一种基于紫外荧光法的二氧化硫检测结构、系统及方法与流程

1.本发明适用于检测技术领域，尤其涉及一种基于紫外荧光法的二氧化硫检测结构、系统及方法。


背景技术：

2.近年来，随着我国工业的迅速发展，大量开采煤矿、燃煤发电，对钢铁和有色金属的冶炼等都极大程度地对大气造成了二氧化硫污染，通过紫外荧光法监测大气中的二氧化硫是目前较为常用的技术手段。
3.在上述现有的相关检测设备中，常常由于紫外光强度的起伏，使得荧光发生变化，导致最后测量的二氧化硫结果产生偏差。
4.鉴于上述问题，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期设计一种基于紫外荧光法的二氧化硫检测结构、系统及方法。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种基于紫外荧光法的二氧化硫检测结构，可有效解决背景技术中的问题，同时本发明中还请求保护一种基于紫外荧光法的二氧化硫检测系统及方法，具有同样的技术效果。
6.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于紫外荧光法的二氧化硫检测结构，包括：光源组件，提供特定波长的紫外光；反应气室，提供密闭空间，所述密闭空间供待检测样气进出，且在所述密闭空间内，所述样气吸收所述紫外光而释放荧光；光电倍增管组件，将所述荧光的信号转换成电信号；升压电路板，与所述光源组件连接，为所述光源组件供电；电源，与所述光电倍增管组件连接，为所述光电倍增管组件供电；信号处理与反馈组件，分别与所述升压电路板、电源和光电倍增管组件连接，控制所述升压电路板和电源的输出，且将所述电信号转化为所述二氧化硫的检测结果；还包括光敏传感器，与所述信号处理与反馈组件连接，所述光敏传感器对所述紫外光的强度进行检测，强度检测结果作为所述升压电路板和电源的输出依据。
7.进一步地，所述光源组件包括：氙灯，与所述电源连接，在电能的供给下提供185
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2000nm波长的散光；提取结构，在所述散光中提取206
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224nm波长的紫外光；所述提取结构包括：套筒，对所述氙灯进行固定；第一调节组件，对来自所述氙灯的散光进行方向平行调整；
滤光组件，包括安装座和若干反射镜，所述反射镜与所述安装座固定连接，且与所述安装座共同围设成密闭的光路空间，且各所述反射镜对206
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224nm波长的紫外光进行反射，且供波长范围外的光透过。
8.进一步地，所述反射镜包括：连接板，与所述安装座固定连接；底座，与所述连接板连接，且插入所述光路空间内，所述底座设置有凹陷区域；镜片，安装于所述底座上，对所述凹陷区域进行密封，且对206
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224nm波长的紫外光进行反射，以及供波长范围外的光进入所述凹陷区域。
9.进一步地，所述光源组件还包括第二调节组件，所述第二调节组件包括：透光座，与所述安装座固定连接，所述透光座内部设置有贯通腔，所述贯通腔内壁设置有至少一级台阶面；挡板，设置于所述安装座与所述透光座之间，设置有特定形状的孔位，所述孔位供来自所述安装座的光线穿过；凸透镜，安装于所述贯通腔内，一侧通过一级所述台阶面进行阻挡限位，且与所述台阶面之间设置有密封结构；压环，与所述透光座固定连接，且对所述凸透镜另一侧外圈进行挤压而实现所述凸透镜与所述台阶面的贴合。
10.进一步地，还包括第三调节组件，设置于所述反应气室与所述光电倍增管组件之间供所述荧光通过，所述第三调节组件包括：第一平凸透镜、第二平凸透镜、过滤片和分割环；所述第一平凸透镜和第二平凸透镜设置于位于所述反应气室上的孔位内，凸面相对设置，所述分割环设置于二者之间，且与至少一个平凸透镜之间设置有密封结构；所述光电倍增管组件对第一平凸透镜、第二平凸透镜和分割环进行挤压固定，且对所述过滤片进行固定。
11.进一步地，还包括光源反射漏斗，所述光源反射漏斗罩设于所述光敏传感器外。
12.进一步地，所述反应气室端部设置环形槽体，所述光源反射漏斗端部设置有凸沿，所述凸沿设置于所述环形槽体内，且外圈设置有密封结构；所述信号处理与反馈组件将所述凸沿与所述密封结构挤压固定于所述环形槽体内。
13.进一步地，所述信号处理与反馈组件通过双层板体对所述凸沿和所述密封结构进行挤压，所述光敏传感器夹持于双层板体之间，其中，一层板体通过孔位供所述光敏传感器的检测端裸露于反应气室内，另一层板体通过孔位供所述光敏传感器的信号输出端引出，所述光敏传感器至少与一层板体间围绕所述孔位设置有密封结构。
14.一种基于紫外荧光法的二氧化硫检测系统，包括：紫外光输出单元，提供特定波长的紫外光；密闭空间，所述密闭空间供待检测样气进出，且在所述密闭空间内，所述样气吸收所述紫外光而释放荧光；信号转换单元，将所述荧光的信号转换成电信号；两个独立的电能供给单元，分别与所述紫外光输出单元和信号转换单元连接，且
为二者供电；控制单元，分别与所述电能供给单元和信号转换单元连接，控制所述电能供给单元的输出，且将所述电信号转化为所述二氧化硫的检测结果；还包括检测单元，与所述控制单元连接，所述检测单元对所述紫外光的强度进行检测，强度检测结果作为所述电能供给单元的输出依据。
15.一种基于紫外荧光法的二氧化硫检测方法，包括：将第一部分电能转换为特定波长的紫外光；在密闭空间内通过所述紫外光对待检测样气进行照射，所述样气吸收所述紫外光而释放荧光；将所述荧光的信号转换为电信号，且通过第二部分电能供给对所述电信号提供增益；将所述电信号转化为二氧化硫的检测结果；检测所述紫外光的强度，且根据所述强度对所述第一部分电能和第二部分电能进行调节。
16.通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：通过光敏传感器等检测单元的设置，一方面使得紫外光的强度获得精准的监测，且可根据监测的结果对升压电路板的输出进行调节，从而使得紫外光的强度维持在相对稳定的状态，且确保荧光的顺利产生；另一方面，根据紫外光的强度，还可对电源向光电倍增管组件等信号转换单元所提供的电能进行调节，从而使得电信号获得不同的增益，来对紫外光的强度变化引起的检测结果变化进行缓冲，从而获得更加准确的检测结果。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明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发明中记载的一些实施例，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。
18.图1为实施例一中基于紫外荧光法的二氧化硫检测结构的结构示意图；图2为光源组件的结构示意图；图3为反射镜与安装座组合结构的剖示意图；图4为反射镜的结构示意图；图5为反射镜的剖视图；图6为反应气室与第二调节组件和光敏传感器连接后的剖视图；图7为第二调节组件的剖视图；图8为图2中a处的局部放大图；图9为透光座与压环的组合示意图；图10为反应气室与光电倍增管组件连接后的剖视图；图11为图10中b处的局部放大图；图12为图6中c处的局部放大图；图13为信号板和电源的相对位置关系示意图；
图14为实施例二中基于紫外荧光法的二氧化硫检测系统的框架图；图15为实施例三中基于紫外荧光法的二氧化硫检测方法的流程图；附图标记：1、光源组件；11、氙灯；12、套筒；13、反射镜；13a、连接板；13b、底座；13c、凹陷区域；13d、镜片；14、安装座；15、第二调节组件；15a、透光座；15b、挡板；15c、凸透镜；15d、压环；2、反应气室；3、光电倍增管组件；4、电源；5、信号处理与反馈组件；6、光敏传感器；7、第三调节组件；71、第一平凸透镜；72、第二平凸透镜；73、过滤片；74、分割环；8、光源反射漏斗；81、凸沿；9、信号板。
具体实施方式
19.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。
20.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
21.实施例一如图1~13所示，一种基于紫外荧光法的二氧化硫检测结构，包括：光源组件1，提供特定波长的紫外光；反应气室2，提供密闭空间，密闭空间供待检测样气进出，且在密闭空间内，样气吸收紫外光而释放荧光；光电倍增管组件3，将荧光的信号转换成电信号；升压电路板，与光源组件1连接，为光源组件1供电；电源4，与光电倍增管组件3连接，为光电倍增管组件3供电；信号处理与反馈组件5，分别与升压电路板、电源4和光电倍增管组件3连接，控制升压电路板和电源4的输出，且将电信号转化为二氧化硫的检测结果；还包括光敏传感器6，与信号处理与反馈组件5连接，光敏传感器6对紫外光的强度进行检测，强度检测结果作为升压电路板和电源4的输出依据。其中，反应气室2内部镀设防止紫外光反射的涂层，从而达到更高的灵敏度和更低的噪音。
22.本发明中提供了一种基于紫外荧光法的二氧化硫检测结构，来自光源组件1的紫外光在反应气室2内对样气进行照射，当含有二氧化硫的样气吸收特定波长的紫外光后，其中的二氧化硫分子会释放出波长在220~420nm间的荧光，信号处理与反馈组件5通过检测荧光的强度而计算出样气中二氧化硫的浓度，其中，荧光的强度通过对转化后的电信号进行评价获得。
23.在实施过程中，为了保证检测结果的准确性，通过光敏传感器6的设置，一方面使得紫外光的强度获得精准的监测，信号处理与反馈组件5可根据监测的结果对升压电路板向光源组件1提供的电能进行调节，从而使得紫外光的强度维持在相对稳定的状态，且确保荧光的顺利产生；另一方面，根据紫外光的强度，还可对电源4向光电倍增管组件3所提供的电能进行调节，使得电信号获得不同的增益，来对紫外光的强度变化引起的检测结果变化进行缓冲，从而获得更加准确的检测结果，例如，当检测到紫外光强度变弱时，通过对光源组件1所供给电能的调节，来提高紫外光的强度，但是此种变化会引起检测结果的跳跃式波动，为了对上述波动进行缓冲，同时对向光电倍增管组件3所提供的电能进行调节，从而通过适当减低对信号的增益来对紫外光强度变化的瞬间进行适应性的补偿，当然，此种的增
益调节是瞬时的。
24.在实施过程中，可分别采用信号板9和高压板，将信号板9与光敏传感器6连接，不同高压板与光源组件1和光电倍增管组件3连接，信号板9接收光敏传感器6和光电倍增管组件3两部分的脉冲信号，将其转化为稳定的电压信号输出，从而实时监测氙灯11光源的强度实现紫外光强度的监测和调节，且实时采集稳定的电压信号输出给主控板，作为电源4的高压板为光电倍增管组件3提供一个400
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1000v可调的高压，从而对光电倍增管组件3提供可调增益的效果。
25.作为本实施例的优选，如图2和3所示，光源组件1包括：氙灯11，与电源4连接，在电能的供给下提供185
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2000nm波长的散光；提取结构，在散光中提取206
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224nm波长的紫外光；提取结构包括：套筒12，对氙灯11进行固定；第一调节组件，对来自氙灯11的散光进行方向平行调整；滤光组件，包括安装座14和若干反射镜13，反射镜13与安装座14固定连接，且与安装座14共同围设成密闭的光路空间，且各反射镜13对206
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224nm波长的紫外光进行反射，且供波长范围外的光透过。
26.自氙灯11发射的散光进入套筒12且经过传递后到达第一调节组件，对散光进行方向调节的结构可采用透镜，具体到本实施例中，采用两个平凸透镜，两个透镜的平面部分贴合设置，可有效起到对散光进行平行调整的目的，其中，优选第一调节组件也通过套筒12进行安装，而套筒12的长度则可根据平凸透镜的焦点位置进行适应性调整，或者，套筒12长度不变，通过第一调节组件在套筒12内安装位置的调节也同样可实现上述技术目的。
27.作为上述实施例的优选，如图4和5所示，反射镜13包括：连接板13a，与安装座14固定连接；底座13b，与连接板13a连接，且插入光路空间内，底座13b设置有凹陷区域13c；镜片13d，安装于底座13b上，对凹陷区域13c进行密封，且对206
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224nm波长的紫外光进行反射，以及供波长范围外的光进入凹陷区域13c。
28.本优选方案中，提供了一种结构较为灵活的反射镜13，具体地，连接板13a的设置一方面用于实现底座13b的固定，另一方面用于安装座14敞开区域的封堵，其在使用的过程中可用于实现上述任意一个技术目的；连接板13a与底座13b分体的结构形式，使得底座13b相对于连接板13a的角度可获得调节，在对二者进行连接的过程中，可将二者通过平面贴合，且通过与平面垂直的一个连接件进行二者的连接，此种结构下可使得底座13b通过围绕连接件的转动而实现角度的调节，而最终通过连接件的锁紧即可实现二者的相固定；通过上述结构形式，使得镜片13d的安装数量，以及安装角度均可获得调节，从而令光路空间内的光路走向获得多种可能；镜片13d可通过镀膜的方式选择性的实现光的反射和透过。
29.参见图6~9，光源组件1还包括第二调节组件15，第二调节组件15包括：透光座15a，与安装座14固定连接，透光座15a内部设置有贯通腔，贯通腔内壁设置有至少一级台阶面；挡板15b，设置于安装座14与透光座15a之间，设置有特定形状的孔位，孔位供来自安装座14的光线穿过；凸透镜15c，安装于贯通腔内，一侧通过一级台阶面进行阻挡限位，且与台阶面之间设置有密封结构；压环15d，与透光座15a固定连接，且对凸透镜另一侧外圈进行挤压而实现凸透镜与台阶面的贴合。
30.通过第二调节组件15的设置，可使得把经过反射过滤的光束通过特定形状的孔位进行二次过滤，选用最中间的所需的波长光束；而特定形状的孔位优选为腰型窄孔，一是保证足够的光束即光强可以到达反应气室2内部，而且阻隔了四周的一部分散光干扰，保证检
测的灵敏度；二是相对于圆形，腰型与反应气室2后端的光敏传感器6位置对应的要求低一些，可以更加容易的形成闭环的反馈。在实施过程中，凸透镜与透光座15a之间的密封结构使得反应气室2内的气体不会发生泄漏，同时与凸透镜柔性贴合，降低其损坏的几率。
31.整个第二调节组件15为独立的结构形式，结构形式更加灵活，尺寸调节更加方便。
32.本实施例中的基于紫外荧光法的二氧化硫检测结构还包括第三调节组件7，设置于反应气室2与光电倍增管组件3之间供荧光通过，第三调节组件7包括：第一平凸透镜71、第二平凸透镜72、过滤片73和分割环74；第一平凸透镜71和第二平凸透镜72设置于位于反应气室2上的孔位内，凸面相对设置，分割环74设置于二者之间，且与至少一个平凸透镜之间设置有密封结构；光电倍增管组件3对第一平凸透镜71、第二平凸透镜72和分割环74进行挤压固定，且对过滤片73进行固定。
33.在上述优选方案中，凸透镜与透光座15a之间的密封结构保证了反应气室2位于光源组件1一侧的密封性，而本优选方案中，位于分割环74和平凸透镜之间的密封结构保证了反应气室2位于光电倍增管组件3一侧的密封性。通过第三调节组件7使得所产生的荧光中波长在220~420nm间的部分进入光电倍增管组件3。
34.作为上述实施例的优选，还包括光源反射漏斗8，光源反射漏斗8罩设于光敏传感器6外，光源反射漏斗8的设置可防止波长光束（206
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224nm）在反应气室内形成二次反射，起到与反应气室2内部涂层相同的技术目的，但又能通过中心的一小束光过滤进入中心，到达光敏传感器6。
35.为了便于光源反射漏斗8的安装，反应气室2端部设置环形槽体，光源反射漏斗8端部设置有凸沿81，凸沿81设置于环形槽体内，且外圈设置有密封结构；信号处理与反馈组件5将凸沿81与密封结构挤压固定于环形槽体内。
36.其中，信号处理与反馈组件5通过双层板体对凸沿81和密封结构进行挤压，光敏传感器6夹持于双层板体之间，其中，一层板体通过孔位供光敏传感器6的检测端裸露于反应气室2内，另一层板体通过孔位供光敏传感器6的信号输出端引出，光敏传感器6至少与一层板体间围绕孔位设置有密封结构。
37.此处密封结构的设置保证了反应气室2位于信号处理与反馈组件5一侧的密封性。
38.本发明中所指的密封结构均优选采用密封圈，作为一种较易采购的结构，o型密封圈更加适于使用。
39.实施例二如图14所示，一种基于紫外荧光法的二氧化硫检测系统，包括：紫外光输出单元，提供特定波长的紫外光；密闭空间，密闭空间供待检测样气进出，且在密闭空间内，样气吸收紫外光而释放荧光；信号转换单元，将荧光的信号转换成电信号；两个独立的电能供给单元，分别与紫外光输出单元和信号转换单元连接，且为二者供电；控制单元，分别与电能供给单元和信号转换单元连接，控制电能供给单元的输出，且将电信号转化为二氧化硫的检测结果；还包括检测单元，与控制单元连接，检测单元对紫外光的强度进行检测，强度检测结果作为电能供给单元的输出依据。
40.本发明中提供了一种基于紫外荧光法的二氧化硫检测系统，来自紫外光输出单元的紫外光在密闭空间内对样气进行照射，当含有二氧化硫的样气吸收特定波长的紫外光后，其中的二氧化硫分子会释放出波长在220~420nm间的荧光，控制单元通过检测荧光的强
度而计算出样器中二氧化硫的浓度，其中，荧光的强度通过对转化后的电信号进行评价获得。
41.实施例三如图15所示，一种基于紫外荧光法的二氧化硫检测方法，包括：a1：将第一部分电能转换为特定波长的紫外光；a2：在密闭空间内通过紫外光对待检测样气进行照射，样气吸收紫外光而释放荧光；a3：将荧光的信号转换为电信号，且通过第二部分电能供给对电信号提供增益；a4：将电信号转化为二氧化硫的检测结果；a5：检测紫外光的强度，且根据强度对第一部分电能和第二部分电能进行调节。
42.在实施例二和三中，所起到的技术效果与实施例一中相同，此处不再赘述。
43.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。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只是说明本发明的原理，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。