一种气体分光吸收模块及其气体实时检测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种气体分光吸收模块，包括第一分光组件、第二分光组件、第一气体容置组件、第二气体容置组件以及分光透镜；所述第一分光组件为中间设置有第一光通道的柱体，其与所述第一气体容置组件和所述第二分光组件连接；所述第二分光组件为中间设置有第二光通道的柱体，其与所述第二气体容置组件连接和所述第一分光组件连接；所述分光透镜设置在所述第一光通道和第二光通道的交界处；所述第一分光组件与所述第二分光组件连接后使得所述第一光通道和第二光通道连接在一起且其夹角为90度。实施本实用新型的气体分光吸收模块及其气体实时检测系统，具有以下有益效果：其差别较小、检测结果一致。
【专利说明】一种气体分光吸收模块及其气体实时检测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及气体检测领域，更具体地说，涉及一种气体分光吸收模块及其气体实时检测系统。
【背景技术】
[0002]当前造成城市空气污染的污染物主要是S02，NO2以及颗粒物。因此，凡是对空气进行监测，必须进行反映城市空气污染的典型污染物S02，NO2，颗粒物的监测。氮氧化物主要来源于电力供应、非金属供应、非金属矿物制品业、通讯设备、纺织业、饮料制造业等行业。氮氧化物是一氧化氮、二氧化氮及其混合物的总称，以二氧化氮(N02)为主。二氧化氮对健康和环境造成危害。二氧化氮对健康有危害，主要损害呼吸道。二氧化氮对环境有危害，对水体、土壤和大气造成污染。二氧化氮是酸雨和光化学烟雾形成的主要因素之一，是导致环境空气污染的主要有害气体之一。严重威胁着人类的健康和生存发展。在现有技术中，对上述污染物进行监测的原理是不同气体物质对不同波长光辐射的吸收程度不同，每种气体都有特征吸收波长。气体对光能量吸收程度与光在气体中经过的路程和气体体积分数有关，符合光的吸收定理，即Beer-Lambert定律。根据这个原理，检测出射光强度就可以推算出气体的浓度。在实际应用中，通常使用直接检测方法，但是，这种方法受到光源噪声以及其它干扰因素的影响，检测精度和灵敏度较低。虽然也有使用差分气体检测的方法，但是这些差分检测中使用的分光吸收模块都是个别制作或组装的，其差别较大，导致其检测结果不一致。
实用新型内容
[0003]本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述个别制作或组装、差别较大、检测结果不一致的缺陷，提供一种批量制作、差别较小、检测结果一致的一种气体分光吸收模块及其气体实时检测系统。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种气体分光吸收模块，包括第一分光组件、第二分光组件、第一气体容置组件、第二气体容置组件以及分光透镜；所述第一分光组件为中间设置有第一光通道的柱体，其一端与所述第一气体容置组件连接，其另一端与所述第二分光组件连接；所述第二分光组件为中间设置有第二光通道的柱体，其一端与所述第二气体容置组件连接，其另一端与所述第一分光组件连接；所述分光透镜设置在所述第一光通道和第二光通道的交界处；所述第一分光组件与所述第二分光组件连接的一端为其倾斜角度为45度的斜面，其与所述第二分光组件与所述第一分光组件接触的斜面相配合，使得所述第一光通道和第二光通道连接在一起且其夹角为90度；所述第一气体容置组件和第二气体容置组件均为中空的柱状体，其内部空出部分用于使通过其中的光线参数改变的容置气体。
[0005]更进一步地，所述第二分光组件上还设置有与所述第二光通道轴线方向垂直的进光通道，所述进光通道与所述第一分光组件和第二分光组件连接后的第一光通道对齐。
[0006]更进一步地，所述第一光通道靠近所述第二分光组件一端和所述第二光通道靠近所述第一分光组件一端的内壁上分别设置有用于在所述第一分光组件和第二分光组件连接时固定所述分光透镜的透镜固定凸起；所述透镜固定凸起固定所述分光透镜使其平分所述第一光通道和第二光通道所形成的夹角。
[0007]更进一步地，所述第一分光组件和第二分光组件的对应位置上还设置有使所述第一分光组件和第二分光组件连接在一起的连接螺钉孔。
[0008]更进一步地，所述第一分光组件和所述第一气体容置组件连接的一端的外表面设置有设定长度的螺纹，通过和设置在所述第一气体容置组件一端内壁上的螺纹配合，使所述第一分光组件和第一气体容置组件连接；所述第二分光组件和所述第二气体容置组件连接的一端的外表面设置有设定长度螺纹，通过和设置在所述第二气体容置组件一端内壁上的螺纹配合，使所述第二分光组件和第二气体容置组件连接。
[0009]更进一步地，还包括用于连接所述第一气体容置组件另一端和光接收模块的第一连接组件以及连接所述第二气体容置组件另一端和另一光接收模块的第二连接组件；所述第一连接组件和第二连接组件中部设置有使光通过的通道。
[0010]更进一步地，在所述第一气体容置组件另一端的内壁上还设置有设定长度螺纹，其与设置在所述第一连接组件一端外表面的螺纹配合，使所述第一连接组件固定在所述第一气体容置组件的另一端；在所述第二气体容置组件另一端的内壁上还设置有设定长度螺纹，其与设置在所述第二连接组件一端外表面的螺纹配合，使所述第二连接组件固定在所述第二气体容置组件的另一端。
[0011]更进一步地，所述第一气体容置组件和第二气体容置组件的两端内壁上还分别设置有圆环状凸起，用于在所述气体容置组件在与所述分光组件和连接组件连接时固定并压紧设置在所述气体容置组件两端内部的隔离透镜，分别使所述第一气体容置组件和第二气体容置组件的内部空间形成隔离空间，以留置气体。
[0012]更进一步地，所述第一气体容置组件和第二气体容置组件的侧壁上还分别设置有两个接通其内部空间和外部的、用于使气体进出其内部空间的通孔。
[0013]本实用新型还涉及一种气体实时检测系统，所述系统采用差分检测，使相同的光分别通过标准气体和待测气体之后被不同的接收模块接收，比较两个接收模块接收到的光参数的变化，得到待测气体的参数；其采用气体分光吸收模块对同一光源的光进行分光，并使其通过不同的气体被接收；其中，所述气体分光吸收模块是上述任意一项所述的气体分光吸收模块。
[0014]实施本实用新型的气体分光吸收模块及其气体实时检测系统，具有以下有益效果:由于采用45度的斜面相互配合，且将分光透镜设置在该斜面上，同时，第一分光组件和第二分光组件的结构又相对固定，所以其光源进入、分光以及光传输途径都相对固定；而气体容置组件又分别与分光组件连接，因而分光后的光传输途径也是相对固定的。因此其差别较小、检测结果一致。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型气体分光吸收模块及其气体实时检测系统实施例中气体分光吸收模块的剖视结构示意图；
[0016]图2是所述实施例中第二分光组件的结构示意图；
[0017]图3是所述实施例中第一气体容置组件的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步说明。
[0019]如图1、2和3所示，在本实用新型的气体分光吸收模块及其气体实时检测系统实施例中，该气体分光吸收模块包括第一分光组件1、第二分光组件2、第一气体容置组件3、第二气体容置组件4、分光透镜5、第一连接组件6和第二连接组件7 ;其中，第一分光组件I为中间设置有第一光通道11的柱体，其一端与第一气体容置组件3连接，其另一端与第二分光组件2连接；第二分光组件2为中间设置有第二光通道21的柱体(请参见图2)，其一端与第二气体容置组件4连接，其另一端与第一分光组件I连接；分光透镜5设置在第一光通道11和第二光通道21的交界处，当第一分光组件I和第二分光组件2固定连接在一起时，该分光透镜5被夹持固定在其中；在本实施例中，第一分光组件I与第二分光组件2连接的一端为其倾斜角度为45度的斜面，其与所述第二分光组件2与第一分光组件I接触的斜面(请参见图2，实际上，第一分光组件I和第二分光组件2相接触的面均是斜面)相配合，使得上述两个斜面吻合后，第一光通道11和第二光通道21连接在一起且其夹角为90度。
[0020]请参见图2，在图2中，第二分光组件2上还设置有与第二光通道21长度轴线方向垂直的进光通道22，进光通道22与第一分光组件I和第二分光组件2连接后的第一光通道11对齐。在本实施例中，上述进光通道22用于使光源发出的光能够进入到上述第二光通道21中，并以设定的角度进入上述设置在两个分光组件中间的分光透镜5上，使得其分光。分光后光源的入射光线被分为两路，一路反射光，进入上述第二光通道21传输；另一路穿过上述分光透镜5进入第一光通道11传输。此外，在图2中，第二光通道21的内壁上靠经第一光通道11的一端设置有用于在第一分光组件I和第二分光组件2连接时固定分光透镜5的透镜固定凸起23 ;同样地，第一光通道11靠近第二分光组件2的一端的内壁上也分别设置有这样的透镜固定凸起。当第一分光组件I和第二分光组件2连接时，上述透镜固定凸起限定了分光透镜5的位置和设置角度，使得分光透镜5平分第一光通道11和第二光通道21所形成的夹角，便于其分光，从而使得其分光参数是固定的。
[0021]在本实施例中，第一分光组件I和第二分光组件2的对应位置上还设置有使第一分光组件I和第二分光组件2连接在一起的连接螺钉孔12。在本实施例中，第一分光组件I和第二分光组件2上分别设置有多个连接螺钉孔12，且其设置位置相对应。在时上述第一分光组件I和第二分光组件2连接在一起时，使用多个螺钉或螺钉与螺母的配合分别穿过上述连接螺钉孔12，并使其收紧，即可将上述第一分光组件I和第二分光组件2连接在一起。
[0022]在本实施例中，请参见图3，第一气体容置组件3和第二气体容置组件4的结构大致相同，图3示出了第一气体容置组件的具体结构。在本实施例中，上述第一气体容置组件3和第二气体容置组件4均为中空的柱状体，其内部空出部分用于使通过其中的光线参数改变的容置的气体。第一气体容置组件3和第二气体容置组件4的一端分别连接在上述第一分光组件I和第二分光组件2上，而I第一气体容置组件3的另一端通过第一连接组件6和一个光接收模块连接；第二气体容置组件2另一端通过第二连接组件7和另一光接收模块连接；其中，第一连接组件6和第二连接组件7的中部设置有使光通过的通道。当上述分光后的光线分别通过容置在上述第一气体容置组件3和第二气体容置组件4中的不同气体(这两种气体一种是标准气体，另一种是待测气体，分别容置在不同的组件中)后达到上述不同的光接收模块，由于气体的不同，其光线参数的变化也不同，分别得到参数变化后，再对其加以比较，即可得到其中待测气体的参数。
[0023]在本实施例中，上述第一分光组件I与第一气体容置组件3、第二分光组件2与第二气体容置组件4、第一气体容置组件3和第一连接组件6以及第二气体容置装置和第二连接组件7之间的连接都是通过螺纹组合连接的，不仅方便拆卸，还能保证系统的稳定性、气密性、耐腐蚀性等特性。具体而言，第一分光组件I和第一气体容置组件3连接的一端的外表面设置有设定长度的螺纹(请参见图2中的24，虽然图2示出的是第二分光组件2，但是在连接螺纹处的结构，第一分光组件I和第二分光组件2是相同的)，通过和设置在第一气体容置组件3 —端内壁上的螺纹(请参见图3中的31或32)配合，使第一分光组件I和第一气体容置组件3连接；第二分光组件2和第二气体容置组件4连接的一端的外表面设置有设定长度螺纹24，通过和设置在第二气体容置组件4 一端内壁上的螺纹配合，使第二分光组件2和第二气体容置组件4连接。而在第一气体容置组件3的另一端(即远离第一分光组件I)的内壁上还设置有设定长度螺纹(图3中的31或32)，其与设置在第一连接组件6 一端外表面的螺纹配合，使第一连接组件6固定在第一气体容置组件3的另一端；在第二气体容置组件4另一端的内壁上还设置有设定长度螺纹，其与设置在第二连接组件7 —端外表面的螺纹配合，使第二连接组件7固定在第二气体容置组件4的另一端。
[0024]此外，在本实施例中，上述第一气体容置组件3和第二气体容置组件4的两端内壁上还分别设置有圆环状凸起33 (请参见图3)，该圆环状凸起33用于在气体容置组件(3、4)在与分光组件(1、2)和连接组件(6、7)连接时固定并压紧设置在气体容置组件(3、4)两端内部的隔离透镜(图3中的35和36)，分别使第一气体容置组件3和第二气体容置组件4的内部空间形成隔离空间，以留置气体。当然，在本实施例中，这些透镜除了上述隔离的作用夕卜，还可以起到别的作用。例如，是进入的光线准直或聚焦。在本实施例中，由于第一气体容置组件3和第二气体容置组件4的结构大致相同，所以只给出了图3中的第一气体容置组件的示意图，实际上，第二气体容置组件4的结构和图3所示的也是大致相同的。此外，图3中标记为35的透镜是准直透镜，而标记为36的透镜是聚焦透镜。设置的原则是在光线进入时使其准直，而在光线离开时使其聚焦。
[0025]在图3中，第一气体容置组件3的侧壁上还分别设置有两个接通其内部空间和外部的、用于使气体进出其内部空间的通孔34 ;便于对上述第一气体容置装置内部进行气体充气或更换。在气体充入完成后，该通孔34通过阀门或塞子使其堵塞，使得该第一气体容置组件3的内部和外部隔离。此外，第二气体容置组件4也是如此设置的。
[0026]在本实施例，还涉及一种气体实时检测系统，所述系统采用差分检测，使相同的光分别通过标准气体和待测气体之后被不同的接收模块接收，比较两个接收模块接收到的光参数的变化，得到待测气体的参数；其采用气体分光吸收模块对同一光源的光进行分光，并使其通过不同的气体被接收；其中，所述气体分光气体吸收分光模块是上述气体分光模块。
[0027]在本实施例，上述气体分光吸收模块的各个组件采用工程塑料ABS材料通过注塑得到，由于ABS是一种综合性能十分良好的树脂，ABS树脂是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文名Acrylonitrile-butadine-styrene (简称ABS)。ABS无毒,微黄色，在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度，热变形温度比高，抗腐蚀性能好，尺寸稳定性好，收缩率在0.4%-0.8%范围内。ABS具有良好的成型加工性，制品表面光洁度高。经验证可满足气体检测系统的设计要求(在本实施例中，采用激光对N02气体进行测试)。
[0028]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种气体分光吸收模块，其特征在于，包括第一分光组件、第二分光组件、第一气体容置组件、第二气体容置组件以及分光透镜；所述第一分光组件为中间设置有第一光通道的柱体，其一端与所述第一气体容置组件连接，其另一端与所述第二分光组件连接；所述第二分光组件为中间设置有第二光通道的柱体，其一端与所述第二气体容置组件连接，其另一端与所述第一分光组件连接；所述分光透镜设置在所述第一光通道和第二光通道的交界处；所述第一分光组件与所述第二分光组件连接的一端为其倾斜角度为45度的斜面，其与所述第二分光组件与所述第一分光组件接触的斜面相配合，使得所述第一光通道和第二光通道连接在一起且其夹角为90度；所述第一气体容置组件和第二气体容置组件均为中空的柱状体，其内部空出部分用于使通过其中的光线参数改变的容置气体。
2.根据权利要求1所述的气体分光吸收模块，其特征在于，所述第二分光组件上还设置有与所述第二光通道轴线方向垂直的进光通道，所述进光通道与所述第一分光组件和第二分光组件连接后的第一光通道对齐。
3.根据权利要求2所述的气体分光吸收模块，其特征在于，所述第一光通道靠近所述第二分光组件一端和所述第二光通道靠近所述第一分光组件一端的内壁上分别设置有用于在所述第一分光组件和第二分光组件连接时固定所述分光透镜的透镜固定凸起；所述透镜固定凸起固定所述分光透镜使其平分所述第一光通道和第二光通道所形成的夹角。
4.根据权利要求3所述的气体分光吸收模块,其特征在于，所述第一分光组件和第二分光组件的对应位置上还设置有使所述第一分光组件和第二分光组件连接在一起的连接螺钉孔。
5.根据权利要求4所述的气体分光吸收模块，其特征在于，所述第一分光组件和所述第一气体容置组件连接的一端的外表面设置有设定长度的螺纹，通过和设置在所述第一气体容置组件一端内壁上的螺纹配合，使所述第一分光组件和第一气体容置组件连接；所述第二分光组件和所述第二气体容置组件连接的一端的外表面设置有设定长度螺纹，通过和设置在所述第二气体容置组件一端内壁上的螺纹配合，使所述第二分光组件和第二气体容置组件连接。
6.根据权利要求5所述的气体分光吸收模块,其特征在于,还包括用于连接所述第一气体容置组件另一端和光接收模块的第一连接组件以及连接所述第二气体容置组件另一端和另一光接收模块的第二连接组件；所述第一连接组件和第二连接组件中部设置有使光通过的通道。
7.根据权利要求6所述的气体分光吸收模块,其特征在于，在所述第一气体容置组件另一端的内壁上还设置有设定长度螺纹，其与设置在所述第一连接组件一端外表面的螺纹配合，使所述第一连接组件固定在所述第一气体容置组件的另一端；在所述第二气体容置组件另一端的内壁上还设置有设定长度螺纹，其与设置在所述第二连接组件一端外表面的螺纹配合，使所述第二连接组件固定在所述第二气体容置组件的另一端。
8.根据权利要求7所述的气体分光吸收模块，其特征在于，所述第一气体容置组件和第二气体容置组件的两端内壁上还分别设置有圆环状凸起，用于在所述气体容置组件在与所述分光组件和连接组件连接时固定并压紧设置在所述气体容置组件两端内部的隔离透镜，分别使所述第一气体容置组件和第二气体容置组件的内部空间形成隔离空间，以留置气体。
9.根据权利要求8所述的气体分光吸收模块，其特征在于，所述第一气体容置组件和第二气体容置组件的侧壁上还分别设置有两个接通其内部空间和外部的、用于使气体进出其内部空间的通孔。
10.一种气体实时检测系统，其特征在于，所述系统采用差分检测，使相同的光分别通过标准气体和待测气体之后被不同的接收模块接收，比较两个接收模块接收到的光参数的变化，得到待测气体的参数；其采用气体分光吸收模块对同一光源的光进行分光，并使其通过不同的气体被接收；其中，所述气体分光吸收模块是如权利要求1-9任意一项所述的气体分光吸收模块。
【文档编号】G01N21/31GK204116221SQ201420512623
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】高致慧, 杨勇, 林伟豪, 曹志, 黄必昌, 李金艳, 贺威 申请人:深圳大学