一种一体化多余度离子化传感器的制作方法

本发明涉及离子化传感器技术领域，具体为一种一体化多余度离子化传感器。

背景技术：

离子化传感器当有气体进入电离室时，气体分子受到真空紫外灯发出的高能量光子撞击，如该种气体的电离能低于真空紫外灯发射光子能量，就有可能被电离成带正电的离子和带负电的电子。在电离室内受偏置电极和离子收集电极构成的电场作用下，离子和电子被分离，并分别向相对低电位的离子收集电极和相对高电位偏置电极漂移。此时在离子收集电极就产生一个与被电离离子数目所关联的电流，检测这个电流的大小，便可计算出相对应的被测气体浓度。

在实际应用中，光源衰退及紫外窗口玷污引起的零点漂移和灵敏衰减是光离子化传感器主要问题之一。目前商用的光离子化传感器均包含一个紫外灯和一个电离室。尽管已有技术实现传感器的零点自修整，但是灵敏度衰减任然需要定期校准维护来修正，这也限制了光离子化传感器在环保及石油化工等领域的广泛应用。

光离子化传感器在现场使用时，现场气体中所有电离能低于传感器内部紫外灯输出光子能量的物质均会被电离而产生信号。很多时候很难判别传感器的输出信号是否真正是用户所关注的部分物质所产生，这也是光离子化传感器应用中的一个痛点。

光离子化传感器的信号输出具有类似抛物线型的非线性特征，目前的光离子化传感器在低浓度段可以实现1ppb的分辨率，但是在几百ppm以上浓度时检测分辨率就严重变差，往往只能达到几十ppm，甚至只有上百ppm的分辨率。鉴于此，我们提出一种一体化多余度离子化传感器。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种一体化多余度离子化传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种一体化多余度离子化传感器，所述传感器上设置有进气口、电离室、出气口，且所述进气口、出气口与所述电离室连通；所述电离室内至少包含：

一个偏置电极，用于对被测气体施加直流电压；

两个收集电极，用于获取与被测气体浓度相对应的电流信号；

两个真空紫外灯，且所述真空紫外灯配置的输出光子能量不同或相同，用于被测气体施冗余测量和去除被气体中的干扰物；

一个高压驱动模块，用于驱动所述真空紫外灯。

优选的，所述真空紫外灯配置的输出光子能量相同，且所述高压驱动模块独立驱动所述真空紫外灯；

检测时，向电离室内通入被测气体，先开启其中一个真空紫外灯，并利用收集电极收集到一定强度的离子流信号后再开启另一真空紫外灯，并利用收集电极收集离子流信号，通过在后采集的离子流信号检验在前采集的离子流信号，减少测量误差。

优选的，述真空紫外灯配置的输出光子能量不同，且所述高压驱动模块并行驱动所述真空紫外灯；

检测时，向电离室内通入被测气体，由于输出光子能量不同，电离室内的收集电极收集到不同的离子流信号，利用离子流信号差值计算被测气体中所对应的有机挥发物浓度。如采用一个输出能量为10.6ev的光子，另一个输出能量为9.8ev光子，同时分别在两个电离室检测收集信号，这两路的信号对用的浓度差值就是能被10.6ev光子电离但不能被9.8ev光子电离的物质所对应的有机挥发物浓度。

譬如，常见的乙醇和苯，其电离能分别为10.48ev和9.24ev，上述两种气体均可被10.6ev真空紫外灯电离。针对上述混合气体测量时，如果i106代表是输出光子能量为10.6ev通道的信号强度，可换算出对应的有机挥发物浓度为v106，在上述案例中v106代表的是乙醇和苯的总浓度。而9.8ev真空紫外灯仅能电离上述物质中的苯，如果i98代表的是输出光子能量为9.8ev通道的信号强度，其可换算出有机挥发物浓度为v98，在上述案列中，v98代表的仅是苯的浓度。此时δv＝v106-v98即为对应于电离能大于9.8ev但小于10.6ev的化学物质浓度，在上述案列中δv就是乙醇的浓度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.该一体化多余度离子化传感器，通过输出光子能量相同的真空紫外灯，调整两路信号的放大倍率，使一个通道在1ppb至10ppm浓度范围内达到1ppb量级的分辨率，另一个通道在1ppm至10000ppm浓度范围内达到1ppm的分辨率，这样在扩展量程的同时，又有效的提高了传感器在全量程范围内的分辨率。

2.该一体化多余度离子化传感器，通过输出光子能量相同的真空紫外灯，先后进行被测气体的测量，并将第二次测量数据用于第一次测量数据的校验和修正，以减少测量误差，有效延长传感器的维护周期和使用寿命。

3.该一体化多余度离子化传感器，通过输出光子能量不同的真空紫外灯，来甄别某些特定的化合物所对应的有机挥发物浓度。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

请参阅图1所示，本发明提供的一种技术方案：

一种一体化多余度离子化传感器，所述传感器上设置有进气口、电离室、出气口，且所述进气口、出气口与所述电离室连通；所述电离室内至少包含：

一个偏置电极，用于对被测气体施加直流电压，且偏置电极上可施加几十或几百伏特的直流电压，其电压值可以为正也可以为负；

两个收集电极，用于收集离子或电子，获取与被测气体浓度相对应的电流信号；

两个真空紫外灯，且所述真空紫外灯配置的输出光子能量不同或相同，用于被测气体施冗余测量和去除被气体中的干扰物；

一个高压驱动模块，用于驱动所述真空紫外灯。

本实施例中，所述真空紫外灯配置的输出光子能量相同，且所述高压驱动模块独立驱动所述真空紫外灯；

检测时，向电离室内通入被测气体，先开启其中一个真空紫外灯，并利用收集电极收集到一定强度的离子流信号后再开启另一真空紫外灯，并利用收集电极收集离子流信号，通过在后采集的离子流信号检验在前采集的离子流信号，减少测量误差。

实验例1

传感器中安装两个输出光子能量同样为10.6ev的真空紫外灯，两个真空紫外灯公用一个高压驱动模块独立控制，或者采用两个驱动模块独立控制；

正常工作时，先开启其中一个真空紫外灯进行检测，当检测到一定的离子流信号输出强度时，开启第二个真空紫外灯进行检测，并采集离子流信号输出强度，由于通常情况下，真空紫外灯在非工作状态下几乎不会衰减，其输出窗口也不会存在电离产生的沉积物，此时将第二次采集的离子流信号当作是一个相对准确的测量数据去校验和修正第一次采集的离子流信号。

实验例2

传感器中安装两个输出光子能量同样为10.6ev的真空紫外灯，两个紫外灯公用一个高压驱动模块。

分别调整两路信号的放大倍率，使一个通道在1ppb至10ppm浓度范围内达到1ppb量级的分辨率，另一个通道在1ppm至10000ppm浓度范围内达到1ppm的分辨率，这样在扩展量程的同时，又有效的提高了传感器在全量程范围内的分辨率。

本实施例中，所述真空紫外灯配置的输出光子能量不同，且所述高压驱动模块并行驱动所述真空紫外灯，所述真空紫外灯位于一独立的电离室内；

检测时，向电离室内通入被测气体，由于输出光子能量不同，电离室内的收集电极收集到不同的离子流信号，利用离子流信号差值计算被测气体中所对应的有机挥发物浓度。

实验例3

传感器中安装一个输出光子能量为9.8ev和一个输出光子能量为10.6ev的真空紫外灯，两个真空紫外灯使用同一个驱动模块并行驱动，并且两个电离室使用同一个偏置电压模块，分别收集两个电离室的离子信号进行处理。当通入10ppm氯乙烯+10ppm异丁烯混合气体时，9.8ev真空紫外灯对应的通道只能电离混合气体中的异丁烯(电离能为9.22ev)，而10.6ev真空紫外灯所对应的通道能将混合器中的异丁烯和氯乙烯(电离能为9.99ev)全部电离而输出一个更大的信号。传感器内部单片机分别对两路信号采样计算后，两者之间的差值就是混合气体中氯乙烯所产生的信号，本实施方案中，传感器也可以直接输出两路电流或电压信号，由外部计算机设备处理计算。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。