口，冷却后的二氧化硫依靠气路管道进入到20cm石英样品池3中。氘灯1发出的光经过第一石英凸透镜2后变成一束平行光，平行光穿透20cm石英样品池3对里面的二氧化硫照射后再经过第二石英凸透镜5汇聚至光纤6的接收端上。光纤6将接收到的光信号传输给光谱仪7，光谱仪7会把光信号处理成为特征吸收光谱数据信号并将数据信号传输给计算机18，计算机18对特征吸收光谱数据进行滤波和浓度计算处理，样品池的尾部设置有光屏障4，用于遮挡样品池以外传播过来的紫外光。本实例中，计算机18是对210?200nm波段的特征吸收光谱进行处理。[0054] 本发明利用上述装置进行检测，其具体检测过程如下所述：[0055] 步骤1：打开氘灯和激发光灯，随后打开硫化氢储气罐和氧气储气罐的电磁阀，通过流量计调整好气体流速使气体快通入30cm石英样品池、石英螺旋管、20cm石英样品池，持续通入混合气体一段时间以排净其他干扰气体。此时可以观察到，计算机采集到的特征吸收光谱信号在195nm附近具有差分吸收结构，这是硫化氢与氧气的交叉特征吸收光谱。[0056] 步骤2：调整流量计以控制气体流速为检测所需流速，设定加热炉内的温度足够高，以保证硫化氢可以快速且充分的完全转化为二氧化硫，此时计算机采集到的特征吸收光谱信号在190?230nm和270?310nm两个波段的差分吸收结构逐渐明显，此波段为二氧化硫的特征吸收光谱。等待6.5min后，动态流动气体的反应逐渐稳定，保存此时的特征吸收光谱用于数据处理。[0057] 步骤3：保存的原始特征吸收光谱数据为含有噪声的二氧化硫气体的特征吸收光谱数据，如图2所示，原始数据的特征吸收信号中由于受到各种换金因素影响存在很多毛刺。对其进行小波去噪处理，小波去噪后的特征吸收光谱如图3所示，经去噪后的信号明显，毛刺基本消除；[0058] 步骤4：利用基于紫外差分吸收光谱技术的多波长最小二乘拟合法对去噪后的特征吸收光谱进行处理，计算得到转化生成的二氧化硫气体的浓度；[0059] 步骤5:通过转化生成的二氧化硫气体的浓度反演出初始硫化氢气体的浓度。[0060] 小波去噪过程具体包括以下步骤：[0061] 步骤31：采用小波变换的方法对二氧化硫气体的原始特征吸收光谱信号进行去噪处理，设被噪声污染的吸收光谱信号为：[0062] Xi＝f(ti)+ei,i＝1,2,3......,n(1)[0063] 其中，f(ti)为纯净的吸收光谱信号，ei是随机噪声信号，利用正交小波变换对含有噪声的光谱信号的初始信号序列si进行多级分解，得到低频信号si和高频信号di，小波变换采用的小波基为db小波，分别层数为3层；[0064] 在各分阶层利用式(2)对高频信号di进行噪声方差估计，全局统一阈值为σ为白噪声的均方差，N为光谱信号Xi的尺寸，并采用软阈值按照式(3)对di进行处理，[0065] σ＝MID(d1)/0.6745(2)[0066][0067] 对处理后的低频信号和高频信号进行重构，得到滤除噪声的吸收光谱信号。[0068] 数据处理过程具体包括以下步骤：[0069] 选取210?220nm波段范围作为测量二氧化硫浓度的特征波长，对这一波段范围内的二氧化硫吸收光谱信号进行多项式拟合，得到吸收光谱的慢变吸收光谱S(λ)，进一步对慢变吸收光谱与二氧化硫的吸收光谱之比取自然对数，得到差分吸收光谱P(λ)；[0070] 选择已知浓度二氧化硫的吸收光谱作为标准光谱,Pm(λ)被定义为待测差分吸收光谱，PS(λ)定义为标准差分吸收光谱。根据式(4)，(6)建立Pm(λ)和PS(λ)之间的关系：[0071] F(k)＝∑[Pm(λ)?kPs(λ)]2(4)[0072][0073][0074] 其中F(k)是待测气体的吸收光谱与标准吸收光谱之差的平方；系数k是光学参数，它与标准光谱所对应的气体浓度相乘，得到待测二氧化硫的浓度：[0075][0076] 硫化氢气体的浓度计算过程具体包括以下步骤：[0077] 利用测得二氧化硫的浓度反推出初始硫化氢的浓度，硫化氢发生的反应具体为：2H2S+3O2→2SO2+2H2O以及H2S+O3→SO2+H2O，根据硫元素守恒原理，最终测得二氧化硫的气体浓度即为初始硫化氢的气体浓度。[0078] 实施例一[0079] 打开氘灯1和紫外激发光灯12，加热炉9的加热温度设置在650℃。将标准浓度为100ppm的硫化氢气体和氧气混合以2L/min的气体流速通入整个测量系统的气路并保持此流速。每隔100ms采集一次数据，对2s内的采集到的20个数据取平均值进行保存。光谱仪7采集到的含有噪声的原始特征吸收光谱信号如图2所示，利用计算机18对含有噪声的信号进行小波去噪处理，得到去噪后的信号如图3所示，噪声污染形成的毛刺基本消除。现选取通入气体0.5min，3.5min，6.5min时的特征吸收光谱进行处理。选取210?220nm波段对去噪后的二氧化硫吸收光谱信号进行拟合运算，得到慢变吸收光谱S(λ)，如图4(a)所示。随后进一步对慢变吸收光谱与二氧化硫的吸收光谱之比取自然对数，得到差分吸收光谱P(λ)，如图4(b)所示。根据式(4)、(5)、(6)及(7)得到二氧化硫浓度值的变化曲线，如图5所示。可以发现，生成的二氧化硫的浓度在7min内便可达到98.3ppm，根据硫原子守恒原则，此时硫化氢的浓度也为98.3ppm，浓度测量结果接近通入的硫化氢浓度。利用流量计改变硫化氢气体通入气路的气体流速，选取气体流速为0.4L/min，0.8L/min，1.2L/min和1.6L/min时的特征吸收光谱进行处理，重复上述步骤得到每个气体流速下的二氧化硫的差分吸收光谱，如图6所示。利用多波长最小二乘拟合法计算出各流速下的二氧化硫浓度变化，如图7所示。图中可以看出，各流速下的测得的二氧化硫的浓度分别为96.6ppm，96.8ppm，97.6ppm，98.3ppm。根据硫原子守恒原则，此时二氧化硫的浓度即为测得硫化氢的浓度，测量结果与通入硫化氢浓度接近。[0080] 本发明解决了紫外差分吸收光谱技术在非真空条件下测量硫化氢气体浓度时，吸收光谱受到氧气影响的问题。使用光谱准确测量各种气体流速下的硫化氢气体浓度测量，解决了传统硫化氢气体浓度传感器在高气体流速时测量失灵的问题。本发明使用的测量仪器价格成本低廉，整体系统易于搭建并且具有良好的便携性，单次测量时间不超过7min。本发明实现了对痕量硫化氢气体的浓度检测，检测限可达1ppm。[0081] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

专利地区：河北

专利申请日期：2022-07-25

专利公开日期：2024-11-22

专利公告号：CN115165778B