CN103134752A - 光电分析装置和方法 - Google Patents

Abstract

光电分析装置和方法。本发明提供了一种流通池，所述流通池包括本体，进一步包括：进样通道，所述进样通道的输出端连通流体通道的输入端；流体通道，所述流体通道设置在所述本体内；第一光学器件和第二光学器件，所述第一光学器件和第二光学器件设置在所述流体通道的两侧；加热器件，所述加热器件设置在所述本体上，输入端连接电源及控制单元；温度传感器，所述温度传感器设置在所述本体上，输出端连接所述控制单元。本发明具有检测精度高、一致性好等优点，可广泛应用于流体分析中。

Description

光电分析装置和方法

技术领域

本发明涉及流体分析，特别涉及具有精确温度调控功能的流通池，及应用该流通池的光电分析装置和方法。

背景技术

光学分析技术作为一种快速、准确的技术，如光谱分析技术，在液体、气体分析中得到了广泛的应用。光学分析技术的基本原理是：待测流体进入流通池内，光源发出的测量光射进所述流通池内的待测流体，探测器将接收到的与所述待测流体作用后的测量光转换为电信号，并送分析单元；所述分析单元分析待测流体对测量光的影响，如吸收、折射、散射等，从而获知待测流体的信息，如浓度。

目前使用的流通池都不具备温控模块，流通池内的待测流体温度完全受外界环境的影响，不稳定。因此，现有流体分析装置具有诸多不足，如：

1、检测精度低。

根据光学分析技术的原理，如光谱技术，待测流体对测量光的影响程度受待测流体温度的影响，如温度越高，待测气体对测量光的吸收越大。而现有技术中没有考虑待测流体温度的波动对测量的影响。因此，现有的分析装置检测精度低。

2、检测结果一致性差。

目前的流通池由于没有控温部件，待测流体温度会随外部环境变化而有所浮动，而检测结果又取决于待测流体的温度，最终导致相同样品的测量结果不一致。

发明内容

为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种温控精度高、测量一致性好的流通池。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种流通池，所述流通池包括本体，所述流通池进一步包括：

进样通道，所述进样通道的输出端连通流体通道的输入端；

流体通道，所述流体通道设置在所述本体内；

第一光学器件和第二光学器件，所述第一光学器件和第二光学器件设置在所述流体通道的两侧；

加热器件，所述加热器件设置在所述本体上，输入端连接电源；

温度传感器，所述温度传感器设置在所述本体上，输出端连接所述控制单元；

控制单元，所述控制单元用于根据温度设定值、接收到的温度传感器的输出值而调整所述加热器件的加热功率。

根据上述的流通池，优选地，所述进样通道设置在所述本体的内部或绕在所述本体上。

可选地，所述第一光学器件和/或第二光学器件与流体通道之间设置密封件。

根据上述的流通池，可选地，通过压盖部件将所述第一光学器件和/或第二光学器件安装在所述本体上。

优选地，所述压盖部件与第一光学器件和/或第二光学器件之间设置垫片。

本发明的目的还在于提供了一种检测精度高、测量一致性好的光电分析装置。该发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种光电分析装置，所述光电分析装置包括光源、流通池、探测器及分析单元；所述流通池采用上述流通池中的任一种，温度传感器的输出端连接所述分析单元。

本发明的目的还在于提供了一种检测精度高、测量一致性好的光学分析方法。该发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种光学分析方法，所述分析方法包括以下步骤：

(A1)提供上述流通池中的任一种；

(A2)在控制单元的控制下，所述加热部件工作；

(A3)待测流体通过进样通道而进入本体内的流体通道，同时被加热到设定值；

(A4)光源发出的测量光穿过第一光学器件后进入流体通道内的待测流体，作用于所述待测流体，探测器将经过第二光学器件发射或透射的与所述待测流体作用后的测量光转换为电信号，并传送到分析单元；

(A5)分析单元分析接收到的所述电信号、所述设定值，得到所述待测流体对测量光的影响，从而获知所述待测流体的浓度。

根据上述的分析方法，优选地，所述光源是激光器或汞灯或氘灯或氙灯。

根据上述的分析方法，优选地，所述分析单元利用光谱技术分析所述电信号。

根据上述的分析方法，可选地，所述步骤(A3)进一步包括以下步骤：

(B1)温度传感器将测得的温度值传送到控制单元；

(B2)所述控制单元比较设定值、温度值，若差值大于零，提高加热功率或保持电源和加热部件间的电连通；若差值小于零，断开所述电源盒加热部件间的电连通；若差值等于零，断开所述电源盒加热部件间的电连通或降低加热功率。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1、检测精度高。

在检测过程中，加热待测流体，使得待测流体的温度都处于设定值，最终的测量结果考虑到温度的影响，提高了检测精度。

2、检测结果一致性好。

流通池具有精准的控温部件，使得待测流体温度不受外部环境变化影响，且都处于相同的温度设定值，最终使得相同样品的测量结果完全一致。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是根据本发明实施例1的流通池的剖视图；

图2是根据本发明实施例1的流通池的正视图；

图3是根据本发明实施例2的光电分析装置简图；

图4是根据本发明实施例2的光学分析方法的流程图；

图5是根据本发明实施例3的光电分析装置简图；

图6是根据本发明实施例3的温控部件简图。

具体实施方式

图1-6和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1示意性地给出了本发明实施例的流通池的剖视图，如图1所示，所述流通池包括：

本体，所述本体采用导热性好的金属材料，如铝、铜、银等；

进样通道，所述进样通道的输出端连通流体通道的输入端；可选地，所述进样通道13(具有进口14和出口15)可采用管道形成而绕在所述本体上，如图2所示，或者在本体内部开出通道而形成，再或者先利用管道形成进样通道，再使用熔融金属浇铸螺旋的或盘绕的所述进样通道，从而使本体和进样通道铸在一起，在有限的本体体积内延长了进样通道的长度，有效地提高了加热性能。

流体通道，所述流体通道设置在所述本体内，如采用电钻在本体上钻出通孔；

第一光学器件7和第二光学器件，所述第一光学器件7和第二光学器件设置在所述流体通道的两侧；可选地，所述第一光学器件和第二光学器件都采用凸透镜，使得测量光依次穿过第一光学器件、流体通道和第二光学器件；或者，所述第一光学器件采用凸透镜，第二光学器件采用反射镜，如平面或凹面反射镜，测量穿过第一光学器件、流体通道内被所述第二光学器件反射，再次穿过第一光学器件，从而使测量光与流体通道内的待测流体(气体或液体)发生作用，如吸收、散射等。上述凸透镜也可替换为光学窗片。

加热器件11，如PTC，所述加热器件设置在所述本体上，输入端连接电源；所述加热器件贴在所述本体侧面，如图2所示，或者设置在本体内。

温度传感器，所述温度传感器设置在所述本体上，如图2所示，输出端连接所述控制单元；

控制单元，所述控制单元用于根据温度设定值、接收到的温度传感器的输出值而调整所述加热器件的加热功率。具体为：

所述控制单元内的比较模块比较设定值、温度传感器将测得的温度值，若差值大于零，控制模块提高或保持加热器件的加热功率；若差值小于零，控制模块断开所述电源盒加热部件间的电连通，使得加热功率为零；若差值等于零，控制模块断开所述电源和加热部件间的电连通或者降低加热功率。比较模块和控制模块采用软件或电路来实现。

为了使流体通道内的待测流体与外界保持隔离，可选地，所述透镜和流体通道之间设置密封件6，并通过压盖9将所述第一光学器件和/或第二光学器件安装在所述本体上。

为了保护光学器件，优选地，所述压盖和光学器件之间设置垫片8。

实施例2：

根据本发明实施例1的流通池在气体分析装置和方法的应用例，具体用于检测过程气中CO的浓度。

图3示意性地给出了本发明实施例的气体分析装置简图，如图3所示，所述气体分析装置包括：

半导体激光器，所述半导体激光器发射的测量光波长对应于CO的吸收光谱谱线；

流通池本体采用铝材料，螺旋形的进样通道和本体浇铸在一起，加热部件和温度传感器都设置在本体内部，第一光学器件和第二光学器件都采用平-凸透镜，光学器件和本体之间具有密封器件，保证了CO不泄漏，压盖通过螺纹安装在本体上，并通过垫片压紧所述光学器件。控制单元具体采用比较电路和控制电路。

光电传感器，所述光电传感器将穿过第一光学器件、流体通道和第二光学器件的测量光转换为电信号，并传送到分析单元；

分析单元，所述分析单元利用吸收光谱技术分析所述电信号，得到测量光的衰减，从而获知过程气中的CO含量。

图4示意性地给出了本发明实施例的气体分析方法的流程图，如图4所示，所述气体分析方法包括以下步骤：

(A1)提供上述的分析装置；

(A2)在控制单元的控制下，所述加热部件工作；

(A3)过程气通过进样通道而进入本体内的流体通道，同时被加热到设定值，具体为：

(B1)温度传感器将测得的温度值传送到控制单元；

(B2)比较电路比较设定值、温度值，若差值大于零，控制电路提高加热功率或保持电源和加热部件间的电连通；若差值小于零，控制电路断开所述电源盒加热部件间的电连通；若差值等于零，控制电路断开所述电源盒加热部件间的电连通或降低加热功率；

(A4)半导体激光器发出的测量光穿过第一光学器件后进入流体通道内的过程气，作用于所述过程气，光电传感器器将经过第二光学器件透射的与所述过程气作用后的测量光转换为电信号，并传送到分析单元；

(A5)分析单元利用吸收光谱分析技术分析接收到的所述电信号、所述设定值，得到CO对测量光的影响，从而获知所述过程气中CO的浓度。

根据本实施例1的管式加热炉及节能方法达到的益处在于：在检测过程中，加热待测流体，使得待测流体的温度都处于设定值，最终的测量结果考虑到温度的影响，提高了检测精度。流通池具有精准的控温部件，使得待测流体温度不受外部环境变化影响，且都处于相同的温度设定值，最终导致相同样品的测量结果完全一致。螺旋形进样通道提高了加热效果，同时使得气体温度均匀，温度精度高。

实施例3：

根据本发明实施例1的流通池在光电分析装置和方法中的应用例，具体用于水质的在线分析。

图5示意性地给出了本发明实施例的光电分析装置简图，如图5所示，所述光电分析装置包括：

氙灯，所述氙灯发射出宽谱光；

流通池本体采用铝材料，35cm长的进样通道绕在所述本体上；本体的中央位置开有直径为1.2mm的通孔作为流体通道；PTC加热器设置在本体内部，本体上设有直径为3mm、深度为18mm的圆柱孔，温度传感器设置在所述孔内，尾部用环氧树脂胶固定。第一光学器件和第二光学器件都采用平-凸透镜，光学器件和本体之间具有密封器件，保证了水样不泄漏，压盖通过螺纹安装在本体上，并通过垫片压紧所述光学器件。

图6示意性地给出了本发明实施例的温控部件简图，如图6所示，所述温度传感器采用PT100，检测精度为±0.15℃，转换电路将温度传感器的电阻变化转换为电压变化，再通过A/D转换器(如ICL7135)将模拟信号转换为MCU模块能识别的数字信号，并传送到MCU模块；所述MCU模块比较设定值及测得的温度值，经过PID算法得到PTC加热器打开或关闭的时间；MCU模块的输出结果通过IO口输出，再通过驱动电路去控制PTC加热器。所述驱动电路是一个功率放大电路，将MCU模块输出的微弱IO信号放大到能驱动PTC加热器的大功率信号。

分光器件，如光栅或棱镜，所述分析器件将透射的宽谱测量光分开，并射到光电传感器上

光电传感器，如CCD或CMOS阵列，所述光电传感器将穿过第一光学器件、流体通道和第二光学器件的测量光转换为电信号，并传送到分析单元；

分析单元，所述分析单元利用吸收光谱技术分析所述电信号，得到测量光的衰减，从而获知水样的信息，如浊度等。

上述实施例仅是示例性地给出了测量光穿过第一光学器件和第二光学器件的情况，所述第二光学器件当然还可以替换为反射镜，如平面或凹面反射镜，使得穿过第一光学器件、流体通道内待测流体的测量光被所述第二光学器件反射，反射光再穿过待测流体和第一光学器件后被探测器接收。对于本领域的技术人员来说，上述技术方案是可以预料到的。

Claims (10)

1.一种流通池，所述流通池包括本体，其特征在于：所述流通池进一步包括：

进样通道，所述进样通道的输出端连通流体通道的输入端；

流体通道，所述流体通道设置在所述本体内；

第一光学器件和第二光学器件，所述第一光学器件和第二光学器件设置在所述流体通道的两侧；

加热器件，所述加热器件设置在所述本体上，输入端连接电源；

温度传感器，所述温度传感器设置在所述本体上，输出端连接所述控制单元；

控制单元，所述控制单元用于根据温度设定值、接收到的温度传感器的输出值而调整所述加热器件的加热功率。

2.根据权利要求1所述的流通池，其特征在于：所述进样通道设置在所述本体的内部或绕在所述本体上。

3.根据权利要求1所述的流通池，其特征在于：所述第一光学器件和/或第二光学器件与流体通道之间设置密封件。

4.根据权利要求3所述的流通池，其特征在于：通过压盖部件将所述第一光学器件和/或第二光学器件安装在所述本体上。

5.根据权利要求4所述的流通池，其特征在于：所述压盖部件与第一光学器件和/或第二光学器件之间设置垫片。

6.一种光电分析装置，所述光电分析装置包括光源、流通池、探测器及分析单元；其特征在于：所述流通池采用权利要求1-5任一所述的流通池，温度传感器的输出端连接所述分析单元。

7.一种光学分析方法，所述分析方法包括以下步骤：

(A1)提供权利要求1-5任一所述的流通池；

(A2)在控制单元的控制下，所述加热部件工作；

(A3)待测流体通过进样通道而进入本体内的流体通道，同时被加热到设定值；

(A4)光源发出的测量光穿过第一光学器件后进入流体通道内的待测流体，作用于所述待测流体，探测器将经过第二光学器件发射或透射的与所述待测流体作用后的测量光转换为电信号，并传送到分析单元；

(A5)分析单元分析接收到的所述电信号、所述设定值，得到所述待测流体对测量光的影响，从而获知所述待测流体的浓度。

8.根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于：所述光源是激光器或汞灯或氘灯或氙灯。

9.根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于：所述分析单元利用光谱技术分析所述电信号。

10.根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于：所述步骤(A3)进一步包括以下步骤：

(B1)温度传感器将测得的温度值传送到控制单元；

(B2)所述控制单元比较设定值、温度值，若差值大于零，提高加热功率或保持电源和加热部件间的电连通；若差值小于零，断开所述电源盒加热部件间的电连通；若差值等于零，断开所述电源盒加热部件间的电连通或降低加热功率。

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