一种基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统的制作方法

本实用新型涉及气体监测技术领域，具体涉及一种基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统。

背景技术：

目前，恶臭气体检测仪多采取电化学传感器的测量结构，由于电化学传感器的自身特点为被测气体与传感器内的电解液发生氧化还原反应，根据反应产生的电流信号判定气体的浓度，如果化学性质相似或相反的气体都会发生化学反应，则对被测气体组份分别带来正负干扰。而常用的气相色谱法只能分析部分恶臭气体气体，如二甲二流、甲硫醚、甲硫醇、苯乙烯，而且检测限达不到ppb，要完成ppb水平的检测限，需要使用采样仪器对空气样品进行时间富集，一般要经过采样富集、储存运输、实验室分析、后续结果处理四个过程，对居民投资案件无法实现即时处理。现有的类似光学仪器，一种是基于开放光程的傅里叶变换吸收光谱法仪器，由于部分气体如硫化氢、甲硫醚、甲硫醇、二甲二硫醚等气体与大气中水和二氧化碳的存在叠峰干扰，并且大气中的水吸收峰强度远远高于上述气体，不能直接测试；另一种是基于紫外差分吸收光谱法的开放光程恶臭气体监测仪，但光源发射、光源接收位于同一主光轴，光束中心的光被遮挡不能利用，使得积分时间延长，合适的监测距离是20m左右，不能满足长距离监测的需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统，以克服原有电化学传感器法、气相色谱法、傅里叶变换红外吸收光谱法、原有同轴紫外差分吸收法之多项不足，以满足实际情况的需要。

为实现上述目的，本实用新型提供一种基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统，包括光源发射单元、光源反射准直单元、校准气体吸收池、保护窗片单元、角锥矩阵单元、球面反射汇聚单元、光谱接收单元、单板机及校准流量控制单元、瞄准望远镜；光源反射准直单元、校准气体吸收池、保护窗片单元、角锥矩阵单元、球面反射汇聚单元、光谱接收单元位于同一主光轴上；

光源发射单元包括紫外光源、紫外光源管座、光源供电电源和光源散热风机；紫外光源安装在紫外光源管座上；

光源反射准直单元包括球面或椭球面反射镜、反射镜固定调节架；椭球面反射镜设置在反射镜固定调节架上；球面或椭球面反射镜的中心位于主光轴上，接收来自光源发射单元发出的光束，光束经过球面或椭球面反射镜准直后沿着主光轴发射出去；

校准气体吸收池包括圆柱体、前窗片、后窗片、进气嘴和出气嘴组成的封闭的气室，由光源反射准直单元反射的准直光束依次穿过前窗片、所述气室中的校准气体云、后窗片后发射到大气中；

保护窗片单元包括固定石英玻璃和石英玻璃固定座；固定石英玻璃固定在石英玻璃固定座上；

角锥矩阵单元包括三棱锥、三棱锥固定座、三棱锥保护罩和加热温控器；三棱锥固定在三棱锥固定座上，加热温控器设置在三棱锥固定座上，三棱锥保护罩设置在括三棱锥、三棱锥固定座和加热温控器的外部；角锥矩阵单元进行监测时安装于所述监测系统的主机的正前方，接收来自所述监测系统发出的穿过污染气体的光束，并沿原路返回，其中心位于主光轴上；

球面反射汇聚单元包括球面反射镜和球面反射镜固定座；球面反射镜设置在球面反射镜固定座上，球面反射汇聚单元的中心位于主光轴上，接收来自角锥矩阵单元发射回主机的光束，并将光束完成汇聚；

光谱接收单元包括光纤调整器及其固定座、紫外抗辐照光纤、光谱仪和USB或光谱数据导线；紫外抗辐照光纤设置在光纤调整器及其固定座上，紫外抗辐照光纤将球面反射汇聚单元汇聚的光束传输到光谱仪中；

单板机及校准流量控制单元包括防静电单板机、校准流量计和抽气泵；气体校准时由防静电单板机控制抽气泵)启动、关停；并根据校准流量计测得的流量控制抽气泵的转速，以进行恒流恒压校准；

瞄准望远镜包括望远镜和望远镜固定座；望远镜设置在望远镜固定座上，瞄准望远镜固定安装在所述监测系统的外壳上，与主光轴具有夹角，以进行测试前安装瞄准。

可选地，光源供电电源设置在紫外光源管座的下方。

可选地，光源散热风机上设置有散热叶片。

可选地，反射镜固定调节架设置为矩形框架式。

可选地，球面或椭球面反射镜设置在反射镜固定调节架的上部。

可选地，圆柱体为圆筒形。

可选地，出气嘴设置在前窗片后面的圆柱体的侧壁上。

可选地，进气嘴设置在后窗片的前面的圆柱体的侧壁上。

可选地，石英玻璃固定座为圆环形；固定石英玻璃为圆形。

可选地，三棱锥保护罩为圆筒形。

本实用新型具有如下优点：

本实用新型的基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统，能够克服原有电化学传感器法、气相色谱法、傅里叶变换红外吸收光谱法、原有同轴紫外差分吸收法之多项不足；其能够有效提高180-220nm波段紫外光的光源强度，有利于系统对H₂S、CS₂实施检测；其在光路中增加的校准气体吸收池，可实时对检测项目进行标定、校准，保证监测数据的质量；其三棱锥温控系统的增加，可避免气温快速变化导致的三棱锥表面结露现象，提高光束的反射强度；其光源反射准直单元、校准气体吸收池、球面反射汇聚单元、光谱接收单元设计在同一主光轴上，现场测试时安装部署简单快捷易掌握，节省工作时间；其在同等功率的光源条件下，延长光路长度，提高检测精度；其适用于环境空气中有害气体的检测，特别适用于恶臭气体如硫化氢、二硫化碳、甲硫醚、甲硫醇、二甲、二硫化碳等有机硫化物，及氨气、甲胺、三甲胺、乙胺、苯胺等有机胺、苯、甲苯、二甲苯、苯酚、苯乙烯等芳香类化合物的测定；其离轴光路的结构延长测量光程，提高了目标气体的检测限，部分气体可达到0.5ppb的检测限，完全满足市场需求；其收发一体式结构设计、瞄准望远镜的使用，使得便携式仪器现场携带便利性显著，减轻工作人员现场工作强度；其反射单元加热温控的使用，解决反射角锥结露问题，提高了光源反射强度，从而提高数据的有效性；其校准气体吸收池的使用，解决了被测气体的校准问题，是监测数据质量保证的重要手段之一。

附图说明

图1为本实用新型的基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统的结构示意图。

图2为本实用新型的基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统的光源发射单元的分解结构示意图。

图3为本实用新型的基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统的光源反射准直单元的结构示意图。

图4为本实用新型的基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统的校准气体吸收池的结构示意图。

图5为本实用新型的基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统的保护窗片单元的结构示意图。

图6为本实用新型的基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统的反射单元的结构示意图。

图7为本实用新型的基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统的球面反射汇聚单元的结构示意图。

图8为本实用新型的基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统的光谱接收单元的分解结构示意图。

图9为本实用新型的基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统的单板机及校准流量控制单元的分解结构示意图。

图10为本实用新型的基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统的瞄准望远镜的结果示意图。

图中，1为光源发射单元，101为紫外光源，102为紫外光源管座，103为光源供电电源，104为光源散热风机，2为光源反射准直单元，201为球面或椭球面反射镜，202为反射镜固定调节架，3为校准气体吸收池，301为圆柱体，302为前窗片，303为后窗片，304为进气嘴，305为出气嘴，4为保护窗片单元，401为固定石英玻璃，402为石英玻璃固定座，5为角锥矩阵单元，501为三棱锥，502为三棱锥固定座，503为三棱锥保护罩，504为加热温控器，6为球面反射汇聚单元，601为球面反射镜，602为球面反射镜固定座，7为光谱接收单元，701为光纤调整器及其固定座，702为紫外抗辐照光纤，703为光谱仪，704为USB或光谱数据导线，8为单板机及校准流量控制单元，801为防静电单板机，802为校准流量计，803为抽气泵，9为瞄准望远镜，901为望远镜，902为望远镜固定座。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例

一种基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统，参见图1至图10，包括光源发射单元1、光源反射准直单元2、校准气体吸收池3、保护窗片单元4、角锥矩阵单元5、球面反射汇聚单元6、光谱接收单元7、单板机及校准流量控制单元8、瞄准望远镜9；光源反射准直单元2、校准气体吸收池3、保护窗片单元4、角锥矩阵单元4、球面反射汇聚单元6、光谱接收单元7位于同一主光轴上；

光源发射单元1包括紫外光源101、紫外光源管座102、光源供电电源103和光源散热风机104；紫外光源101安装在紫外光源管座102上；

光源反射准直单元2包括球面或椭球面反射镜201、反射镜固定调节架202；椭球面反射镜201设置在反射镜固定调节架202上；球面或椭球面反射镜201的中心位于主光轴上，接收来自光源发射单元1发出的光束，光束经过球面或椭球面反射镜201准直后沿着主光轴发射出去；

校准气体吸收池3包括圆柱体301、前窗片302、后窗片303、进气嘴304和出气嘴305组成的封闭的气室，由光源反射准直单元2反射的准直光束依次穿过前窗片302、所述气室中的校准气体云、后窗片303后发射到大气中；

保护窗片单元4包括固定石英玻璃401和石英玻璃固定座402；固定石英玻璃401固定在石英玻璃固定座402上；

角锥矩阵单元5包括三棱锥501、三棱锥固定座502、三棱锥保护罩503和加热温控器504；三棱锥501固定在三棱锥固定座502上，加热温控器504设置在三棱锥固定座502上，三棱锥保护罩503设置在括三棱锥501、三棱锥固定座502和加热温控器504的外部；角锥矩阵单元5进行监测时安装于所述监测系统的主机的正前方，接收来自所述监测系统发出的穿过污染气体的光束，并沿原路返回，其中心位于主光轴上；

球面反射汇聚单元6包括球面反射镜601和球面反射镜固定座602；球面反射镜601设置在球面反射镜固定座602上，球面反射汇聚单元6的中心位于主光轴上，接收来自角锥矩阵单元5发射回主机的光束，并将光束完成汇聚；

光谱接收单元7包括光纤调整器及其固定座701、紫外抗辐照光纤702、紫外抗辐照光纤702设置在光纤调整器及其固定座701上，光谱仪703和USB或光谱数据导线704；紫外抗辐照光纤702将球面反射汇聚单元6汇聚的光束传输到光谱仪703中；

单板机及校准流量控制单元8包括防静电单板机801、校准流量计802和抽气泵803；气体校准时由防静电单板机801控制抽气泵803启动、关停；并根据校准流量计802测得的流量控制抽气泵803的转速，以进行恒流恒压校准；

瞄准望远镜9包括望远镜901和望远镜固定座902；望远镜901设置望远镜固定座902上，瞄准望远镜9固定安装在所述监测系统的外壳上，与主光轴具有夹角，以进行测试前安装瞄准。

可见，本实施例的基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统，其在使用时，抵达测试现场部署仪器，根据测试目的设置监测光程的距离。开启仪器电源开关，系统自检通过后，目视瞄准望远镜9，调整支撑系统的六维云台，打开紫外光源101开关，从光源发射单元1发出的紫外光束，到达光源反射准直单元2，光束经准直后穿过校准气体吸收池3的前窗片302、后窗片303、保护窗片单元4的固定石英玻璃401窗片，抵达角锥矩阵单元5，光束偏移一定距离后沿着原路发射到球面反射汇聚单元6经球面反射镜汇聚到光谱接收单元7的光纤调整器701的中心圆孔，再经紫外抗辐照光纤702传导至光谱仪703，经过光谱仪获取的光谱信号经USB或光谱数据导线704传送至防静电单板机801及校准流量控制单元8、防静电单板机801完成恶臭气体浓度的测试；通过瞄准望远镜9，对准角锥矩阵单元5上的固定点位，完成系统的光路调试；对系统的被测气体进行校准时，接上标准气体，防静电单板机801自动开启抽气泵803，并根据校准流量计802测得的流量调整抽气泵803的转速，保持恒流采样，从而完成气体的校准、仪器的标定；

其光路设计离轴结构，光源反射准直单元2、校准气体吸收池3、保护窗片单元4、角锥矩阵单元5、球面反射汇聚单元6、光谱接收单元7位于同一主光轴上，光源发射单元1元与主光轴呈现90°的夹角，该结构可有效提高180-220nm波段紫外光的光源强度，有利于系统对H₂S、CS₂、NH₃实施低浓度检测；在同等功率的光源条件下，延长光路长度，提高检测精度；其在光路中增加的校准气体吸收池3，及校准流量控制单元8，可实时对检测目标气体通入标准气体标定、校准，保证监测结果的准确性，是监测数据质量保证的重要手段；在角锥反射的角锥矩阵单元5增加三棱锥温控系统的加热温控器504，可避免气温快速变化导致的三棱锥501表面结露现象，提高光束的反射强度；其光源反射准直单元2、校准气体吸收池3、保护窗片单元4、角锥矩阵单元5、球面反射汇聚单元6、光谱接收单元7位于同一主光轴上，现场测试时安装部署简单快捷易掌握，节省工作时间；其离轴光路系统的使用，使得可利用的发射光源强度大大提高，尤其是180-220nm的光，提高一倍以上，同等光源过滤的前提下，可将监测光程的路径延长至单程50m双程100米，从而大大提高便携仪器的最低检测限MDL(data manipulation language，数据操纵语言)；其位于主光路上的校准气体吸收池3的使用，使得仪器在不改变光路的前提下，完成被测气体的校准标定功能，保证仪器数据的溯源；其采用离轴光路设计，提高仪器的光能量利用率，从而加大测量光程，提高仪器的最低检测限DML，适用远距离监测恶臭气体的组份浓度；

本实用新型的基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统，还可以进一步包括如下结构，光源供电电源103设置在紫外光源管座102的下方。光源散热风机104上设置有散热叶片。反射镜固定调节架202设置为矩形框架式。球面或椭球面反射镜201设置在反射镜固定调节架202的上部。圆柱体301为圆筒形。出气嘴305设置在前窗片302后面的圆柱体301的侧壁上。进气嘴304设置在后窗片303的前面的圆柱体301的侧壁上。石英玻璃固定座402为圆环形；固定石英玻璃401为圆形。三棱锥保护罩503为圆筒形。球面反射镜601为圆形，球面反射镜固定座602为矩形。

需要说明的是，本实用新型的基于离轴结构的恶臭气体光学监测系统，主要对上述结构进行了改进，其他未提及的功能、部件及结构，在需要时，可以采用现有技术中能够实现相应功能的部件及结构进行实施。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。