專利名稱：一種大氣臭氧濃度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及大氣監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，更具體而言涉及一種大氣臭氧濃度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來南極臭氧空洞以及對(duì)流層臭氧增加等的觀測(cè)事實(shí)，引起人們對(duì)臭氧以及由臭氧引起的環(huán)境問題的高度重視。研究表明，自然排放、人為影響以及其他一些因素都會(huì)對(duì)空氣臭氧濃度的變化產(chǎn)生重要影響?？諝庵谐粞鯘舛冗^高，將加快城市光化學(xué)反應(yīng)頻率、加快材料老化、影響人類健康、導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。最近的科學(xué)研究表明，臭氧對(duì)波長(zhǎng)253. 7nm的紫外線具有最大吸收系數(shù)，在此波長(zhǎng)下紫外線通過臭氧會(huì)產(chǎn)生衰減，這符合蘭波特-比爾定律，而目前該原理已被美國(guó)等國(guó)家作為臭氧標(biāo)準(zhǔn)分析方法。目前，在空氣監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，通常是通過測(cè)量被測(cè)氣體氣流經(jīng)過測(cè)量裝置的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)過程中對(duì)紫外光被吸收的程度來實(shí)現(xiàn)的。如圖1所示，臭氧測(cè)量裝置的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)主要是由紫外光模塊1A、臭氧吸收室2A和探測(cè)器模塊6A組成。紫外光模塊和探測(cè)器模塊分別固定在臭氧吸收室的兩端，相對(duì)設(shè)立。其中紫外光模塊IA產(chǎn)生穩(wěn)定的紫外光，穿過充滿被測(cè)氣體的吸收室2A，最后到達(dá)探測(cè)器模塊6A，探測(cè)器模塊6A測(cè)得紫外光的強(qiáng)度后，測(cè)量系統(tǒng)結(jié)合實(shí)時(shí)測(cè)量的被測(cè)氣體的壓力、流量等數(shù)據(jù)，進(jìn)而與標(biāo)準(zhǔn)濃度氣體樣品的數(shù)據(jù)做對(duì)比，就可以根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)學(xué)模型和原理得出被測(cè)氣體所含臭氧的濃度。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種電子儀器的集成程度越來越高，外形也越來越小，實(shí)際工作時(shí)對(duì)便攜式儀器的需求也日益強(qiáng)烈，這對(duì)于臭氧分析儀器也一樣。但是，在儀器集成化、小型化及便攜式臭氧分析儀的設(shè)計(jì)過程中，存在一個(gè)比較大的制約因素，那就是光學(xué)系統(tǒng)中臭氧吸收室的測(cè)量行程問題。通常臭氧吸收室的測(cè)量行程越長(zhǎng)，臭氧測(cè)量的精度就越高，測(cè)量的量程也會(huì)更寬，但是這樣就會(huì)導(dǎo)致儀器的設(shè)計(jì)嚴(yán)重地受到臭氧的制約要保證測(cè)量行程的長(zhǎng)度、以保證一定的測(cè)量精度和量程，勢(shì)必會(huì)增加儀器的長(zhǎng)度和尺寸，就會(huì)難以實(shí)現(xiàn)集成化的目的。所以現(xiàn)有的很多儀器為了達(dá)到集成的效果，不惜縮短光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)臭氧吸收室的測(cè)量行程，從而就會(huì)犧牲臭氧測(cè)量?jī)x器的測(cè)量精度和量程，同時(shí)也會(huì)嚴(yán)重影響儀器的質(zhì)量和性能。為了克服臭氧分析儀器集成化、小型化、以及在便攜式臭氧分析儀器設(shè)計(jì)中受到吸收室測(cè)量行程制約這個(gè)問題，就需要一種新型的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它既能實(shí)現(xiàn)儀器集成化、小型化、以及在便攜式臭氧分析儀器設(shè)計(jì)的目標(biāo)，也能保證光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)臭氧吸收室的測(cè)量行程的長(zhǎng)度，甚至提供更長(zhǎng)的測(cè)量行程。本實(shí)用新型旨在解決這個(gè)制約問題，以便達(dá)到在縮小部件長(zhǎng)度、并提高儀器集成化的同時(shí)，既保證測(cè)量行程、從而保證臭氧測(cè)量的精度，也保證了較寬的量程。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種大氣臭氧濃度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，包括紫外光模塊、臭氧吸收室和探測(cè)器模塊，其特征在于，所述紫外光模塊和探測(cè)器模塊設(shè)置在所述臭氧吸收室同一端，在所述臭氧吸收室的另一端設(shè)有一個(gè)中繼體模塊，在所述臭氧吸收室中設(shè)有兩個(gè)被測(cè)氣體通道，所述紫外光模塊產(chǎn)生紫外光，所述紫外光經(jīng)過所述探測(cè)器模塊進(jìn)入包含被測(cè)氣體的所述臭氧吸收室，通過所述中繼體模塊折射后再到達(dá)所述探測(cè)器模塊。所述中繼體模塊包括一個(gè)四通塊、兩個(gè)光學(xué)鏡片以及兩個(gè)光學(xué)鏡片壓板。兩個(gè)光學(xué)鏡片互為90°安裝，由光學(xué)鏡片壓板密封壓緊在四通塊的另外兩個(gè)通口平面上。在所述探測(cè)器模塊上設(shè)有兩個(gè)軸線平行的光通孔，在所述臭氧吸收室上設(shè)有兩個(gè)對(duì)應(yīng)的平行的被測(cè)氣體通道，所述兩個(gè)光通孔與臭氧吸收室的兩個(gè)被測(cè)氣體通道分別同軸對(duì)應(yīng)設(shè)置。所述臭氧吸收室可以是一個(gè)整體，也可以由多塊組成。所述探測(cè)器模塊與臭氧吸收室密封連接。所述中繼體模塊也整體與臭氧吸收室密封連接。根據(jù)本實(shí)用新型，在同等測(cè)量行程的條件下，本實(shí)用新型的臭氧濃度測(cè)量裝置的光學(xué)平臺(tái)與現(xiàn)有臭氧濃度測(cè)量裝置的光學(xué)系統(tǒng)的測(cè)量精度、測(cè)量量程相當(dāng)，但是本實(shí)用新型的光學(xué)平臺(tái)長(zhǎng)度可縮小45%以上，同時(shí)可以大大節(jié)省儀器的內(nèi)部空間，從而可以極大地提高儀器的集成度。而在同等光學(xué)平臺(tái)長(zhǎng)度的條件下，本實(shí)用新型光學(xué)平臺(tái)可以比現(xiàn)有光學(xué)平臺(tái)的測(cè)量精度提高一倍以上，本實(shí)用新型光學(xué)平臺(tái)的測(cè)量量程可比現(xiàn)在光學(xué)平臺(tái)精細(xì)兩倍以上。這樣即滿足了集成化的要求，也保證了測(cè)量精度。

下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明，其中圖1是現(xiàn)有臭氧濃度測(cè)量裝置的光學(xué)平臺(tái)的一個(gè)示意圖；圖2是本實(shí)用新型臭氧濃度測(cè)量裝置的光學(xué)平臺(tái)的一個(gè)示意圖；圖3是本實(shí)用新型臭氧濃度測(cè)量裝置的光學(xué)平臺(tái)的一個(gè)立體結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面參見圖2和圖3。本實(shí)用新型的臭氧測(cè)量裝置的光學(xué)平臺(tái)也包括紫外光模塊 1、臭氧吸收室2和探測(cè)器模塊6組成。與現(xiàn)有技術(shù)不同，本實(shí)用新型的臭氧濃度測(cè)量裝置中，其光學(xué)平臺(tái)的臭氧吸收室2設(shè)計(jì)成雙通道。本實(shí)用新型的紫外光模塊1和探測(cè)器模塊6 并排設(shè)置在臭氧吸收室2的同一端。紫外光模塊1和探測(cè)器模塊6連接成一體，在探測(cè)器模塊6上設(shè)有兩個(gè)軸線平行的光通孔8。在臭氧吸收室2上設(shè)有兩個(gè)與光通孔8對(duì)應(yīng)的平行的被測(cè)氣體通道9，臭氧吸收室2的兩個(gè)被測(cè)氣體通道9分別與探測(cè)器模塊6上的光通孔 8同軸對(duì)應(yīng)設(shè)置。所述探測(cè)器模塊6上的兩個(gè)光通孔8中的一個(gè)光通孔與紫外光模塊1相通，同時(shí)也與被測(cè)氣體通道9相通但不與探測(cè)器模塊6內(nèi)部相通；另一個(gè)光通孔既與所述探測(cè)器模塊6內(nèi)部相通，同時(shí)也與被測(cè)氣體通道9相通。探測(cè)器模塊6與臭氧吸收室2密封連接。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，臭氧吸收室2可以是一個(gè)整體，兩個(gè)被測(cè)氣體通道9平行、同軸設(shè)置。當(dāng)然為了加工和裝配工藝的方便，也可以將臭氧吸收室2分割成多塊， 例如在本實(shí)用新型圖3的實(shí)施例中分為兩塊。當(dāng)然本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，可以根
4據(jù)需要將臭氧吸收室2設(shè)置成三塊或者更多快。根據(jù)本實(shí)用新型，在臭氧吸收室2的另一端還設(shè)有一個(gè)中繼體模塊7，中繼體模塊 7的作用就是將紫外光的傳播方向做一個(gè)180°的折射。所述中繼體模塊7主要由一個(gè)四通塊3和兩個(gè)互成90°的光學(xué)鏡片4以及兩個(gè)光學(xué)鏡片壓板5組成。中繼體模塊7中設(shè)有兩個(gè)平行孔，所述兩個(gè)平行孔10與臭氧吸收室2的兩個(gè)被測(cè)氣體通道9分別同軸對(duì)應(yīng)設(shè)置(未示出)。兩個(gè)光學(xué)鏡片4互為90°安裝，由光學(xué)鏡片壓板5密封壓緊在四通塊3的另外兩個(gè)通口平面上，中繼體模塊7整體與臭氧吸收室2密封連接。根據(jù)本實(shí)用新型，被測(cè)氣體由臭氧吸收室2上的一個(gè)進(jìn)氣口 11進(jìn)入臭氧吸收室2 中。然后，紫外光模塊1產(chǎn)生穩(wěn)定的紫外光，紫外光通過與其并排設(shè)置的探測(cè)器模塊6上的一個(gè)光通孔8，然后通過臭氧吸收室2中的與其相連的一個(gè)通道9，進(jìn)入臭氧吸收室2中并與被測(cè)氣體接觸。之后紫外光進(jìn)而到達(dá)臭氧吸收室2另一端的中繼體模塊7 (中繼體模塊的通道也充滿被測(cè)氣體)。然后接觸到被測(cè)氣體后的紫外光被中繼體模塊7 —邊的光學(xué)鏡片4將紫外光傳播方向作90°折射。紫外光穿過中繼體模塊7到達(dá)另一邊的光學(xué)鏡片4， 光學(xué)鏡片4再一次將紫外光的傳播方向作90°折射，使紫外光傳播方向與最初的傳播方向相反，繼而進(jìn)入臭氧吸收室2的另一個(gè)通道9。紫外光穿過這條通道后，到達(dá)臭氧吸收室2 另一端的探測(cè)器模塊6，于是探測(cè)器模塊6則可以測(cè)得紫外光的強(qiáng)度。然后系統(tǒng)結(jié)合實(shí)時(shí)測(cè)量的壓力和流量數(shù)據(jù)，進(jìn)而與標(biāo)準(zhǔn)濃度氣體樣品的數(shù)據(jù)做對(duì)比后，根據(jù)數(shù)學(xué)模型得出被測(cè)氣體所含臭氧的濃度。在測(cè)量完成后，被測(cè)氣體由臭氧吸收室上的另一個(gè)出氣口 12放出。根據(jù)本實(shí)用新型，臭氧濃度測(cè)量裝置的光學(xué)平臺(tái)工作時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出的相關(guān)指令，紫外光模塊1則產(chǎn)生波長(zhǎng)及強(qiáng)度穩(wěn)定的紫外光。紫外光進(jìn)入臭氧吸收室2后，被測(cè)氣體開始吸收紫外光線，光線穿過充滿被測(cè)氣體的臭氧吸收室2的一個(gè)通道、例如內(nèi)側(cè)通道，繼而進(jìn)入充滿被測(cè)氣體的四通塊3，同時(shí)被兩個(gè)光學(xué)鏡片4做兩次90°折射后，反轉(zhuǎn)進(jìn)入臭氧吸收室2的另一個(gè)通道、例如外側(cè)通道。然后紫外光穿過充滿被測(cè)氣體的臭氧吸收室2的外側(cè)通道，最后到達(dá)探測(cè)器模塊6。探測(cè)器模塊6接受紫外光，并將其轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳輸給系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)電信號(hào)計(jì)算并記錄紫外光線強(qiáng)度，同時(shí)結(jié)合實(shí)時(shí)測(cè)量的壓力和流量數(shù)據(jù)，進(jìn)而與標(biāo)準(zhǔn)濃度氣體樣品的數(shù)據(jù)做對(duì)比后，根據(jù)數(shù)學(xué)模型得出被測(cè)氣體所含臭氧的濃度。根據(jù)本實(shí)用新型，在同等測(cè)量行程的條件下，本實(shí)用新型的臭氧濃度測(cè)量裝置的光學(xué)平臺(tái)與現(xiàn)有臭氧濃度測(cè)量裝置的光學(xué)平臺(tái)的測(cè)量精度、測(cè)量量程相當(dāng)，但是本實(shí)用新型的光學(xué)平臺(tái)長(zhǎng)度可縮小45%以上，同時(shí)可以大大節(jié)省儀器的內(nèi)部空間，從而可以極大地提高儀器的集成度。而在同等光學(xué)平臺(tái)長(zhǎng)度的條件下，本實(shí)用新型光學(xué)平臺(tái)可以比現(xiàn)有光學(xué)平臺(tái)的測(cè)量精度提高一倍以上，本實(shí)用新型光學(xué)平臺(tái)的測(cè)量量程可比現(xiàn)在光學(xué)平臺(tái)精細(xì)兩倍以上。顯而易見，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以在本實(shí)用新型的范疇內(nèi)，對(duì)本實(shí)用新型及其各個(gè)部件進(jìn)行各種改動(dòng)和變化。但是，無論做何種改動(dòng)和變化，只要這種改動(dòng)和變化不超出本實(shí)用新型的范疇，則任何改動(dòng)和變化都應(yīng)該被視為落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種大氣臭氧濃度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，包括紫外光模塊、臭氧吸收室和探測(cè)器模塊，其特征在于，所述紫外光模塊和探測(cè)器模塊設(shè)置在所述臭氧吸收室同一端，在所述臭氧吸收室的另一端設(shè)有一個(gè)中繼體模塊，在所述臭氧吸收室中設(shè)有兩個(gè)被測(cè)氣體通道，所述紫外光模塊產(chǎn)生紫外光，所述紫外光經(jīng)過所述探測(cè)器模塊進(jìn)入包含被測(cè)氣體的所述臭氧吸收室， 通過所述中繼體模塊折射后再到達(dá)所述探測(cè)器模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臭氧濃度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述中繼體模塊包括一個(gè)四通塊、兩個(gè)光學(xué)鏡片以及兩個(gè)光學(xué)鏡片壓板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臭氧濃度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，兩個(gè)光學(xué)鏡片互為 90°安裝，由光學(xué)鏡片壓板密封壓緊在四通塊的另外兩個(gè)通口平面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臭氧濃度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，在所述探測(cè)器模塊上設(shè)有兩個(gè)軸線平行的光通孔，所述兩個(gè)光通孔與臭氧吸收室的兩個(gè)被測(cè)氣體通道分別同軸對(duì)應(yīng)設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臭氧濃度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述臭氧吸收室是一個(gè)整體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臭氧濃度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述臭氧吸收室由多塊組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臭氧濃度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，在探測(cè)器模塊上設(shè)有的兩個(gè)軸線平行的光通孔中一個(gè)與紫外光模塊相通而另一個(gè)與探測(cè)器模塊內(nèi)部相通。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臭氧濃度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，在臭氧吸收室上分別設(shè)有一個(gè)被測(cè)氣體進(jìn)氣口和一個(gè)被測(cè)氣體出氣口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臭氧濃度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述探測(cè)器模塊與臭氧吸收室密封連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臭氧濃度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述中繼體模塊整體與臭氧吸收室密封連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種大氣臭氧濃度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，包括紫外光模塊、臭氧吸收室和探測(cè)器模塊，其特征在于，所述紫外光模塊和探測(cè)器模塊設(shè)置在所述臭氧吸收室同一端，在所述臭氧吸收室的另一端設(shè)有一個(gè)中繼體模塊，在所述臭氧吸收室中設(shè)有兩個(gè)被測(cè)氣體通道，所述紫外光模塊產(chǎn)生紫外光，所述紫外光經(jīng)過所述探測(cè)器模塊進(jìn)入包含被測(cè)氣體的所述臭氧吸收室，通過所述中繼體模塊折射后再到達(dá)所述探測(cè)器模塊。在同等測(cè)量行程的條件下，本實(shí)用新型光學(xué)平臺(tái)與現(xiàn)有光學(xué)平臺(tái)的測(cè)量精度、測(cè)量量程相當(dāng)，但是光學(xué)平臺(tái)長(zhǎng)度可縮小45％以上，同時(shí)可以節(jié)省儀器的內(nèi)部空間，大大提高了儀器的集成度，同時(shí)保證了測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01N21/17GK202275048SQ20112032252
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者馮帆, 洪俊龍, 賈鳳林 申請(qǐng)人:北京中晟泰科環(huán)境科技發(fā)展有限責(zé)任公司