本發(fā)明屬于大氣環(huán)境檢測(cè)技術(shù)及光譜測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種便攜式多組分氣體檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

環(huán)境變化、環(huán)境污染及其對(duì)生態(tài)的影響已經(jīng)成為全球關(guān)注的重要問(wèn)題。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，保護(hù)環(huán)境資源、加強(qiáng)環(huán)保監(jiān)督、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的任務(wù)十分艱巨。我國(guó)在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)與預(yù)警方面尚未形成健全和完整的監(jiān)測(cè)技術(shù)體系，無(wú)法對(duì)大氣環(huán)境的現(xiàn)狀和趨勢(shì)給出全面、清晰的分析與判斷，不能滿足我國(guó)宏觀污染控制決策的需要。因此研究環(huán)境大氣的監(jiān)測(cè)技術(shù)，建立基于多種探測(cè)手段的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)時(shí)獲得由于人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)所引起的大氣污染程度狀況，將有助于研究區(qū)域性、突發(fā)性、災(zāi)害性環(huán)境污染形成的機(jī)理和條件，了解污染傳輸過(guò)程及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害，從而推動(dòng)預(yù)防預(yù)報(bào)理論的建立，為大氣污染防治政策和法規(guī)的制定提供相應(yīng)的決策依據(jù)。

目前應(yīng)用于大氣環(huán)境污染和環(huán)境安全監(jiān)測(cè)的技術(shù)主要有光學(xué)技術(shù)，質(zhì)譜技術(shù)和色譜技術(shù)，其中，基于光學(xué)原理的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，具有非接觸、無(wú)需采樣、高靈敏、大范圍快速監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)，是國(guó)際上環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。

差分吸收光譜技術(shù)doas是以大氣中的痕量污染氣體對(duì)紫外和可見(jiàn)波段的特征吸收為基礎(chǔ)，通過(guò)特征吸收光譜對(duì)大氣中污染氣體進(jìn)行定性識(shí)別和定量檢測(cè)。doas技術(shù)具有靈敏度高、時(shí)間分辨率高、非接觸測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于大氣痕量氣體成份探測(cè)及污染源煙氣在線監(jiān)測(cè)。與其它光譜學(xué)測(cè)量方法相比，doas測(cè)量系統(tǒng)的探測(cè)器件體積較小，更容易做成小便攜式儀器，性價(jià)比高。

相比于臺(tái)式機(jī)使用方式，便攜式監(jiān)測(cè)儀器具有體積小、質(zhì)量輕、攜帶方便、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，特別適用于野外大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)，以及國(guó)家和地方環(huán)境監(jiān)測(cè)站使用。便攜式監(jiān)測(cè)儀器可應(yīng)用于突發(fā)性大氣污染事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)，也可應(yīng)用于日常大氣環(huán)境連續(xù)在線監(jiān)測(cè)。因此，開(kāi)發(fā)具有測(cè)量速度快、測(cè)量精度高、操作使用簡(jiǎn)單的便攜式多組分氣體在線檢測(cè)儀器，對(duì)于提高我國(guó)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)掌握環(huán)境空氣質(zhì)量的變化情況，為環(huán)境污染控制提供數(shù)據(jù)支撐，改善大氣環(huán)境具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的不足，提供了一種便攜式多組分氣體檢測(cè)裝置，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)人員方便快捷的攜帶設(shè)備進(jìn)入到具體應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，如突發(fā)大氣事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)、固定污染源煙氣排放監(jiān)測(cè)、化工園區(qū)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)等，對(duì)被測(cè)區(qū)域的氣體進(jìn)行快速準(zhǔn)確的定性和定量監(jiān)測(cè)，為大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)提供可靠監(jiān)測(cè)設(shè)備，為生產(chǎn)環(huán)境的大氣安全性提供預(yù)警，為大氣環(huán)境的督查和監(jiān)察提供有效數(shù)據(jù)支撐。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：一種便攜式多組分氣體檢測(cè)裝置，包括便攜式箱體以及安裝在便攜式箱體內(nèi)的：紫外光源、準(zhǔn)直單元、樣品池、氣泵、匯聚單元、光纖、光譜儀、計(jì)算機(jī)以及電源模塊；所述樣品池上接有進(jìn)氣管和排氣管，所述氣泵串接在排氣管上，所述進(jìn)氣管和排氣管貫通至便攜式箱體外部，并在便攜式箱體的外壁上設(shè)有進(jìn)氣接口和排氣接口，所述進(jìn)氣接口上接有氣體采樣頭；紫外光源發(fā)射出的紫外光線經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直單元準(zhǔn)直后入射到樣品池，紫外光在樣品池內(nèi)被目標(biāo)氣體選擇性吸收之后由出射口發(fā)射出去，出射光束經(jīng)匯聚單元準(zhǔn)直和匯聚后通過(guò)光纖耦合后進(jìn)入光譜儀，光譜儀完成紫外光色散和紫外吸收光譜探測(cè)，然后通過(guò)usb接口方式將探測(cè)信號(hào)送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)完成光譜數(shù)據(jù)處理和目標(biāo)氣體濃度反演。

所述便攜式箱體由箱槽和箱蓋構(gòu)成，箱槽和箱蓋的其中一側(cè)通過(guò)鉸鏈鉸接，另一側(cè)即鉸鏈所在側(cè)的對(duì)側(cè)設(shè)有搭扣和把手；所述紫外光源、準(zhǔn)直單元、樣品池、氣泵、匯聚單元、光纖、光譜儀以及電源模塊安裝在箱槽內(nèi)，所述計(jì)算機(jī)安裝在箱蓋上，且箱蓋上開(kāi)設(shè)有一通孔，使計(jì)算機(jī)的顯示模塊能夠暴露在箱蓋的外側(cè)。

氣體采樣頭可拆卸的連接在所述進(jìn)氣接口上，氣體采樣頭內(nèi)包含粉塵過(guò)濾器；所述氣泵采用配置無(wú)刷電機(jī)的微型抽氣泵。

所述紫外光源選用氘燈。

準(zhǔn)直單元由順序布置的兩塊凸透鏡和一塊凹透鏡構(gòu)成，三塊透鏡之間的距離被裝配為能夠?qū)⒆贤夤庠窗l(fā)出的散射光匯聚成準(zhǔn)直的平行光，透鏡材料選用石英玻璃材料。

所述樣品池采用多次反射式懷特型結(jié)構(gòu)樣品池(懷特池)，利用三塊球面鏡實(shí)現(xiàn)紅外光多次折返；樣品池的氣路進(jìn)出口安裝有卡套接頭，光路進(jìn)出口安裝有密封硅橡膠，樣品池池體采用整體鋁合金加工而成，側(cè)面和底面有減輕槽，池體重量在3kg以內(nèi)，池體內(nèi)部進(jìn)行表面耐腐蝕處理；三塊球面鏡鍍紫外高反膜和保護(hù)膜。

匯聚單元由同軸順序布置的三塊凸透鏡以及連接底座構(gòu)成，匯聚單元的三塊凸透鏡安裝在連接底座上開(kāi)設(shè)的通光孔內(nèi)，連接底座與便攜式箱體的底壁固接，匯聚后的紫外光入射到所述光纖。

所述光譜儀選用光柵衍射分光型小型化紫外光譜儀，光譜儀探測(cè)器選用薄型背照式二維面陣ccd探測(cè)器。

便攜式箱體采用鋁合金材料加工，底部安裝了減震橡膠墊；所述箱槽側(cè)壁上設(shè)有用于容置導(dǎo)線的走線槽；所述箱蓋內(nèi)側(cè)設(shè)有用于收納并固定氣體采樣頭的卡槽，箱蓋內(nèi)側(cè)還設(shè)有一繞線盤(pán)，繞線盤(pán)上纏繞有備用軟管。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：本發(fā)明的便攜式多組分氣體檢測(cè)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)多組分氣體濃度在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，特別適用于野外大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)，以及國(guó)家和地方環(huán)境監(jiān)測(cè)站使用。裝置可應(yīng)用于突發(fā)性大氣污染事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)，也可應(yīng)用于日常大氣環(huán)境連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，本發(fā)明為大氣環(huán)境在線監(jiān)測(cè)提供了一種可靠設(shè)備。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的原理圖；

圖2是本發(fā)明的便攜式多組分氣體檢測(cè)裝置的使用狀態(tài)的立體圖；

圖3是本發(fā)明的便攜式箱體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中準(zhǔn)直單元的原理圖；

圖中標(biāo)號(hào)：1.紫外光源，2.準(zhǔn)直單元，3.氣體采樣頭，4.樣品池，5.氣泵，6.匯聚單元，7.光纖，8.光譜儀，9.計(jì)算機(jī)，10.樣品池進(jìn)氣口，11.樣品池入光孔，12.球面反射鏡，13.球面反射鏡，14.球面反射鏡，15.樣品池出光孔，16.樣品池出氣口，17.電源模塊，22.進(jìn)氣管，23.排氣管，24.走線槽，30.便攜式箱體，31.箱槽，32.箱蓋，33.把手，34.鉸鏈，221.進(jìn)氣接口，231.排氣接口，91.顯示模塊，321.卡槽，322.繞線盤(pán)，323備用軟管。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖1至3所示，本發(fā)明的便攜式多組分氣體檢測(cè)裝置包括紫外光源1、準(zhǔn)直單元2、氣體采樣頭3、樣品池4、氣泵5、匯聚單元6、光纖7、光譜儀8、計(jì)算機(jī)9以及電源模塊17。上述各模塊除氣體采樣頭3外均集成在一個(gè)便攜式箱體30中，所述樣品池4上接有進(jìn)氣管22和排氣管23，所述氣泵5串接在排氣管23上，所述進(jìn)氣管22和排氣管23貫通至便攜式箱體30外部，并在便攜式箱體30的外壁上設(shè)有進(jìn)氣接口221和排氣接口231，所述氣體采樣頭3與進(jìn)氣接口221連通；所述便攜式箱體30由箱槽31和箱蓋32構(gòu)成，箱槽31和箱蓋32的其中一側(cè)通過(guò)鉸鏈鉸接34，另一側(cè)即鉸鏈34所在側(cè)的對(duì)側(cè)設(shè)有搭扣和把手33；所述紫外光源1、準(zhǔn)直單元2、樣品池4、氣泵5、匯聚單元6、光纖7、光譜儀8以及電源模塊17安裝在箱槽31內(nèi)，所述計(jì)算機(jī)9安裝在箱蓋32上，且箱蓋32上開(kāi)設(shè)有一通孔，使計(jì)算機(jī)9的顯示模塊91能夠暴露在箱蓋32的外側(cè)。本發(fā)明的便攜式多組分氣體檢測(cè)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)多組分氣體濃度在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，特別適用于野外大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)，以及國(guó)家和地方環(huán)境監(jiān)測(cè)站使用。裝置可應(yīng)用于突發(fā)性大氣污染事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)，也可應(yīng)用于日常大氣環(huán)境連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，本發(fā)明為大氣環(huán)境在線監(jiān)測(cè)提供了一種可靠設(shè)備。

紫外光源1為紫外信號(hào)源，為紫外光譜測(cè)量提供穩(wěn)定輻射信號(hào)輸出，紫外光源1發(fā)射出的紫外光線經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直單元2準(zhǔn)直，再經(jīng)樣品池4增加了吸收光程之后由出射口發(fā)射出去，出射光束經(jīng)匯聚單元6準(zhǔn)直和匯聚，通過(guò)光纖7耦合后進(jìn)入光譜儀8，光譜儀8完成紫外光色散和紫外吸收光譜探測(cè)，然后通過(guò)usb接口方式將探測(cè)信號(hào)送到計(jì)算機(jī)9，完成光譜數(shù)據(jù)處理和目標(biāo)氣體濃度反演。

便攜式多組分氣體檢測(cè)裝置的紫外光源1選用氘燈，在200～400nm紫外波段范圍具有很強(qiáng)的發(fā)射光譜，且很多氣體成分如苯，甲苯，二甲苯，甲醛，氨，硫化氫、二氧化硫等在該紫外波段有很強(qiáng)的吸收，適合紫外光譜探測(cè)。氘燈外部安裝散熱裝置，以加快氘燈工作時(shí)熱量散發(fā)，提高其使用壽命，另外，散熱裝置還具有降低雜散光，提高光源輸出穩(wěn)定性的作用。

便攜式多組分氣體檢測(cè)裝置的準(zhǔn)直單元2由順序布置的兩塊凸透鏡201、202和一塊凹透鏡203構(gòu)成，三塊透鏡之間的距離被裝配為能夠?qū)⒆贤夤庠?發(fā)出的散射光匯聚成準(zhǔn)直的平行光，透鏡材料選用jgs1石英玻璃材料，具有紫外高透過(guò)率，提高光束耦合效率，準(zhǔn)直后的紫外光進(jìn)入樣品池入光孔11。

便攜式多組分氣體檢測(cè)裝置的氣體采樣頭3包含了粉塵過(guò)濾器，完成采樣氣體固體顆粒物過(guò)濾，防止樣品池光學(xué)鏡片受粉塵污染，與樣品池4的進(jìn)氣口10連接；氣泵5采用配置無(wú)刷電機(jī)的微型抽氣泵，具有不干擾周?chē)娮釉骷?、不污染電源的特性，可以抽取腐蝕性氣體，與樣品池4的出氣口16連接，通過(guò)氣泵抽氣完成目標(biāo)氣體采樣。

為實(shí)現(xiàn)便攜式使用方式，減小部件體積，便攜式多組分氣體檢測(cè)裝置的樣品池4采用多次反射式懷特型結(jié)構(gòu)樣品池，利用三塊球面鏡12、13、14，實(shí)現(xiàn)紅外光多次折返，具有光路長(zhǎng)、體積小、重量輕等特點(diǎn)，樣品池基長(zhǎng)40cm，多次反射光程可調(diào)，最大光程可達(dá)13m。氣路進(jìn)出口安裝有卡套接頭10、16，光路進(jìn)出口安裝有密封硅橡膠，具有很好的密封能力。樣品池池體采用整體鋁合金加工而成，側(cè)面和底面有減輕槽，池體重量控制在3kg以內(nèi)，并在內(nèi)部進(jìn)行表面耐腐蝕處理，本實(shí)施例所提供的表面耐腐蝕處理方式為陽(yáng)極氧化加聚四氟乙烯涂層。三塊球面鏡12、13、14鍍紫外高反膜和保護(hù)膜，在保證反射率的同時(shí)可以很好的保護(hù)反射鏡面，易于清理和維護(hù)。為了使空間布局更加緊湊，樣品池4的入射窗口和出射窗口位于樣品池兩側(cè)，而并非設(shè)置在樣品池4端部，光束進(jìn)入樣品池4后以及從樣品池4射出前都需要偏轉(zhuǎn)一定角度，因此樣品池4的兩個(gè)通光窗口內(nèi)分別設(shè)有一個(gè)反射鏡11、15。

匯聚單元6由同軸順序布置的三塊凸透鏡以及連接底座構(gòu)成，匯聚單元6的三塊凸透鏡安裝在連接底座上開(kāi)設(shè)的通光孔內(nèi)，連接底座與便攜式箱體30的底壁固接，匯聚后的紫外光入射到所述光纖7。

便攜式多組分氣體檢測(cè)裝置的紫外光譜儀8選用光柵衍射分光型小型化紫外光譜儀，為提高信噪比和信號(hào)處理速度，光譜儀探測(cè)器選用薄型背照式二維面陣ccd探測(cè)器。

便攜式多組分氣體檢測(cè)裝置的計(jì)算機(jī)9采用8寸加固型一體化工控機(jī)，具有重量輕、體積小、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，通過(guò)usb通訊方式與紫外光譜儀8連接，完成光譜信號(hào)處理、多組分氣體濃度定量反演、結(jié)果顯示及保存。

便攜式多組分氣體檢測(cè)裝置的箱體30采用鋁合金材料加工，底部安裝了減震橡膠墊，箱體30正面安裝把手33，可進(jìn)行手提移動(dòng)式測(cè)量。

所述箱槽31側(cè)壁上設(shè)有用于容置導(dǎo)線的走線槽24；所述箱蓋32內(nèi)側(cè)設(shè)有用于收納并固定氣體采樣頭的卡槽321，箱蓋內(nèi)側(cè)還設(shè)有一繞線盤(pán)322，繞線盤(pán)上纏繞有備用軟管323。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。