【摘 要】
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氮氧化物（NOx）是一种主要的化工/燃烧排放污染物,是国家要求的约束性排放监测指标。NO易通过光化学反应形成其他氮氧化物,对酸雨、臭氧破坏和温室效应产生重要影响。由于超过95%的NOx以NO的形式存在,随着环保要求日益严格,对NO污染物的实时在线监测有着重要意义。差分吸收光谱（DOAS）技术具有结构简单、精度高、多组分实时检测等优点,广泛应用于化工厂、燃煤电厂等高污染高耗能行业烟气组分浓度的检测,
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氮氧化物（NOx）是一种主要的化工/燃烧排放污染物,是国家要求的约束性排放监测指标。NO易通过光化学反应形成其他氮氧化物,对酸雨、臭氧破坏和温室效应产生重要影响。由于超过95%的NOx以NO的形式存在,随着环保要求日益严格,对NO污染物的实时在线监测有着重要意义。差分吸收光谱（DOAS）技术具有结构简单、精度高、多组分实时检测等优点,广泛应用于化工厂、燃煤电厂等高污染高耗能行业烟气组分浓度的检测,也是目前NO气体浓度在线监测的主流方法。本文针对免标定紫外差分吸收光谱技术在气体浓度探测领域的关键问题开展研究。探究了一氧化氮测量系统的最优测量波段的选择和适用范围更广的温度非线性校正原则,为紫外差分吸收光谱技术的广泛应用提供了理论指导。研究了紫外光源特性变化,提出了一种基于光强免校准的DOAS反演算法,通过对紫外光源光强变化的实时校正实现了气体浓度的准确测量。通过对比分析浓度测量结果及零气的Allan方差试验,验证了该方法的有效性。本文主要结论如下:（1）提出了改进的引导滤波算法实现对光谱数据的预处理,在抑制噪声的同时也保证了较高的测量精度。（2）针对DOAS系统中光源强度变化影响气体测量稳定性的问题,本文提出了一个新的光强免校准的DOAS反演算法,该算法利用领域宽带截面对气体特征吸收的窄带截面进行归一化,从而获得了不受光源强度变化影响的等效吸收强度参数αeq（λk）,通过比较该参数的测量值与标准截面的计算值进而可以推算出气体浓度。与传统算法相比,该算法不需要进行多项式拟合、信号滤波等复杂计算,更便于硬件实现。搭建测量系统,用氮气与高浓度NO标气制备不同浓度NO,以NO测量数据为例,结果表明NO的特征吸收峰只出现在195.5nm（吸收峰1）、204.7nm（吸收峰2）、214.8nm（吸收峰3）、226.2nm（吸收峰4）等四个波长位置,且该四个吸收峰的半高全宽均为1nm左右。采用本文算法,特征吸收峰4（226.2nm）的线性回归决定系数R~2达到了最大的0.99817,验证了新算法的可行性。（3）研究了非线性吸收以及温度对NO吸收光谱的影响,建立了NO非线性校正函数和温度干扰校正函数。分别在不同NO配比浓度和不同温度下进行实验验证。（4）化工厂实际生产环境下的现场试验表明,自研的DOAS测量系统与商用仪表相比测量偏差不大于5.25%;通过对零气测量数据的Allan方差分析可知,所提新方法与传统的基于多项式拟合的DOAS算法相比,探测下限更低。
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