一种便携式污染气体浓度检测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种便携式污染气体浓度检测装置，包括依次串联连接的光源组件、气体吸收池、光谱检测组件和信号处理组件；其中所述气体吸收池中设置有光程调节机构；所述光源组件发射的光束耦合进入所述气体吸收池，经过所述光程调节机构调节光程后从气体吸收池的出光口出射；所述光谱检测组件采集从所述气体吸收池出光口射出的光束光谱并输出至所述信号处理组件。本实用新型所公开的便携式污染气体浓度检测装置，可以灵活地改变光束光程，适合不同实验的具体需要，提高了气体检测灵敏度。具有设备体积小、便于测量的优点。
【专利说明】
一种便携式污染气体浓度检测装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及环境检测设备技术领域，尤其涉及一种便携式污染气体浓度检测装置。【背景技术】
[0002]紫外连续吸收光谱用于污染气体检测具有不受水汽干扰、灵敏度高、响应速度快、 多组分同时测量等优点，已被应用到污染物的排放监测检测系统中。
[0003]对于固定污染源，通常排放污染气体的浓度较高，达到数百ppm的数量级。所以检测时需要的吸收光程较短，几十厘米的光程即可满足测量的精度需要。而对于大气中浓度较低的污染气体来说，则需要数米以上的光程才能够满足测量的精度要求。为了形成数米长的光程，现有技术中采用开路紫外吸收光谱检测方法。将光源和探测器之间的间隔延长至数米乃至数十米以增大吸收光程。这种检测方式虽然可以有效地提高检测精度，但是一方面需要很多辅助设备，并且需要花费较长时间进行光路校准，另一方面由于光源尺寸的限制，发射光束总有一定的发散角，导致光能利用率低。
[0004]综上所述，开路紫外吸收光谱检测装置存在使用不便且光能利用率低的问题。
【发明内容】
[0005]本实用新型旨在提出一种便携式污染气体浓度检测装置，解决开路紫外吸收光谱检测装置检测大气中浓度较低的污染气体时存在使用不便且光能利用率低的问题。
[0006]本实用新型提供一种便携式污染气体浓度检测装置，包括依次串联连接的光源组件、气体吸收池、光谱检测组件和信号处理组件;其中所述气体吸收池中设置有光程调节机构;所述光源组件发射的光束耦合进入所述气体吸收池，经过所述光程调节机构调节光程后从气体吸收池的出光口出射;所述光谱检测组件采集从所述气体吸收池出光口射出的光束光谱并输出至所述信号处理组件。
[0007]光程调节机构优选通过控制单元控制。所述控制单元生成并输出控制信号至所述光程调节机构;所述光程调节机构接收所述控制信号并调节进入所述气体吸收池的光束的光程。
[0008]为调整多种光程进行测量，所述气体吸收池中设置有至少一个所述光程调节机构。
[0009]为降低成本，所述光程调节机构优选为凹面反射镜
[0010]优选调节光程调节机构的角度，所述控制单元生成并输出控制信号至所述第二反射镜或第三反射镜;所述第二反射镜或第三反射镜沿光轴旋转，调节进入所述气体吸收池的光束的光程。
[0011]进一步的，所述第一反射镜和第三反射镜设置在所述气体吸收池内的一侧，所述第二反射镜设置在所述气体吸收池内的另一侧。
[0012]更进一步的，所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜的曲率半径相等;所述第二反射镜和第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜之间的距离等于第二反射镜的曲率半径。
[0013]为实现气体吸收池中的气体流通，所述气体吸收池上开设有样气出口；所述样气出口中设置有风扇。
[0014]为实现紫外吸收光谱的快速测量，同时有效节省电能，所述光源组件优选为短弧氙灯、脉冲氙灯或氘灯。
[0015]本实用新型所提出的便携式污染气体浓度检测装置通过设置光程调节机构调节气体吸收池中光束的光程，可以在较小的体积内实现多次反射，延长吸收光程的同时满足不同实验的要求，不但提高了气体检测灵敏度，还减小了设备体积，适合随身携带，便于测量。光束在气体吸收池中多次反射会聚，有效抑制了光束的发散和杂散光，特别适合于较大发光面积的光源，因此适合于更多种气体的浓度测量。【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本实用新型所提出的便携式污染气体浓度检测装置一种实施例的结构示意框图；
[0018]图2为图1所示便携式污染气体浓度检测装置的结构示意图；
[0019]图3为图2所示气体吸收池中的另一种光路示意图；
[0020]图4为采用图2所示的便携式污染气体浓度检测装置不同光程条件下检测的吸光度示意图。【具体实施方式】
[0021]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0022]参见图1至图4所示为本实用新型所提出的便携式污染气体浓度检测装置第一实施例的示意图。包括依次串联连接的光源组件11、气体吸收池12、光谱检测组件13和信号处理组件14。气体吸收池12中充满待测气体样品。光源组件11发射光束耦合进入气体吸收池 12。光束在气体吸收池12中被气体样品吸收。在气体吸收池12中还设置有光程调节机构16， 光束在气体吸收池12中经过光程调节机构16调节光程后从气体吸收池12的出光口出射。光谱检测组件13采集出光口改变光程后的光束光谱并输出检测信号至信号处理组件14。信号处理组件14对接收到的检测信号进行数据处理，计算出被测气体浓度。光程调节机构16对光束的光程进行多次调节，通过对多个不同光程下吸收光谱的测量即可以实现自动标定和气体浓度的测量。
[0023]具体来说，光程调节机构16通过控制单元15控制，驱动其动作。控制单元15生成并输出控制信号至光程调节机构16。光程调节机构16接收控制信号并调节进入气体吸收池12 的光束的光程。光程调节机构16可以是凹面反射镜。如图2所示，光程调节机构16包括第一反射镜21、第二反射镜22和第三反射镜23。三个反射镜均为球面反射镜，且曲率半径相等， 均为500mm。为了实现调节光程的作用，第一反射镜21和第三反射镜23设置在气体吸收池12 内的一侧，第二反射镜22设置在气体吸收池12内的另一侧，其中第二反射镜22和第一反射镜21之间的距离、第三反射镜23和第一反射镜21之间的距离相等，等于球面反射镜的曲率半径。为了提高光能利用率，三个反射镜的光轴设置在同一个平面内。
[0024]参见图2所示为气体吸收池12的结构示意图，其中示出了一种变光程光路示意图。 光源组件11发出的光束通过入光口直接耦合进气体吸收池12,光束首先投射到第一反射镜 21上，经第一反射镜21会聚成像至第二反射镜22上，第二反射镜22再将光束反射至第三反射镜23上。第三反射镜23再将光束会聚至气体吸收池12的出光口。光谱检测组件13采集从出光口射出的光束光谱并输出至信号处理组件14。由于光束在气体吸收池12中经过了三次反射，所以光程达到气体吸收池12长度的4倍。[〇〇25]参见图3所示为气体吸收池12中另一种变光程光路示意图。在三个反射镜光轴所在的平面内以其中一个反射镜的中心点为旋转中心旋转光轴。控制单元15生成并输出控制信号至待旋转的反射镜。以第三反射镜23为例，控制单元15控制第三反射镜23旋转到一个角度。进入气体吸收池12的光束首先入射到第一反射镜21上，第一反射镜21将其会聚到第二反射镜22上。光束经第二反射镜22反射达到第三反射镜23,经旋转后的第三反射镜23反射后再次会聚到第二反射镜22。光束经由第二反射镜22反射回第一反射镜21。然后自第一反射镜21反射会聚到第二反射镜22,经第二反射镜22反射至第三反射镜23后从出光口处出射，并耦合进光谱检测组件13。在本实施例中，通过使第三反射镜23旋转一定的角度使得光束在气体吸收池12中的反射次数变为7次，光程达到气体吸收池12宽度的八倍。当然，通过调整第二反射镜和/或第三反射镜的旋转角度，还可以实现更多次的反射，使光程达到更长的距离。
[0026]在本实施例中，对应于设置有反射镜的另一组侧壁上分别开设有样气进口 14和样气出口 25。在样气出口 25中设置有风扇26。待检测的气体样品从样气进口 14进入气体吸收池12。风扇26不断将气体吸收池12中的气体吸出。这样，气体样品就可以因为气体吸收池12 中的气压变小而自动进入，从而实现气体吸收池12中的气体更新。
[0027]在本实施例中，光源组件11可以选用脉冲氙灯、短弧氙灯或氘灯。其中优选脉冲氙灯。脉冲氙灯没有预热时间，能够瞬间发光。一方面可以快速实现紫外吸收光谱测量，另一方面可以只在测量的时候开启光源，可有效节省电能。光谱检测组件13优选为微型紫外光谱仪，其中色散元件采用紫外衍射光栅。衍射光栅可以选用平面衍射光栅或平场像差校正凹面全息光栅，探测器采用紫外增强线阵C⑶探测器或紫外增强线阵CMOS探测器。光源组件 11和光谱检测组件13可以同样接收控制单元15的控制信号动作，也可以采用独立于控制单元15的开关电路控制，与光程调节机构16同时动作。
[0028]采用本实施例所提出的污染气体浓度检测装置进行测量时，可以采集多个光程的吸收光谱。如图4所示，通过采集到的多个光程的吸收光谱绘制吸光度与光程之间的曲线。 选择线性最好的一段进行气体的浓度反演，提高检测的精确度。如图所示，A、B、C三点具有很好的线性，D点已经偏离线性。因此选择C点进行气体反演，具有最好的反演精度。[〇〇29]信息处理组件14可以由计算机或能实现同样功能的终端实现。对于光谱检测组件 13输出的信号可以采用多种方法进行处理。比如传统的吸收光谱法、差分吸收光谱法和傅里叶变换法。对于吸收光谱具有缓慢变化特性的气体采用传统吸收光谱法，对于吸收光谱具有窄带吸收的特性的气体浓度计算采用查分吸收法，对于吸收光谱具有周期性变化的气体浓度计算采用傅里叶变换法。
[0030]与现有技术相比，本实施例的有益效果是:
[0031](1)采用光程调节机构调节气体吸收池中光束的光程，可以在较小的体积内实现多次反射，延长吸收光程，不但提高了气体检测灵敏度，还减小了设备体积，适合随身携带， 便于测量。(2)光束在气体吸收池中多次反射会聚，有效抑制了光束的发散和杂散光，特别适合于较大发光面积的光源。(3)适合于更多种气体的浓度测量。
[0032]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解: 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种便携式污染气体浓度检测装置，其特征在于，包括依次串联连接的光源组件、气 体吸收池、光谱检测组件和信号处理组件;其中所述气体吸收池中设置有光程调节机构;所 述光源组件发射的光束耦合进入所述气体吸收池，经过所述光程调节机构调节光程后从气 体吸收池的出光口出射;所述光谱检测组件采集从所述气体吸收池出光口射出的光束光谱 并输出至所述信号处理组件。2.根据权利要求1所述的便携式污染气体浓度检测装置，其特征在于，还包括控制单 元;所述控制单元生成并输出控制信号至所述光程调节机构;所述光程调节机构接收所述 控制信号并调节进入所述气体吸收池的光束光程。3.根据权利要求2所述的便携式污染气体浓度检测装置，其特征在于，所述气体吸收池 中设置有至少一个所述光程调节机构。4.根据权利要求3所述的便携式污染气体浓度检测装置，其特征在于，所述光程调节机 构为凹面反射镜。5.根据权利要求4所述的便携式污染气体浓度检测装置，其特征在于，所述气体吸收池 中设置有第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜;所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射 镜的光轴在同一平面上。6.根据权利要求5所述的便携式污染气体浓度检测装置，其特征在于，所述控制单元生 成并输出控制信号至第二反射镜或第三反射镜;所述第二反射镜或第三反射镜沿光轴旋 转，调节进入所述气体吸收池的光束的光程。7.根据权利要求6所述的便携式污染气体浓度检测装置，其特征在于，所述第一反射镜 和第三反射镜设置在所述气体吸收池内的一侧，所述第二反射镜设置在所述气体吸收池内 的另一侧。8.根据权利要求7所述的便携式污染气体浓度检测装置，其特征在于，所述第一反射 镜、第二反射镜和第三反射镜的曲率半径相等;所述第二反射镜和第一反射镜、第二反射镜 和第三反射镜之间的距离等于第二反射镜的曲率半径。9.根据权利要求8所述的便携式污染气体浓度检测装置，其特征在于，所述气体吸收池 上开设有样气出口；所述样气出口中设置有风扇。10.根据权利要求1至9任一项所述的便携式污染气体浓度检测装置，其特征在于，所述 光源组件为短弧氙灯、脉冲氙灯或氘灯。
【文档编号】G01N21/33GK205593914SQ201620385712
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】王新全, 梁正
【申请人】青岛海纳光电环保有限公司