一种氮氧化物气体检测系统的制作方法

1.本技术涉及大气监测领域和医疗技术领域，尤其涉及一种氮氧化物气体检测系统。


背景技术：

2.氮氧化物气体(nox)主要是指一氧化氮(no)和二氧化氮(no2)，当它们在大气中的含量和存在的时间达到对人、动物、植物以及其他物质产生有害影响的程度时，就会形成相应的污染。nox可以和大气中其他污染物发生光化学反应形成光化学烟雾污染。而且，nox还可以通过呼吸进入人体肺的深部，从而引起支气管炎或肺气肿。
3.随着工业污染的逐步加剧，雾霾天气的频繁出现，空气污染已经严重影响到人类的身体健康。因此，空气质量的检测变得尤为重要，而对nox的检测则是空气质量检测中很重要的一项检测。
4.另外，人体呼出的气体中的一氧化氮是由气道细胞产生的，其浓度与炎症细胞数目高度相关联，可以作为气道炎症生物标志物。因此，呼出气一氧化氮的测定已经广泛地应用于呼吸道疾病的诊断与监控中，在该测定中也需要对人体呼出的一氧化氮气体进行检测。
5.然而，在现有技术的气体检测技术中，还存在以下的问题：
6.1)检测过程中所需的样气流量大(例如，需要600ml/min以上)，因此在一些场合是不适用的，例如，对人体呼出的气体进行检测时，很难达到所需的样气流量。
7.2)现有技术中的检测器通常都是采用模拟检测器，因此测量的精度和灵敏性不足。
8.因此，需要提出一种高灵敏度的检测技术以克服现有技术中的上述问题。


技术实现要素：

9.有鉴于此，本实用新型提供了一种氮氧化物气体检测系统，从而可以实现低流量的氮氧化物气体浓度检测。
10.本实用新型的技术方案具体是这样实现的：
11.一种氮氧化物气体检测系统，该系统包括：空气进气装置、臭氧发生器、臭氧流量测量装置、臭氧流量控制装置、样气进气装置、样气流量测量装置、样气流量控制装置、控制器、反应室、滤光片、检测器和抽气泵；
12.所述空气进气装置的气路输出端与所述臭氧发生器的气路输入端连接；所述臭氧发生器的气路输出端与所述臭氧流量测量装置的气路输入端连接；所述臭氧流量测量装置的一个气路输出端与所述臭氧流量控制装置的气路输入端连接，所述臭氧流量测量装置的测量电信号输出端与所述控制器连接；所述臭氧流量控制装置的一个气路输出端与所述反应室的第一输入端连接，所述臭氧流量控制装置的电信号控制端口与所述控制器连接；
13.所述样气进气装置的气路输出端与所述样气流量测量装置的气路输入端连接；所
述样气流量测量装置的一个气路输出端与所述样气流量控制装置的气路输入端连接，所述样气流量测量装置的测量电信号输出端与所述控制器连接；所述样气流量控制装置的一个气路输出端与所述反应室的第二输入端连接，所述样气流量控制装置的电信号控制端口与所述控制器连接；
14.所述滤光片设置在所述反应室与所述检测器之间；
15.所述反应室的气路输出端与所述抽气泵连接；所述检测器与所述控制器连接。
16.较佳的，所述空气进气装置包括：空气进气口和空气净化器；
17.所述空气净化器，用于对所流经的空气进行除尘和/或除湿操作。
18.较佳的，所述空气进气装置中还进一步包括：空气温控器；
19.所述空气温控器，用于对所流经的空气进行加热或制冷操作。
20.较佳的，所述样气进气装置包括：样气进气口和样气净化器；
21.所述样气净化器，用于对所流经的样气进行除尘和/或除湿操作。
22.较佳的，所述样气进气装置中还进一步包括：样气温控器；
23.所述样气温控器，用于对所流经的样气进行加热或制冷操作。
24.较佳的，所述空气进气装置或样气进气装置中还进一步包括：冷凝装置、冷凝水收集装置和蠕动泵；
25.所述冷凝装置的输入端与净化器的输出端连接，所述冷凝装置的一个输出端与温控器的输入端连接，另一个输出端与冷凝水收集装置的输入端连接，所述冷凝水收集装置的输出端与蠕动泵连接；
26.所述控制器分别与所述冷凝装置和温控器连接。
27.较佳的，所述检测器为单光子检测器。
28.较佳的，所述单光子检测器为雪崩光电二极管单光子检测器或者光电倍增管单光子检测器。
29.较佳的，所述雪崩光电二极管单光子检测器中包括：高压电源模块、主动淬灭模块、温控模块、脉冲整形模块和雪崩光电二极管；
30.所述雪崩光电二极管分别与所述高压电源模块、主动淬灭模块、温控模块的一端连接；所述温控模块的另一端与所述脉冲整形模块连接；
31.所述雪崩光电二极管，用于对接收到的光脉冲中的单光子进行检测，并将检测到的单光子转化为电荷信号输出；
32.所述主动淬灭模块，用于通过mosfet开关主动释放所述雪崩光电二极管因光脉冲而产生的电荷能量；
33.所述脉冲整形模块，用于对微弱的电荷信号进行放大，然后通过高速比较器将模拟信号整形为数字信号，同时经过由若干个逻辑芯片组成的整形电路，将脉冲整形为固定宽度和幅度并输出；
34.所述温控模块，用于将所述雪崩光电二极管的温度控制在预设温度范围内；
35.所述高压电源模块，用于提供电能。
36.较佳的，所述光电倍增管单光子检测器中包括：光电倍增管、放大模块、比较模块、脉冲整形模块和电源模块；
37.所述光电倍增管、放大模块、比较模块和脉冲整形模块依次连接；所述电源模块与
所述光电倍增管连接；
38.所述光电倍增管，用于对接收到的光脉冲中的单光子进行检测，并将检测到的单光子转化为电荷信号输出；
39.所述放大模块，用于对微弱的电信号进行放大；
40.其中，该放大模块中设置有放大电路，所述放大电路分为两级，第一级放大电路将电流信号转为电压信号，第二级放大电路对电压信号进一步放大；
41.所述比较模块，用于将模拟的电信号转换为数字信号；
42.所述脉冲整形模块，用于通过多级的逻辑芯片将数字信号整形为若干个固定宽度的脉冲；其中，脉冲个数对应于输入信号的信号宽度，输入信号的信号宽度与输出信号的脉冲个数成正比；
43.所述电源模块，用于提供电能。
44.如上可见，在本实用新型中的氮氧化物气体检测系统中，由于设置了臭氧流量测量装置、臭氧流量控制装置、样气流量测量装置、样气流量控制装置和控制器，因此，控制器可以根据臭氧流量测量装置的测量结果对臭氧流量控制装置发送控制指令，使得臭氧流量控制装置可以根据控制指令对进入反应室的臭氧的流量进行控制；同样，控制器也可以根据样气流量测量装置的测量结果对样气流量控制装置发送控制指令，使得样气流量控制装置可以根据控制指令对进入反应室的样气的流量进行控制。所以，通过上述的控制器，可以同时对进入反应室的臭氧和样气的流量大小分别进行精确地控制，并使得臭氧和样气的流量保持稳定，从而可以实现低流量的氮氧化物气体浓度检测。
附图说明
45.图1为本实用新型一个实施例中的氮氧化物气体检测系统的结构示意图。
46.图2为本实用新型的实施例中的空气进气装置的结构示意图。
47.图3为本实用新型的实施例中的样气进气装置的结构示意图。
48.图4为本实用新型的实施例中的空气进气装置或样气进气装置的结构示意图。
49.图5为本实用新型的实施例中的apd单光子检测器的结构示意图。
50.图6为本实用新型的实施例中的pmt单光子检测器的结构示意图。
具体实施方式
51.为使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型作进一步详细的说明。
52.图1为本实用新型实施例中的氮氧化物气体检测系统的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例中的氮氧化物气体检测系统包括：空气进气装置101、臭氧发生器102、臭氧流量测量装置103、臭氧流量控制装置104、样气进气装置105、样气流量测量装置106、样气流量控制装置107、控制器108、反应室109、滤光片110、检测器111和抽气泵112；
53.所述空气进气装置101的气路输出端与所述臭氧发生器102的气路输入端连接；所述臭氧发生器102的气路输出端与所述臭氧流量测量装置103的气路输入端连接；所述臭氧流量测量装置103的一个气路输出端与所述臭氧流量控制装置104的气路输入端连接，所述臭氧流量测量装置103的测量电信号输出端与所述控制器108连接；所述臭氧流量控制装置
104的一个气路输出端与所述反应室109的第一输入端连接，所述臭氧流量控制装置104的电信号控制端口与所述控制器108连接；
54.所述样气进气装置105的气路输出端与所述样气流量测量装置106的气路输入端连接；所述样气流量测量装置106的一个气路输出端与所述样气流量控制装置107的气路输入端连接，所述样气流量测量装置106的测量电信号输出端与所述控制器108连接；所述样气流量控制装置107的一个气路输出端与所述反应室109的第二输入端连接，所述样气流量控制装置107的电信号控制端口与所述控制器108连接；
55.所述滤光片110设置在所述反应室109与所述检测器111之间；
56.所述反应室109的气路输出端与所述抽气泵112连接；所述检测器111与所述控制器108连接。
57.根据上述结构可知，在本技术中的上述氮氧化物气体检测系统中包括两个气路，在其中的一个气路中，在抽气泵的作用下，空气可以从空气进气装置101的气路输入端输入，并通过空气进气装置101输出至臭氧发生器102；臭氧发生器102中生成臭氧，并将所生成的臭氧输出至臭氧流量测量装置103；臭氧流量测量装置103将接收的臭氧输出至臭氧流量控制装置104，并对所通过的臭氧的流量进行测量，将测量结果输出至控制器108；臭氧流量控制装置104对所接收的臭氧的流量进行控制，然后将臭氧输出至反应室109中，并将当前臭氧流量数据输出至控制器108。
58.在另外一个气路中，在抽气泵的作用下，样气可以从样气进气装置105的气路输入端输入，并通过样气进气装置105输出至样气流量测量装置106；样气流量测量装置106将接收的样气输出至样气流量控制装置107，并对所通过的样气的流量进行测量，将测量结果输出至控制器108；样气流量控制装置107对所接收的样气的流量进行控制，然后将样气输出至反应室109中，并将当前样气流量数据输出至控制器108。
59.臭氧和样气中的一氧化氮(no)在反应室109中产生化学发光效应，生成激发态的二氧化氮；激发态的二氧化氮在返回基态的过程中会因为释放能量而发光，其光谱范围为600
‑
1200纳米(nm)；产出的光辐射通过滤光片110后照射到检测器111上，通过该检测器111可以实现光能量的采集。由于光辐射的能量与no的浓度具有线性关系，因此，通过检测器111的检测结果即可得到该样气中的no的浓度。
60.在本技术中的上述氮氧化物气体检测系统中，设置了臭氧流量测量装置103、臭氧流量控制装置104、样气流量测量装置106、样气流量控制装置107和控制器108，因此，控制器108可以根据臭氧流量测量装置103的测量结果对臭氧流量控制装置104发送控制指令，使得臭氧流量控制装置104可以根据控制指令对进入反应室109的臭氧的流量进行控制；同样，控制器108也可以根据样气流量测量装置106的测量结果对样气流量控制装置107发送控制指令，使得样气流量控制装置107可以根据控制指令对进入反应室109的样气的流量进行控制。所以，通过上述的控制器108，可以同时对进入反应室109的臭氧和样气的流量大小分别进行精确地控制，并使得臭氧和样气的流量保持稳定，从而可以进行精确地检测。
61.另外，由于检测器111也与控制器108连接，因此该控制器108还可以接收检测器111发送的检测结果，并根据该检测结果计算得到样气中的no的浓度。
62.另外，作为示例，如图2所示，在本实用新型的一个较佳的具体实施例中，所述空气进气装置101还可以进一步包括：空气进气口21和空气净化器22。
63.在抽气泵的作用下，空气可以从空气进气口21的输入端输入，并输出至空气净化器22中；空气净化器22可以对所流经的空气进行除尘和/或除湿操作，然后再将处理后的空气输出至臭氧发生器102中，从而可以除去空气中的杂质和水汽，以尽量避免最终的测量结果受到环境湿度和大气颗粒物的影响。
64.更进一步的，所述空气进气装置101中还可以进一步包括：空气温控器23；
65.所述空气温控器23可以对所流经的空气进行加热或制冷操作，控制所流经的空气的温度，以尽量避免最终的测量结果受到气体温度的影响。
66.另外，作为示例，如图3所示，在本实用新型的一个较佳的具体实施例中，所述样气进气装置105还可以进一步包括：样气进气口31和样气净化器32。
67.在抽气泵的作用下，样气可以从样气进气口31的输入端输入，并输出至样气净化器32中；样气净化器32可以对所流经的样气进行除尘和/或除湿操作，然后再将处理后的样气输出至样气流量测量装置106中，从而可以除去样气中的杂质和水汽，以尽量避免最终的测量结果受到环境湿度和大气颗粒物的影响。
68.更进一步的，所述样气进气装置105中还可以进一步包括：样气温控器33；
69.所述样气温控器33可以对所流经的样气进行加热或制冷操作，控制所流经的样气的温度，以尽量避免最终的测量结果受到气体温度的影响。
70.此外，更进一步的，作为示例，如图4所示，在本实用新型的一个较佳的具体实施例中，所述空气进气装置101或样气进气装置105中还可以进一步包括：冷凝装置61、冷凝水收集装置62和蠕动泵63；
71.所述冷凝装置61的输入端与净化器(例如，除尘装置)的输出端连接，所述冷凝装置61的一个输出端与温控器的输入端连接，另一个输出端与冷凝水收集装置62的输入端连接，所述冷凝水收集装置62的输出端与蠕动泵63连接；
72.所述控制器108分别与所述冷凝装置61和温控器连接。
73.在上述系统中，通过净化器进行除尘后的气体将进入冷凝装置61，气体经过冷凝装置之后，气体中的水分会冷凝，冷凝水可以通过冷凝水收集装置收集62，然后通过蠕动泵63排出；通过冷凝装置61的气体将进入温控器，温控器对气体进行加热或制冷操作后再输出。
74.另外，作为示例，在本实用新型的一个较佳的具体实施例中，所述检测器可以是单光子检测器，从而可以提高测量的精度和灵敏度。
75.进一步的，在本实用新型的一个较佳的具体实施例中，所述单光子检测器可以是雪崩光电二极管(apd)单光子检测器。
76.此外，作为示例，如图5所示，在本实用新型的一个较佳的具体实施例中，所述apd单光子检测器中包括：高压电源模块71、主动淬灭模块72、温控模块73、脉冲整形模块74和雪崩光电二极管75；
77.所述雪崩光电二极管75分别与所述高压电源模块71、主动淬灭模块72、温控模块73的一端连接；所述温控模块73的另一端与所述脉冲整形模块74连接；
78.所述雪崩光电二极管75，用于对接收到的光脉冲中的单光子进行检测，并将检测到的单光子转化为电荷信号输出；
79.所述主动淬灭模块72，用于通过金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)开关
主动释放所述雪崩光电二极管75因光脉冲而产生的电荷能量，从而避免电荷累计，导致无法进行下次测量；
80.所述脉冲整形模块74，用于对微弱的电荷信号进行放大，然后通过高速比较器将模拟信号整形为数字信号，同时经过由若干个逻辑芯片组成的整形电路，将脉冲整形为固定宽度和幅度并输出；
81.所述温控模块73，用于将所述雪崩光电二极管75的温度控制在预设温度范围内；
82.所述高压电源模块71，用于提供电能。
83.进一步的，在本实用新型的另一个较佳的具体实施例中，所述单光子检测器也可以是光电倍增管(pmt)单光子检测器。
84.此外，作为示例，如图6所示，在本实用新型的一个较佳的具体实施例中，所述pmt单光子检测器中包括：光电倍增管(pmt)81、放大模块82、比较模块83、脉冲整形模块84和电源模块85；
85.所述光电倍增管81、放大模块82、比较模块83和脉冲整形模块84依次连接；所述电源模块85与所述光电倍增管81连接；
86.所述光电倍增管81，用于对接收到的光脉冲中的单光子进行检测，并将检测到的单光子转化为电荷信号输出；
87.所述放大模块82，用于对微弱的电信号进行放大；
88.其中，该放大模块82中设置有放大电路，该放大电路可以分为两级或者多级，第一级放大电路将电流信号转为电压信号，第二级放大电路对电压信号进一步放大，如果电压增益达不到要求，则可以继续增加运放级次；
89.所述比较模块83，用于将模拟的电信号转换为数字信号；
90.所述脉冲整形模块84，用于通过多级的逻辑芯片将数字信号整形为若干个固定宽度的脉冲；其中，脉冲个数对应于输入信号的信号宽度，输入信号的信号宽度与输出信号的脉冲个数成正比；
91.所述电源模块85，用于提供电能。
92.综上可知，在本实用新型中的氮氧化物气体检测系统中，由于设置了臭氧流量测量装置、臭氧流量控制装置、样气流量测量装置、样气流量控制装置和控制器，因此，控制器可以根据臭氧流量测量装置的测量结果对臭氧流量控制装置发送控制指令，使得臭氧流量控制装置可以根据控制指令对进入反应室的臭氧的流量进行控制；同样，控制器也可以根据样气流量测量装置的测量结果对样气流量控制装置发送控制指令，使得样气流量控制装置可以根据控制指令对进入反应室的样气的流量进行控制。所以，通过上述的控制器，可以同时对进入反应室的臭氧和样气的流量大小分别进行精确地控制，并使得臭氧和样气的流量保持稳定，从而可以实现低流量的氮氧化物气体浓度检测。
93.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。