本發(fā)明涉及一種光學檢測元件，特別設計一種雙光路光離子化氣體探測器及包括該探測器的檢測儀，屬于光電儀器儀表制造業(yè)。

背景技術：

光離子化檢測器(Photoionization Detector，簡稱pid)是一種通用性兼選擇性的檢測器。主要由紫外光源和電離室組成，中間由可透紫外光的光窗相隔，光窗材料采用堿金屬或堿土金屬的氟化物制成。在電離室內待測組分的分子吸收紫外光能量發(fā)生電離，選用不同能量的燈和不同的晶體光窗，可選擇性地測定各種類型的化合物。電離后產(chǎn)生微量的電流，被電極捕捉，電流信號經(jīng)放大器放大后傳遞給處理器分析。光離子化檢測器的線性范圍最寬，靈敏度高，越來越受到歡迎。

現(xiàn)有的光離子化檢測器均為單光源結構。如圖1所示，包括一個Pid光源，光窗正對著電離室，電極在電離室的位置，盡可能地貼近Pid光源。由于Pid光源自身的先天性原因，輸出光子波長短、大氣中衰減快，加上Pid光源制作工藝的難度大，該結構很難大幅提高光源的光輸出輻射強度。而光輸出的強度決定著進入電離室大氣體被電離的程度，是檢測精度的關鍵。因電離室內的氣體不能被全部、徹底地光致電離，則探測到的氣體濃度是否真實，也就無從談起。

因pid光源的光輸出光程在大氣中傳播距離短，所以探測器的收集電離帶電粒子的探測電極必須盡可能的貼近pid光源的窗口，圖1所示探測器電極，都是以平行方式貼著pid光源的廣窗。受限于電極本身的結構和電離室的設計布局，探測器電極薄而有一定寬度。但如此設計，造成收集電子并形成弱電流的電極截面卻不可能增加。事實上，收集電子的電極截面越大，越有利于帶電離子的收集。pid單光源的特性需將電極盡可能的貼近光源出光窗口，光輸出的距離又短，故一味的增加截面并不能增加電極收集電子形成弱電流的能力。這就是目前在單光源pid探測器設計中不可調和的一對矛盾。這種結構因為電極接受截面小的限制和被檢氣體進氣流速的影響，還會產(chǎn)生讓被光離子化的帶電粒子溢出而不被收集到的可能，造成探測到的氣體濃度與實際氣體濃度有偏差。而為了糾正該變差，在實際使用中，需要大量實驗來做不同氣體的濃度校正，以給出不同氣體的測量校正分數(shù)。

另外，現(xiàn)有多數(shù)傳感器中，氣體電離室中的進氣口，均是在pid光源的正上方，出氣口在側邊，如圖2所示，這種結構，氣體流動的方向是在光源1的正上方進入電離室2，然后直轉彎，由側向流出，受到光照射的氣體由于要在有電極4遮擋的光源窗口處直轉彎。不僅是進入電離室的氣體電離受影響，而且由于探測電極遮擋的影響，很難讓pid光源的光輸出完全被用于照射到氣體，光損失較大。在圖1結構中，雖然將進入電離室的氣流方向做了改變，進入電離室的氣體轉過三道彎進入電離室，同樣地受到探測電極的遮光影響，而且這種結構還造成了加工制作工藝上的復雜。

現(xiàn)有的單燈pid探測器，在長期使用過程中，由于光離子化的作用，在pid光源的窗口上會產(chǎn)生光化學作用后產(chǎn)生的沉積物，這種沉積物會嚴重阻礙pid光源的光子輸出。所以使用一段時間后必須進行人工清潔，無法自潔。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種用雙燈對射，配合精巧的電離室設計，來大幅提高pid光源的輻射強度，且能夠自清潔光窗的雙光路光離子化氣體探測器及檢測儀。

本發(fā)明是通過如下技術方案來實現(xiàn)上述目的：

本發(fā)明公開一種雙光路光離子化氣體探測器，包括兩個光離子化光源、基板以及電極；所述基板上設置通孔；所述兩個光離子化光源的光窗隔著所述通孔相對設置，所述通孔內壁與所述兩個光離子化光源圍成的空間為電離室，所述電離室通過進氣通道、出氣通道與外界連通；所述電極伸入所述電離室。

具體來說，本發(fā)明兩個光離子化光源和基板之間的連接關系是通過兩套連接單元與固定連接為一體；每套所述連接單元包括法蘭盤部和套筒部，所述套筒部套設在所述光離子化光源外，所述法蘭盤部間隔所述基板與另一連接單元的法蘭盤部固定，壓緊所述基板。

本發(fā)明采用立式電極收集電子形成的弱電流：立式電極為長條片狀體，所述長條片狀體的端部固定于兩個所述法蘭盤部之間；所述長條片狀體的中部位于所述電離室內，且片狀體的平面平行于所述光離子化光源的軸線。

本發(fā)明的所述進氣通道和所述出氣通道與所述電離室連通的兩開口之間連線，與所述電極的走向一致，使得在所述電離室內形成的氣流平行于所述電極，避免了電極對光離子化光源發(fā)出的光的阻擋，充分電離氣流中的成分。

本發(fā)明立式電極設計可以是雙極或多極，即所述電極為兩條或多條，彼此平行設置?？蛇M一步增加電極截面，提高收集電子形成弱電流的能力。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述連接單元包括燈筒固定座、壓緊套筒、測試燈筒和內塞；所述燈筒固定座為圓筒狀，在圓筒的一端設有所述法蘭盤部，另一端設有外螺紋；所述壓緊套筒的底部設有開孔，另一端為開放端，所述開放端設有內螺紋；所述測試燈筒為上下等徑的套筒；內塞為一具有一定高度的圓環(huán)；其中，所述壓緊套筒、所述測試燈筒以及所述燈筒固定座的圓筒部，構成所述的套筒部；當安裝所述光離子化光源后，所述光離子化光源被套設在所述測試燈筒內，所述光離子化光源尾部抵頂所述內塞，并容納于所述內塞的內環(huán)空腔內；所述燈筒固定座和所述壓緊套筒套在所述測試燈筒外，并通過所述內螺紋、外螺紋連接。

為了阻止光離子化光源由燈筒固定座脫離出來，在所述法蘭盤部的端面，設有向端面中心延伸的阻擋部。

所述燈筒固定座和所述壓緊套筒的材質為金屬或非金屬等硬質材料，如鋼、黃銅或硬質橡膠、硬質塑料等。所述測試燈筒和所述內塞的材質為聚四氟乙烯。

作為優(yōu)選實施方式，所述基板包括：兩個以上I型墊片，II型墊片；所述I型墊片設有不相連通的通氣孔以及位于中心孔；所述II型墊片設置一長圓孔；按照I型墊片-II型墊片-I型墊片順序疊加，形成所述基板，并且位于所述II型墊片兩側的I型墊片的通氣孔對稱設置；所述長圓孔與對稱設置的所述通氣孔、中心孔同時連通。

本發(fā)明還提供一種雙光路光離子化氣體檢測儀，包括上述任一種所述的探測器。

本發(fā)明提供的光離子化氣體探測器，光源輻射強度成倍提高；電極接收電子的截面積成倍增大；由于光強度的大幅度提高和電極接收面積的成倍增大，因此用本發(fā)明制造出來的pid檢測儀檢測的結果，可以提高一個測量精度等級，測量的響應時間也大幅度縮短，反應更快；并且，本發(fā)明兩對立設置的光源互相照射，可沖擊掉光窗上的沉積物，具有自清潔功能，不再需要定期拆卸pid光源，人工清潔，給設備維護維修帶來極大便利、增長使用壽命。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有單光源pid探測器結構示意圖；

圖2為現(xiàn)有另一種單光源pid探測器的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明雙光路pid探測器一實施例的剖視結構示意圖；

圖4為本發(fā)明雙光路pid探測器一實施例的另一角度剖視結構示意圖；

圖5為本發(fā)明連接單元一實施例的分解示意圖；

圖6A為本發(fā)明I型墊片結構示意圖；

圖6B為本發(fā)明II型墊片結構示意圖；

圖6C為本發(fā)明I型墊片-II型墊片-I型墊片疊加成基板的結構示意圖。

附圖標記說明

1 pid光源

11 光窗

2 電離室

3 基板

31 通孔

32 I型墊片

321 通氣孔

322 中心孔

33 II型墊片

331 長圓孔

4 電極

5 連接單元

51 燈筒固定座

511 法蘭盤部

5111 進氣口

5112 出氣口

512 外螺紋

513 阻擋部

52 壓緊套筒

521 開孔

522 內螺紋

53 測試燈筒

54 內塞

具體實施方式

本發(fā)明公開一種雙光路光離子化氣體探測器及包括該探測器的檢測儀。

本發(fā)明的發(fā)明構思是在同樣的氣體流動環(huán)境下，采用兩個pid光源以相對立的角度來電離通過電離室的氣體，使得進入電離室的氣體完全地、徹底地被光致電離成帶電粒子。

由于本發(fā)明將兩個pid光源對立設置，兩個pid光源對射，除了自身的光輸出還有照射到對面pid光源出光窗口上產(chǎn)生的反射光子，如此在雙光路pid光源窗口間形成了比單光源光子強度兩倍以上的光子場，完全可以讓氣體充分穩(wěn)定的被完全電離，使得探測器的響應速度更快。

兩個pid光源的對立設置的方式，改變了電離室的結構，因此可改變電極的布置方式。同樣成分、體積的氣體被光電離后，在現(xiàn)有技術中，單光源pid探測器中是用臥式的電極進行收集光離子化后的帶電粒子，主要由電極靠近光窗的一面進行收集；在本發(fā)明設計中，電極的兩面都參與收集。與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明接收光致電離所產(chǎn)生的帶電粒子的截面積要成倍增大，收集電子的速度更快，收集得更徹底。因此本發(fā)明設計的探測器反應更快，測量更準，精度更高。

下面以圖3、圖4所示結構為例，對本發(fā)明的構思作進一步說明。但所做說明僅為了說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，所述領域的技術人員，在本發(fā)明的說明與啟發(fā)下，所思及的變形和替換，理應屬于本發(fā)明的保護范疇，特此說明。

本發(fā)明公開的雙光路光離子化氣體探測器，如圖2并結合圖3所示，探測器包括兩個pid光源1、基板3以及電極4?；宓闹虚g設置一較大的通孔31，兩個pid光源1的光窗11隔著通孔31相對設置，通孔的內壁與兩個pid光源的光窗11圍成的空間即為電離室2。電離室2相對密封，僅通過進氣通道、出氣通道與外界連通。電極4伸入電離室2。電離室相對密封是本領域的基本要求，來保障其內的氣體在電離時的相對穩(wěn)定，以及電極及時、充分的收集電子，本發(fā)明不做特別說明。

待檢測氣體由進氣通道進入電離室2，在兩個pid光源1的照射下被電離，電極4及時收集電子，形成微弱電子流，經(jīng)與電極4連接的放大器放大后，將電信號傳輸給外部具有分析等功能的處理器做進一步處理。

本發(fā)明打破現(xiàn)有技術固有偏見，摒棄一個光源的設計，采用兩個相對設置的pid光源電離，相對于單光路探測儀，光源輻射強度增加了一倍，解決了光源輻射強度難以增加的技術難題。通過兩光源對射，可沖擊掉光窗上的沉積物，本發(fā)明具有自清潔功能。

本發(fā)明兩個pid光源和基板之間的連接，是通過兩套連接單元與固定連接為一體?？偟膩碚f，每套連接單元包括連接的法蘭盤部和套筒部，套筒部套設在光離子化光源外，將pid光源圓周向定位，且在軸向一個方向上限定pid光源的位置。法蘭盤部間隔基板與另一連接單元的法蘭盤部固定壓緊。進氣通道的進氣口和出氣通道的出氣口可以分別開設在法蘭盤部。

本發(fā)明提供如圖5所示的優(yōu)選實施例，對連接單元的結構進行說明。

每套連接單元5包括一燈筒固定座51，一壓緊套筒52、一測試燈筒53和一內塞54。

燈筒固定座51為圓筒狀，在圓筒的一端設有法蘭盤部511，另一端設有外螺紋512。

壓緊套筒52的底部開孔521，開孔521為走線用開孔，開口端設有內螺紋522。燈筒固定座51和壓緊套筒52通過螺紋連接。筒固定座51和壓緊套筒52可以為鋼或黃銅或其他常見硬質金屬，也可以是其他非金屬硬質材質，如硬質橡膠、硬質塑料等。

特別地，本發(fā)明在法蘭盤部的端面，設有向端面中心延伸的阻擋部513。阻擋部513的結構如圖5中的A處放大圖所示，當裝配好pid光源時，pid光源的光窗外圍抵頂在阻擋部513，防止pid光源脫離連接單元。

測試燈筒53為上下等徑的套筒，套設在pid光源1外，對pid光源圓周保護。為了防止pid光源在測試燈筒內產(chǎn)生徑向晃動，一般測試燈筒套和光離子化光源緊密配合。內塞54為一具有一定高度的圓環(huán)。測試燈筒53和內塞54的材質為聚四氟乙烯，聚四氟乙烯性質穩(wěn)定、具有一定彈性變形，與pid光源1軟接觸，防止在安裝、維護等過程中磕損壞pid光源的燈罩。

在該實施例中，壓緊套筒、測試燈筒以及燈筒固定座的圓筒部，相當于上述的套筒部，與法蘭盤部，共同起到對pid光源的全方位定位作用。

參考圖3至圖5，在裝配時，內塞54塞入測試燈筒53內的一端，在將pid光源1塞入測試燈筒的另一端內，使得pid光源燈罩的尖端容納在內塞54的內環(huán)空間內，故上述內塞的一定高度，是指內塞的高度大于pid光源燈罩的尾部尖端的高度；再將燈筒固定座51和壓緊套筒52分別從兩端套在測試燈筒52外，擰緊，使得pid光源的光窗11抵頂在燈筒固定座的阻擋部513，全方位的固定pid光源1的位置，即得到一套內置一路pid光源1的連接單元5。

如上述方法裝配得到兩套同樣的連接單元后，將基板3置于兩套連接單元5的法蘭盤部511的端面上，旋轉連接單元5，使得對準法蘭盤部上的進氣口5111和出氣口5112，對準基板3的通孔31，形成與電離室2連通的氣道，調整好角度后，用螺釘壓緊兩套連接單元的法蘭盤部511，使得墊板3與法蘭盤部端面密封，基板中間的通孔31，僅通過進氣通道、出氣通道與外界連通，形成電離室2。

上述說明是本發(fā)明提出的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的燈筒固定座和壓緊套筒也可以為一體成型，測試燈筒和內塞為一體成型的結構。

本實施例的基板的一個作用，是用來在兩pid光源之間形成相對密封的電離室，另一作用是固定電極。因要兩pid光源密閉結合形成相對密封的電離室，故，一般情況，本領域技術人員選擇能夠彈性變形的材質，如聚氨酯、聚四氟乙烯等作為基板材質；但也可將基板的部分材質采用硬質材料，與法蘭盤部接觸的部分材質選擇能夠彈性變形的材質的設計；或者，采取硬質材質結合密封圈來密封電離室的結構，凡本領域技術人員能夠從現(xiàn)有技術中尋找的現(xiàn)有設計，均理應包括在本發(fā)明的保護范圍之內。

本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，是采用多個中心帶有孔的薄片狀聚四氟乙烯等軟質墊片疊加形成上述基板。電極的端頭位于相鄰的墊片之間，被壓緊固定。在疊加墊片形成基板時，需要使得基板的中心形成通孔，以便形成電離室。

更優(yōu)選的，請參照圖6A至圖6C，基板包括兩類墊片，其中一種是排列在基板表面的墊片，也稱I型墊片，I型墊片32設有通氣孔321與中心孔322。中心孔322形成電離室，通氣孔321形成進氣通道或出氣通道。通氣孔321與中心孔322獨立設置，彼此不相連通。而排列在基板中間層的一種墊片，也稱II型墊片。I型墊片33上僅設置一個長圓孔331。按照I型墊片-II型墊片-I型墊片的順序疊加，形成基板3，并且位于II型墊片兩側的I型墊片的通氣孔321對稱設置，該長圓孔331與I型墊片的通氣孔321、中心孔322同時連通：I型墊片的通氣孔與法蘭盤部上的進氣口(或出氣口)連通形成進氣通道；另一側I型墊片的通氣孔與法蘭盤部上的出氣口連通形成出氣通道。I型墊片的中心孔與II型墊片的長圓孔，形成具有一定高度的電離室2。

在上述例舉的實施例中，電極可以如2所示的現(xiàn)有技術盡量貼近光窗的臥式設置。當電極為臥式設置時，其兩面同時接受電子，接收電子的能力也要比單光源的電極高兩倍。由于發(fā)明采用兩路pid光源對立設置在電離室的兩個方向，該結構的改變使得電極的設置有了更優(yōu)的立式設置方式：

本發(fā)明采用立式電極，如圖3、圖4所示，立式電極4為長條片狀體，長條片狀體的端部固定于基板3內，或者固定于基板3和法蘭盤部511之間。為了方便安裝以及電離室2氣密性的考慮，長條片狀體的端部扁平壓在各墊片之間，或者壓在基板和法蘭盤部之間。長條片狀體處于電離室內的部分，被扭轉近90度，使得片狀體的寬面平面平行于Pid光源1的軸線。圖2和圖3可清晰顯示該立式電極的安裝。這樣，當兩Pid光源被激發(fā)，產(chǎn)生紫外光照射電離室內的氣體時，立式的電極無遮光的副作用，電離室內的氣體將完全被電離。立式電極可以是雙極或多極，即電極為兩條或多條，彼此平行設置。本實施例中，采用了三條平行設置的電極，等距平行豎直設置在電離室中。

為了避免了電極對氣流的阻擋，本發(fā)明的進氣通道和出氣通道與電離室連通的兩開口之間的連線，與電極的走向一致，使得在電離室內形成的氣流平行于立式電極。pid光源發(fā)出的光可照射到電離室內的所有空氣。

本發(fā)明還提供一種雙光路光離子化氣體檢測儀，包括上述任一種探測器。將探測器探測到的電信號，通過放大后，傳遞給處理器處理，經(jīng)顯示屏顯示。

本發(fā)明提供的光離子化氣體探測器，打破本領域的固有思路，采用雙光源，光源輻射強度成倍提高；電極接收截面積成倍增大；由于光強度的大幅度提高和電極接收面積的成倍增大，用本發(fā)明的設計制造出來的pid探測器氣體檢測儀，可以提高一個測量精度等級，測量的響應時間也大幅度縮短，反應更快；并且，本發(fā)明兩對立設置的光源互相照射，可沖擊掉光窗上的沉積物，具有自清潔功能，不再需要定期拆卸pid光源，人工清潔，給設備維護維修帶來極大便利。

本發(fā)明在說明書中所例舉的連接單元、基板的材質，僅是用來舉例說明，只要能夠完成本發(fā)明連接單元中各組件以及基板作用的材質，理應屬于本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明公開的內容論及的是示例性實施例，在不脫離權利要求書界定的保護范圍的情況下，可以對本申請的各個實施例進行各種改變和修改。因此，所描述的實施例旨在涵蓋落在所附權利要求書的保護范圍內的所有此類改變、修改和變形。本發(fā)明說明書或權利要求書中所述的“電極平行”，并非嚴格要求兩平行電極無線延長后無焦點的數(shù)學定義“平行”的狀態(tài)，是指平行電極之間具有一定的平行度公差要求的接近“平行”；所述的“對稱”，是指大致對稱。另外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分使用。