CN104677876B - 一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置，包括设置在毛细管座上的光源系统、荧光涂层毛细管、探测系统，探测系统与光源系统均垂直于荧光涂层毛细管管壁设置，且探测系统与光源系统呈90度设置，光源系统包括依次连接设置的LED光源、准直系统、第一滤光片，探测系统包括探测器、第二滤光片。本发明光源和探测器沿荧光涂层毛细管管壁90度设置，避免了激发光直接照射探测器，光路短，减少了水汽等的影响，第二滤光片从气路中隔离，不会受气体污染；套管的设置，减少激发光杂散光，增强荧光强度及信号强度；减少信号背景噪声，减少检测气体内水汽、灰尘附着的影响。
Description
技术领域
本发明涉及气体检测装置，具体涉及一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置。
背景技术
利用毛细管内壁镀膜荧光的强度变化做气态物质探测和分析技术是一种有效的微量物质探测、分析技术，目前，采用该技术的装置通常有两种形式，一种是在毛细管内壁上涂覆特殊的荧光物质，光源打到内壁镀膜，产生荧光，光源和探测器相对放置在毛细管的两侧，光源侧的滤光片滤掉激发光中和荧光波长重叠的部分，探测器侧的滤光片选择荧光中感兴趣的波段，滤掉激发光，被检气体从气体进样口被气泵抽入，当被检测的气流通过毛细管，镀膜物质会选择性的和被检测物发生反应，引起荧光强度\谱的变化，探测器探测到这种变化来探测、分析气态物质，该种检测的一个例子是，镀膜物是聚甲氧基乙基己氧基亚苯基乙撑（MEH-PPV），光源为蓝光LED，荧光为中心值为590nm左右的橙色光，当硝基芳香烃蒸汽通过毛细管时，荧光强度会急剧减弱，这种变化可用于探测硝基芳香烃类物质。该种结构形式存在的问题是：光源和探测器面对面安置，光源发出的激发光也直接照射到了探测器侧的滤光片上，然后经过探测器侧的滤光片的衰减，被探测器接收到。被探测器接收到的激发光属于无效信号，叠加在有效的荧光上，造成了探测器背景输出增加，从而带来输出偏置增大和背景噪声的增加。
另一种结构形式是，光源设置在毛细管壁的一侧，探测器设置在毛细管出气的一端，即将探测器放置在毛细管的末端气路通道上，荧光通过毛细管的波导效应传至毛细管末端，然后被探测器接收，该种结构下探测器不在激发光照射区，因此可很大程度上抑制激发光所造成的干扰，然而，该结构存在以下问题：荧光需在毛细管的管壁内通过全反射传输，因此，在荧光产生和末端出光的部分，内外壁出现任何附着现象（如水气附着在内壁），都会影响全反射，将探测器置于末端的结构加长了光在玻璃壁内传输的路程，在这个长光路中的任意一点的全反射被破坏，都会使光传导被干扰，造成探测器端输出的非正常变化。另外，探测器侧的滤光片暴露在气路中，灰尘附着和水蒸气等附着也会造成输出非正常变化。这两种变化都能导致探测失效，后一种还会导致滤光片失效，引起机器故障。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置。
本发明通过以下技术方案加以实现：
所述的一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置，其特征在于包括光源系统、荧光涂层毛细管、探测系统，光源系统、荧光涂层毛细管、探测系统均设置在毛细管座上，探测系统与光源系统均垂直于荧光涂层毛细管管壁设置，且探测系统与光源系统呈90度设置，所述毛细管的进气端及出气端均设置有第一密封圈，光源系统包括依次连接设置的LED光源、准直系统、第一滤光片，探测系统包括探测器、第二滤光片。
所述的一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置，其特征在于所述光源系统、探测系统与荧光涂层毛细管管壁的连接处均设置有第二密封圈。
所述的一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置，其特征在于所述毛细管座上还设置有套管，所述套管为铝管或钢管其他易于加工的材料，套管壁对应光源系统和探测系统的位置处设置有开口，将套管内壁与探测器相对的一侧设置成反光壁，将套管内壁与光源系统相对的一侧设置成吸收壁或反射壁。
所述的一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置，其特征在于所述准直系统为透镜或带有光学孔径的圆柱体。
所述的一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置，其特征在于所述光学孔径的深度为4-15mm，孔径为1-4mm，孔径内壁涂有黑色吸光材料或黑色吸光涂料。
所述的一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置，其特征在于所述荧光涂层毛细管沿内壁长度方向依次涂有不同的荧光物质涂层，各荧光物质涂层间隔设置，所述光源系统与探测系统的个数与荧光物质涂层的个数相同。
所述的一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置，其特征在于所述套管套接设置在荧光涂层毛细管上，且与荧光涂层毛细管的外壁留有间隙。
本发明与现有技术相比，存在以下有益效果：
1）光源和探测器沿荧光涂层毛细管管壁90度设置，避免了激发光直接照射探测器，该结构照射，接收局限于毛细管内壁镀膜部分，光路短，减少了水汽、灰尘等气流中附着物的影响，第二滤光片从气路中隔离，不会受气体污染；
2）套管的设置，可减少激发光杂散光，或将激发光未被荧光物质吸收的部分再次反射到荧光物质上，增强荧光强度；将探测器相对的一侧套管内壁设置成反射壁，增强荧光信号；
3）本发明结构能够减少信号背景噪声，减少检测气体内水汽、灰尘附着的影响，并通过反射壁和吸收壁，有效增强信号，减少杂散光。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明内部结构示意图；
图3为本发明荧光涂层毛细管结构示意图；
图4为本发明光源和探测器在时间上交替工作示意图；
图中：1-毛细管，2-毛细管座，3-LED光源，4-准直系统，5-第一滤光片，6-探测器，7-第二滤光片，8-密封圈，9-套管，10-开口，11-荧光物质涂层。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明作进一步详细说明，并给出具体实施方式。
如图1-2所示，本发明一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置，用于有毒性物品挥发气体、易燃性物质挥发气体、毒品挥发气体、爆炸物挥发气体等的探测和分析。包括配合设置在毛细管座2上的光源系统、荧光涂层毛细管1、探测系统，为方便安装，在光源系统、探测系统与荧光涂层毛细管管壁的连接处均设置有第二密封圈，图中未标出；探测系统与光源系统均垂直于荧光涂层毛细管管壁设置，且探测系统与光源系统呈90度设置，为确保气路密闭，在毛细管的进气端及出气端均设置有第一密封圈8，实现吸气头、管座后端气道和毛细管间的密封，光源系统包括依次连接设置的LED光源3、准直系统4、第一滤光片5，准直系统4为透镜或带有光学孔径的圆柱体，其中光学孔径的深度为4-15mm，孔径为1-4mm，孔径内壁涂有黑色吸光材料或黑色吸光涂料；探测系统包括探测器6、第二滤光片7。
为增强荧光强度和减少激发光杂散光，在毛细管座2上还设置有套管9，套管套接在荧光涂层毛细管外，且与荧光涂层毛细管的外壁留有间隙，套管为铝管或钢管，套管壁对应光源系统和探测系统的位置处设置有开口10，将套管内壁与探测器相对的一侧通过抛光处理等方法设置成反光壁，将套管内壁与光源系统相对的一侧设置成吸收壁或反射壁，其中吸收壁可通过氧化发黑、镀黑色吸收材料等方法制备。
本发明将光源和探测器6呈90度角设置，确保气流的方向不经过探测器，光源前加准直系统4，使输出光在一定程度上平行，避免激发光照射到探测器方向，该平行光通过荧光涂层毛细管1管壁，射到内壁的荧光镀膜上，一部分产生的荧光被直角放置的探测器6接收，未被荧光物质吸收的激发光则被套管另一侧的吸收壁吸收，减少杂散，或反射壁返回，再次照射荧光物质，增强荧光信号。荧光镀膜产生的荧光不直接射向探测器6的部分，被探测器相对侧的反光壁反射回探测器6方向，增强了探测器6的荧光接收量。
本发明可以扩展为单路气体通道，多路光学通道的结构，通过多种荧光物质对同一路气体的反应，提高探测器6选择性并能够增加探测气体成分的种类，在荧光涂层毛细管沿内壁长度方向依次涂有不同的荧光物质涂层11，各荧光物质涂层11间隔设置，且光源系统与探测系统的个数与荧光物质涂层的个数相同。如图3所示，毛细管1内壁沿着长度方向依次涂着不同的荧光物质，气流在经过毛细管时，依次和各个荧光物质作用。每种荧光物质的荧光激发，接收都如图1所示，为独立的分系统。为了避免荧光间的互相干扰，激发光需在时间上错开，探测器也只在本激发光激发时接收信号。如图4所示，激发光源和探测器在时间上交替工作，这样就避免了光学通道间的干扰。
Claims (6)
1.一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置，其特征在于包括光源系统、荧光涂层毛细管（1）、探测系统，光源系统、荧光涂层毛细管、探测系统均设置在毛细管座（2）上，探测系统与光源系统均垂直于荧光涂层毛细管管壁设置，且探测系统与光源系统呈90度设置，所述毛细管的进气端及出气端均设置有第一密封圈（8），光源系统包括依次连接设置的LED光源（3）、准直系统（4）、第一滤光片（5），探测系统包括探测器（6）、第二滤光片（7），所述毛细管座（2）上还设置有套管（9），所述套管（9）为铝管或钢管，套管壁对应光源系统和探测系统的位置处设置有开口（10），将套管内壁与探测器相对的一侧设置成反光壁，将套管内壁与光源系统相对的一侧设置成吸收壁或反射壁。
2.根据权利要求1所述的一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置，其特征在于所述光源系统、探测系统与荧光涂层毛细管管壁的连接处均设置有第二密封圈。
3.根据权利要求1所述的一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置，其特征在于所述准直系统（4）为透镜或带有光学孔径的圆柱体。
4.根据权利要求3所述的一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置，其特征在于所述光学孔径的深度为4-15mm，孔径为1-4mm，孔径内壁涂有黑色吸光材料。
5.根据权利要求1所述的一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置，其特征在于所述荧光涂层毛细管沿内壁长度方向依次涂有不同的荧光物质涂层（11），各荧光物质涂层间隔设置，所述光源系统与探测系统的个数与荧光物质涂层的个数相同。
6.根据权利要求1所述的一种基于透明毛细管结构和荧光的气态物质探测装置，其特征在于所述套管（9）套接设置在荧光涂层毛细管（1）上，且与荧光涂层毛细管的外壁留有间隙。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A gas substance detection device based on transparent capillary structure and fluorescence Effective date of registration: 20231204 Granted publication date: 20171124 Pledgee: Zhejiang Rural Commercial Bank of China branch of Limited by Share Ltd. Pledgor: LINHAI OUXUN ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023330002951 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |