专利名称：多相光催化反应器内光强信号测量系统及其应用方法
技术领域：
本发明涉及一种光强信号测量系统及其应用方法，特别是一种用于多相光催化反应器内部光强波动信号的测量系统及其应用方法。本发明适合于气-液、气-固、液-固以及气-液-固等各种工况条件下的光强信号的测量。
背景技术：
多相光催化反应系统具有宏观混合程度高、反应比表面积大、传质阻力小以及能够有效利用光能的特点，因此多相光催化反应器在半导体光催化、光生物合成、光催化降解有机污染物等新技术领域倍受国内外研究者关注，是光催化技术实用化的关键。
光反应器中光强分布与随机波动是多相光催化学反应器的固有现象。光催化反应速率与反应物吸收的光强度密切相关，床层的光强分布是影响光催化反应速率的关键因素之一，它与光催化反应器数学模型的建立，反应器设计、放大和优化等密切相关，同时光强的随机波动信号又能从时域和频域提供光催化反应的许多动态信息。测定光强分布的方法有物理法(辐射照度法)、生物法(红斑效应法、灭菌率法)和化学法(各种气、液相化学露光计，如碘化钾法，草酸铁钾法，二苯酮法)等。物理法精度较高，但目前已有的光强测定装置一般只能在大气环境下使用，传感器体积较大且不能获得波动信号，如Model97503-54型光强测定仪FRANCE传感器直径50mm，感光部分直径为20mm，只能在空气介质中测量某一特定波长紫外光的平均强度；还有一些光强仪主要用于物理光学实验或材料表面光学性质的测量。而其他方法为间接方法，操作复杂，数据处理方式烦琐且误差较大，甚至只能进行定性测量。因此目前还没有一种行之有效、简便快捷的方法来准确测定多相光催化反应器内部的光强分布与波动信号。
发明内容
本发明的任务是提供一种多相光催化反应器内光强信号测量系统及其应用方法，以适应各种多相介质工况条件下光强信号的测量，并解决多相光催化反应器内光强信号测量问题，以及现有光强仪结构复杂，测量范围窄，测量方法烦琐，适应性差的问题。
本发明的任务是通过以下措施来完成的本发明多相光催化反应器内光强信号测量系统，包括光强传感器、光强仪主机、计算机处理系统、信号输出电缆，其光强信号测量系统是将光强传感器的末端与光强仪主机连接，光强仪主机通过信号输出电缆与计算机处理系统连通；所述的光强传感器是两束光导纤维固定在金属套管内，并在光导纤维的前端面设有石英玻璃封口，两束光导纤维套管外部分分别包覆有保护软管；所述的光强仪主机中设有光纤传感器接口，并经滤光片将光信号传递给光电倍增管，光电倍增管将光强信号转换为电信号，并由信号放大器放大，再经A/D转换器得到光强数字信号。其中所述的金属套管上标刻有刻度。
本发明用于多相光催化反应器内光强信号测量系统的应用方法，该应用方法在测量时，首先连通信号测量系统，开启光强仪主机的电源，预热20～30分钟，并运行数据采集软件；在测量相对光强时，先将光强传感器插入多相光催化反应器测量孔内，在切断光源时，按下光强仪主机零点调整键，设定示值为0；在接通光源时，按下光强仪主机面板上的增益键，设定示值为100；在测量绝对光强时，先将光强传感器放在标准光源下进行标定，然后再将光强传感器插入多相光催化反应器测量孔内，此时测得的光强信号为绝对光强。
本发明通过实施上述技术方案的优点与创新之处在于(1)光强测量系统使用光导纤维传感器作为测量光强传感器，具有对光强变化响应快，传感器尺寸小，不受外界电磁场干扰，及能够深入反应器床层内部不同位置点分别测量的特点。(2)测试系统结构简单，操作方便，适合于气-液、气-固、液-固以及气-液-固等各种工况下光强信号的测量。(3)测量系统有两路独立的光强测量信号通道，每通道分别具有灵敏度调整及零点调整功能，可以在宽范围内调整仪器的灵敏度，以适应对各种不同吸光系数、不同浓度范围的颗粒物料体系的测量。(4)通过用标准光强对仪器的零刻度满刻度标定，可以在较大幅度范围内改变仪器的灵敏度。(5)该光强信号测量系统既可用于相对光强信号的测量，也可用于绝对光强信号的测量。(6)该光强信号测量系统对光强信号的测量既可得到光强信号的平均值，也可得到光强的时间序列波动信号，还可根据两通道的光强测定结果进行波动信号分析。(7)该光强信号测量系统具有内外触发的工作方式，可捕获瞬变信号。
图1是本发明光强信号测量系统组成结构示意2是本发明光强传感器结构示意3是本发明光强仪主机结构示意4是本发明光强仪主机后视结构示意5是本发明光强仪主机正视结构示意中1光强传感器2光强仪主机3信号输出电缆4计算机处理系统5光导纤维6金属套管7石英玻璃8保护软管9密封胶10热缩塑料11光纤传感器接口12滤光片13光电倍增管14信号放大器15A/D转换器16微处理器CPU 17通讯接口18升压电源19光强仪主机电源20电源开关21电源保险22电源插座23打印接口24显示屏25控制面板26外触发接线端子
具体实施例方式下面结合附图对本发明作出进一步说明如下实施例1本发明光强传感器1是由直径为0.2-0.5mm的两束光导纤维单丝5外套直径为1-2mm、长为200～500mm的金属套管6制成针状传感器，金属套管6上标刻有刻度，金属套管6内灌有密封胶9，使两束光导纤维与金属保护套的位置相对固定，光强传感器1的端面以石英玻璃7封口，制成微型光强传感器1。光强传感器1的另一端有热缩塑料10封口，以保护光导纤维防止折断，两束光导纤维分别外套长1～2m的保护软管8，通过接头分别接入光强仪主机2的光纤传感器接口11上。
本发明光强仪主机2内包括光纤传感器接口11、滤光片12、光电倍增管13、供光电倍增管的升压电源18、两路信号放大器14、两路A/D转换器15、微处理器CPU 16、控制面板25、显示屏24、打印接口23、通讯接口17等电路、光强仪主机2的电源19、外触发接线端子26。光强传感器1的光强信号通过光强仪主机2的光纤传感器接口11，经滤光片12滤去与测量无关的光波，进入光电倍增管13进行光电转换，经转换后的电信号的大小就代表光强大小；将此信号经信号放大器14放大，再经A/D转换器15得到光强的数字信号，通过信号输出电缆3输入计算机处理系统4中，计算机处理系统4可以对测量结果进行相应记录及数据后处理。光强仪主机2的两路光强测量信号通道分别设有灵敏度调整及零点调整按钮。
实施例2
本发明多相光催化反应器内光强信号测量系统在多相光催化反应器内部光强分布与波动信号测量中的应用方法。
本发明将光强传感器1尾部接头分别接入光强仪主机2的光纤传感器接口11连接固定；用信号输出电缆3将光强仪主机2的通讯接口17与计算机的通讯接口连接固定，开启光强仪主机2的电源，预热20～30分钟，并运行数据分析软件。先将光强传感器1插入多相光催化反应器的测量孔内调整灵敏度，首先在暗光状态下按下光强仪主机2上的调零键，使每个通道的指示为0.0，然后将光强传感器1的测量端面置于光源附近测量最大光强，按下光强仪主机2上的增益键，使每个通道的指示为100.0。然后将光强传感器1插入多相光催化反应器测量孔内，光强传感器1的金属套管6上的刻度可以显示其在反应器内的插入位置，在光强仪主机2的控制下获得反应器内具体位置的局部光强信号。
实施例3本发明多相光催化反应器内光强信号测量系统在多相光催化反应器内部绝对光强测量中的应用方法。
本发明当需要测定绝对光强信号时，先对光强信号测量系统进行标定，即在大气环境下将光强信号测量系统的光强传感器1与普通光强测定仪传感器分别正对光源接受测量用平行光，在同一位置进行光强测量，通过改变光源的亮度或距离分别得到两组测量光强度的平均值并建立两组数据的对应关系。然后按照实施例2的方法在光强仪主机2的控制下获得不同位置的光强信号，再依据前面获得的对应关系得到绝对光强值。
权利要求
1.多相光催化反应器内光强信号测量系统，包括光强传感器、光强仪主机、计算机处理系统、信号输出电缆，其特征在于该测量系统是将光强传感器(1)的末端与光强仪主机(2)连接，光强仪主机(2)通过信号输出电缆(3)与计算机处理系统4连通；所述的光强传感器(1)是将两束光导纤维(5)固定在金属套管(6)内，并在光导纤维(5)的前端面设有石英玻璃(7)封口，两束光导纤维套管外部分分别包覆有保护软管(8)；所述的光强仪主机(2)中设有光纤传感器接口(11)，并经滤光片(12)将光信号传递给光电倍增管(13)，光电倍增管(13)将光强信号转换为电信号，由信号放大器(14)放大，经A/D转换器(15)得到光强数字信号。
2.如权利要求1所述的多相光催化反应器内光强信号测量系统，其特征在于金属套管(6)上标刻有刻度。
3.一种多相光催化反应器内光强信号测量系统的应用方法，其特征在于该应用方法是首先连通信号测量系统，开启光强仪主机(2)的电源，预热20～30分钟，并运行数据采集软件；在测量相对光强时，先将光强传感器(1)插入多相光催化反应器测量孔内，在切断光源时，按下光强仪主机(2)的零点调整键，设定示值为0；在接通光源时，按下光强仪主机(2)面板上的增益键，设定示值为100；在测量绝对光强时，先将光强传感器(1)放在标准光源下进行标定，然后再将光强传感器(1)插入多相光催化反应器测量孔内，此时测得的光强信号为绝对光强。
全文摘要
本发明公开了一种多相光催化反应器内光强信号测量系统及其应用方法。该光强信号测量系统由光强传感器通过光导纤维连通光强仪主机构成。光强仪主机中设有滤光片、光电检测器、放大器、A/D转换器以及微处理系统等。光强传感器由两束光导纤维单丝外设带刻度的金属套管，并在其端面以石英玻璃封口构成。该应用方法是将光强传感器插入多相光催化反应器测量孔内，采集光信号，并将光信号转变成相应的电信号，经放大、A/D转换得到数字光强信号。本发明结构简单，操作方便，光强传感器体积小，灵敏度高，特别适用于气－液、气－固、液－固以及气－液－固等各种工况下光强信号及其波动的测量。
文档编号G01J1/44GK101038212SQ200710061519
公开日2007年9月19日 申请日期2007年2月15日 优先权日2007年2月15日
发明者郝晓刚, 韩念琛, 张忠林, 李洪辉, 樊彩梅, 刘世斌, 孙彦平 申请人:太原理工大学