一种利用脉冲紫外荧光法检测二氧化硫气体浓度的检测器的制作方法

本发明二氧化硫检测技术领域，具体涉及一种利用脉冲紫外荧光法检测二氧化硫气体浓度的检测器。

背景技术：

二氧化硫(化学式SO2)是最常见、最简单的硫氧化物，属于大气主要污染物之一。二氧化硫被列于世界卫生组织国际癌症研究机构三类致癌物清单中。

大气中的SO2要由燃料如煤炭、石油、天然气等燃烧以及在化学产品的生产过程中产生，SO2还是产生光化学烟雾和酸雨的根源之一，因此，使用这些燃料作为能源对环境带来的危害日益成为人们的担心和关注重点。

中华人民共和国石油化工行业标准SH-T 0689-2000中规定了对轻质烃及发动机燃料和其他油品的总硫含量采用紫外荧光法作为测量方法。该测量方法的原理为：二氧化硫气体吸收紫外光照射的能量转变为激发态的二氧化硫(SO2*)，当激发态的二氧化硫返回到稳定态的二氧化硫时发射荧光，该荧光强度被检测，由所得信号值计算出试样的硫含量。

目前国内大部分厂家生产的SO2测硫仪采用非脉冲的紫外荧光法，通常采用锌灯作为光源，紫外光源工作在连续发光模式，其光强衰减快，寿命较短。由于光源工作在连续发光模式，信号检测电路难以区分背景杂光信号和有用的荧光信号，仪器检测下限偏高。

CN101532960A公开了一种脉冲紫外荧光法测定痕量总硫的方法，提出了一种利用匀速或周期性运动的遮光板交替式遮挡或透过紫外光，间断式照射二氧化硫，每一周期中照射时间为0.8～1.2秒，间断时间为4～6毫秒。这种产生脉冲紫外光的方法还是采用直流驱动的锌灯作为紫外光源，采用机械斩光调制的方式得到紫外光脉冲，对于激发光源寿命和激发光强度并没有提高和改善。另外由于机械斩光调制方式固有的机械振动导致光脉冲的不稳定，从而在减少仪器基线噪声，提高检测器灵敏度、准确度等方面的改善受到制约。

CN 203643340U公开了一种荧光反应检测器，为了消除光路波动造成的测量误差，光路中采用两路监测，一路作为样气光路测量所激发的荧光强度，另一路作为参比光路监测光源的变化，对光源变化进行自动补偿。为了消除光路波动造成的测量误差而采用的样气光路测量所激发的荧光强度，另一参比光路监测氙灯光源的变化，这种补偿方法由于两个光路具有先天的差异，加之光源强度的变化和激发产生的荧光强度并不是理想条件下的线性关系，因而有待于改进提升。

技术实现要素：

本实用新型提供一种利用脉冲紫外荧光法检测二氧化硫气体浓度的检测器，用以检测二氧化硫气体的浓度。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种利用脉冲紫外荧光法检测二氧化硫气体浓度的检测器，其包括：

气体反应池，用于容置待测气体；

闪烁氙灯，采用脉冲调制方式进行调制，用于周期性的发出高能量密度的紫外光脉冲，以照射待测气体；

闪烁氙灯电源，与闪烁氙灯连接并包括储能元件，用于为闪烁氙灯提供工作所需的电力；

触发控制信号产生电路，与闪烁氙灯电源连接，用于产生周期性的脉冲触发信号，脉冲触发信号对储能元件进行充/放电，以周期性控制闪烁氙灯处于激发/非激发状态；

光电转换器件，用于将待测气体中的二氧化硫激发后产生的荧光信号转换为电流信号；

荧光信号检测电路，包含I/V转换电路、第一采样电路、第二采样电路、线性门积分器、低通滤波器和模数转换器，I/V转换电路与光电转换器件连接，第一采样电路和第二采样电路连接在I/V转换电路与线性门积分器之间，低通滤波器连接在线性门积分器与模数转换器之间，I/V转换电路用于将电流信号转换为电压信号，当闪烁氙灯处于被激发状态时，第一采样电路对电压信号进行采样，当闪烁氙灯处于非激发状态时，第二采样电路对光电转换器件中的基线噪声信号进行采样，线性门积分器用于对第一采样电路与第二采样电路输出的信号的差值进行积分；

输出模块，与模数转换器连接，根据模数转换器输出的数字信号计算得出二氧化硫的浓度。

在本实用新型的一实施例中，所述储能元件为电容。

在本实用新型的一实施例中，电容的容值为0.1uF，放电电压介于800V-1000V之间。

在本实用新型的一实施例中，脉冲触发信号的频率介于10Hz-100Hz之间。

在本实用新型的一实施例中，脉冲触发信号的频率介于30Hz-50Hz之间。

在本实用新型的一实施例中，光电转换器件为光电倍增管。

在本实用新型的一实施例中，第一采样电路和第二采样电路均由运算放大器和模拟开关组成。

在本实用新型的一实施例中，第一采样电路中的运算放大器和第二采样电路中的运算放大器封装在同一集成器件中。

在本实用新型的一实施例中，线性门积分器包括一运算放大器、一电容、一电阻和一模拟开关。

在本实用新型的一实施例中，紫外光脉冲的波长介于200nm-250nm之间，紫外光脉冲的能量密度介于0.1-0.2uW/cm²之间，闪烁氙灯的发光弧长为3mm并且光路为准直光路。

本实用新型提供的利用脉冲紫外荧光法检测二氧化硫气体浓度的检测器具有以下优点：

(1)采用闪烁氙灯并且工作在非连续发光模式，降低了工作损耗、占用的体积和散热量，能够延长使用寿命以及提高光强度；

(2)闪烁氙灯工作在非连续发光模式，有助于区分有用的荧光信号和背景中的杂光信号，提高了检测准确性；

(3)不包含会产生机械振动的机械斩光结构，紫外光脉冲更稳定，有助于减少整体的基线噪声，进而提高检测灵敏性和准确性。

附图说明

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的利用脉冲紫外荧光法检测二氧化硫气体浓度的检测器的整体结构示意图；

图2为本实用新型中荧光信号检测电路的部分电路图；

图3为D0、D1、D2之间的时序关系示意图；

图4为D0、D1、D2、D3之间的时序关系示意图。

附图标记说明：1-气体反应池；2-闪烁氙灯；3-闪烁氙灯电源；31-储能元件；4-触发控制信号产生电路；5-光电转换器件；6-荧光信号检测电路；61-I/V转换电路；62-第一采样电路；63-第二采样电路；64-线性门积分器；65-低通滤波器；66-模数转换器；7-输出模块。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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付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。

图1为本实用新型提供的利用脉冲紫外荧光法检测二氧化硫气体浓度的检测器的整体结构示意图，图2为本实用新型中荧光信号检测电路的部分电路图，如图1、图2所示，本实用新型提供的利用脉冲紫外荧光法检测二氧化硫气体浓度的检测器，其包括：

气体反应池1，用于容置待测气体；

闪烁氙灯2，采用脉冲调制方式进行调制，用于周期性的发出高能量密度的紫外光脉冲，以照射待测气体；

闪烁氙灯电源3，与闪烁氙灯2连接并包括储能元件31，用于为闪烁氙灯2提供工作所需的电力，储能元件31可以为电容，较佳实施例中，电容的容值为0.1uF，放电电压介于800V-1000V之间。；

触发控制信号产生电路4，与闪烁氙灯电源3连接，用于产生周期性的脉冲触发信号D0，脉冲触发信号对储能元件21进行充/放电，以周期性控制闪烁氙灯2处于激发/非激发状态，脉冲触发信号的频率较佳为介于10Hz-100Hz之间，脉冲触发信号的频率更佳为介于30Hz-50Hz之间；

光电转换器件5，用于将待测气体中的二氧化硫激发后产生的荧光信号转换为电流信号，光电转换器件5可以为光电倍增管(PMT)；

荧光信号检测电路6，包含I/V转换电路61、第一采样电路62、第二采样电路63、线性门积分器64、低通滤波器65和模数转换器66，I/V转换电路61与光电转换器件5连接，第一采样电路62和第二采样电路63连接在I/V转换电路61与线性门积分器64之间，低通滤波器65连接在线性门积分器64与模数转换器66之间，I/V转换电路61用于将电流信号转换为电压信号，当闪烁氙灯2处于被激发状态时，第一采样电路62对电压信号进行采样，当闪烁氙灯2处于非激发状态时，第二采样电路63对光电转换器件5中的基线噪声信号进行采样，线性门积分器64用于对第一采样电路62与第二采样电路63输出的信号的差值进行积分，此处的激发状态即闪烁氙灯2发出紫外光脉冲并激发二氧化硫气体产生荧光的状态，非激发状态即闪烁氙灯2不发出紫外光脉冲的状态，此时二氧化硫气体也不会产生荧光，低通滤波器65用于对线性门积分器64输出的信号进一步滤波，模数转换器66将滤波后的信号转换为数字信号；

输出模块7，与模数转换器66连接，根据模数转换器66输出的数字信号计算得出二氧化硫的浓度，此处如何计算得出二氧化硫的浓度为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述。

如图2所示，第一采样电路62和第二采样电路63均由运算放大器和模拟开关组成，运算放大器OP1和模拟开关K2构成第一采样电路，运算放大器OP2和模拟开关K1构成第二采样电路，其中，运算放大器OP1与运算放大器OP2较佳为封装在同一集成器件中。D1和D2分别为第一采样电路62和第二采样电路63的采样控制信号，通过D1和D2实现从荧光信号中减去基线噪声信号。

图2中，线性门积分器64包括一运算放大器OP3、一电容C1、一电阻R1和一模拟开关K3，电容C1的两端连接在模拟开关K3上，模拟开关K3是常开型的，线性门积分器64对第一采样电路62与第二采样电路63输出的信号的差值进行积分，积分次数可以根据实际需要进行设置，此技术为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述。D3为电容C1(积分电容)的复位控制信号，通过D3控制模拟开关K3，实现对电容C1的复位。电容C1复位过程如下：模拟开关K3的触点闭合，触点闭合后会存在一个导通电阻Ron，电容C1和导通电阻Ron形成一个放电回路，电容C1上积累的电荷得到释放。

本实用新型中，D0、D1、D2、D3有着特定的时序关系，如图3所示为D0、D1、D2之间的时序关系示意图；图4为D0、D1、D2、D3之间的时序关系示意图。

在本实用新型的一实施例中，紫外光脉冲的波长介于200nm-250nm之间，紫外光脉冲的能量密度介于0.1-0.2uW/cm²之间，闪烁氙灯的发光弧长为3mm并且光路为准直光路。

本实用新型提供的利用脉冲紫外荧光法检测二氧化硫气体浓度的检测器具有以下优点：

(1)采用闪烁氙灯并且工作在非连续发光模式，降低了工作损耗、占用的体积和散热量，能够延长使用寿命以及提高光强度；

(2)闪烁氙灯工作在非连续发光模式，有助于区分有用的荧光信号和背景中的杂光信号，提高了检测准确性；

(3)不包含会产生机械振动的机械斩光结构，紫外光脉冲更稳定，有助于减少整体的基线噪声，进而提高检测灵敏性和准确性。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

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实施例技术方案的精神和范围。