CN106198429A - 一体化园区有毒有害多组分doas气体分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，包括有气体检测部分和气体分析部分，气体检测部分包括有望远镜、标定控制盒、角反射镜、光阑、自校镜；标定控制盒内包括汞灯、汞灯升降电机；标定控制盒位于望远镜的前方，望远镜的后方依次设有光阑、自校镜、角反射镜；气体分析部分包括有机箱，机箱内包括有主控制板、保温盒以及与主控制板连接的汞灯电源板、上位机、光谱仪、温度传感器、加热片、状态指示灯，所述光谱仪、温度传感器、加热片设置在保温盒中；气体检测部分与气体分析部分通过光纤连接。本发明集成度高、操作简单、稳定可靠，可实现对于园区有毒有害气体准确有效的监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，应用于园区的环境空气质量监测领域。
背景技术
随着环境污染的日趋严重，人们对于环境污染源头的源头控制也是越来越关注。近年来园区（包括化工园区等）多次出现污染泄漏或无组织排放有毒有害气体超标的污染事件，给周围居民的日常生活和人身安全带来很大隐患。为维护工业园区的环境安全，保障周边居民健康，需要建立先进的空气质量监测预警体系，开发适宜园区大范围有毒有害气体泄漏监测的仪器设备。
传统的点式分析仪仪器属于单点的抽取式测量，受到安装点位的限制，只能测量该安装点处的污染物浓度。随着技术的不断进步和发展，基于开放光路的光谱监测设备逐渐被应用于空气的监测，如差分吸收光谱技术（DOAS）、傅里叶变换红外光谱技术（FTIR）、可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）等。而开放式DOAS气体分析仪作为空气监测设备已被广泛应用于常规环境空气质量的监测，主要监测对象为（SO2、NO2、O3），满足HJ654-2013《环境空气气态污染物（SO2、NO2、O3、CO）连续自动监测系统技术要求及检测方法》。DOAS分析仪器的优点是通过选择合适的光谱仪、光纤和数字滤波算法，即可有针对实现更多污染气体的监测。
目前国内商业化的开放式DOAS分析仪主要应用于常规的污染气体（SO2、NO2、O3）监测，仪器组成部分相对较多占用体积较大，且光谱仪需要多个步骤的调试，操作相对比较繁琐，不适宜现有的园区有毒有害气体在线监测。
发明内容
本发明的主要目的是提供一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，通过对于园区的有毒有害气体的监测，建立预警监测系统，为园区的环境安全以及周边居民健康提供保障。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：包括有气体检测部分和气体分析部分，所述气体检测部分包括有望远镜、标定控制盒、角反射镜、光阑、自校镜；所述标定控制盒内包括样品池、样品池升降电机、汞灯、汞灯升降电机；标定控制盒位于望远镜的前方，望远镜的后方依次设有光阑、自校镜、角反射镜；
所述气体分析部分包括有机箱，机箱内包括有主控制板、保温盒以及与主控制板连接的汞灯电源板、上位机、光谱仪、温度传感器、加热片、状态指示灯，所述光谱仪、温度传感器、加热片设置在保温盒中；
所述气体检测部分与气体分析部分通过光纤连接。
所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：所述角反射镜安装于室外，距离望远镜100-300m范围内。
所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：分析仪包括两种工作模式，分别为：监测模式和校准模式，模式切换由标定控制盒实现；
在监测模式下，氙灯光源发出的光经过望远镜准直发射后到达角反射镜，调节望远镜的俯仰、水平调节旋钮以及氙灯位置，使其与角反射镜光路对准，反射回来的光到达望远镜被汇聚后，经过光纤传输到光谱仪，将采集到的光谱信号通过主控制板传输到上位机，经过软件相应的处理获得气体的浓度并显示；
在校准模式下，氙灯光源发出的光经过望远镜准直后到达自校镜，然后反射回望远镜被汇聚后，经过光纤传输到光谱仪，光谱仪将光谱信号通过主控制板传输到上位机，经过软件相应的处理实现对分析仪的校准。
所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：标定控制盒实现模式切换的方式是：标定控制盒内还包括样品池、样品池升降电机，通过上位机发送指令到达标定控制盒，标定控制盒控制样品池升降电机使样品池上升，同时切换光阑使得光信号不经过大气传输，直接经过望远镜前端的自校镜反射回，再经过汇聚后通过样品池到达光纤；在样品池中通入零气或者标准气体即可对仪器进行零点或跨度校准、检查。
所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：所述光纤为融石英紫外光纤，芯径600微米，起始响应波段≤240nm。
所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：所述光谱仪光谱范围为240～390nm，光谱仪的分辨率优于0.3nm，为一体化光纤光谱仪，无需调整狭缝和光栅位置。
所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：所述光谱仪、温度传感器、加热片、保温盒组合实现对光谱仪的恒温控制，温度控制采用比例-微分-积分调节方式实现，温度控制范围38±0.1℃。
所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：所述的温度传感器温度检测范围-50～450℃范围，测量精度0.1℃。
所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：所述状态指示灯包括红、黄、绿三个指示灯，红色表示故障，黄色表示程序运行，绿色表示正常。
所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：所述气体分析仪可测量成分和检测限分别为苯（2ppb）、甲苯(2ppb)、间二甲苯(2ppb)、对二甲苯(2ppb)、邻二甲苯(8ppb)、苯酚（2ppb）、苯乙烯（2ppb）、二硫化碳（8ppb）或氯气（20ppb）。
本发明的优点是：
本发明体积小、紧凑、操作简单、稳定性高、成本低，可实现多种成分的同时监测。
附图说明
图1是本发明的总示意图。
具体实施方式
如图1所示，一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，包括有气体检测部分和气体分析部分，所述气体检测部分包括有望远镜1、标定控制盒2、角反射镜3、光阑5、自校镜6；所述标定控制盒2内包括样品池、样品池升降电机、汞灯、汞灯升降电机；标定控制盒2位于望远镜1的前方，望远镜1的后方依次设有光阑5、自校镜6、角反射镜3；角反射镜3安装于室外，距离望远镜1100-300m范围内。
气体分析部分包括有机箱，机箱内包括有主控制板7、保温盒13以及与主控制板7连接的汞灯电源板8、上位机9、光谱仪10、温度传感器11、加热片12、状态指示灯14，所述光谱仪10、温度传感器11、加热片12设置在保温盒13中；
气体检测部分与气体分析部分通过光纤4连接，光纤4为融石英紫外光纤，芯径600微米，起始响应波段≤240nm。
分析仪包括两种工作模式，分别为：监测模式和校准模式，模式切换由标定控制盒2实现；
在监测模式下，氙灯光源发出的光经过望远镜1准直发射后到达角反射镜3，调节望远镜的俯仰、水平调节旋钮以及氙灯位置，使其与角反射镜3光路对准，反射回来的光到达望远镜1被汇聚后，经过光纤4传输到光谱仪10，将采集到的光谱信号通过主控制板7传输到上位机9，经过软件相应的处理获得气体的浓度并显示光谱信号、瞬时浓度值、时均值浓度、报警信号以及基本参数的设置、历史浓度的查询；
在校准模式下，氙灯光源发出的光经过望远镜1准直后到达自校镜6，然后反射回望远镜1被汇聚后，经过光纤4传输到光谱仪10，光谱仪10将光谱信号通过主控制板7传输到上位机9，经过软件相应的处理实现对分析仪的校准。
标定控制盒2实现模式切换的方式是：标定控制盒2内还包括样品池、样品池升降电机，通过上位机9发送指令到达标定控制盒2，标定控制盒2控制样品池升降电机使样品池上升，同时切换光阑5使得光信号不经过大气传输，直接经过望远镜1前端的自校镜6反射回，再经过汇聚后通过样品池到达光纤4；在样品池中通入零气或者标准气体即可对仪器进行零点或跨度校准、检查。
光谱仪10光谱范围为240～390nm，光谱仪的分辨率优于0.3nm，为一体化光纤光谱仪，无需调整狭缝和光栅位置。
光谱仪10、温度传感器11、加热片12、保温盒13组合实现对光谱仪10的恒温控制，温度控制采用比例-微分-积分（PID）调节方式实现，温度控制范围38±0.1℃。光谱仪10在恒定的温度下工作，保障长期稳定可靠的运行。
温度传感器11温度检测范围-50～450℃范围，测量精度0.1℃。
状态指示灯14包括红、黄、绿三个指示灯，红色表示故障，黄色表示程序运行，绿色表示正常。
气体分析仪可测量成分和检测限分别为苯（2ppb）、甲苯(2ppb)、间二甲苯(2ppb)、对二甲苯(2ppb)、邻二甲苯(8ppb)、苯酚（2ppb）、苯乙烯（2ppb）、二硫化碳（8ppb）或氯气（20ppb）。
Claims (10)
1.一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：包括有气体检测部分和气体分析部分，所述气体检测部分包括有望远镜、标定控制盒、角反射镜、光阑、自校镜；所述标定控制盒内包括汞灯、汞灯升降电机；标定控制盒位于望远镜的前方，望远镜的后方依次设有光阑、自校镜、角反射镜；
所述气体分析部分包括有机箱，机箱内包括有主控制板、保温盒以及与主控制板连接的汞灯电源板、上位机、光谱仪、温度传感器、加热片、状态指示灯，所述光谱仪、温度传感器、加热片设置在保温盒中；
所述气体检测部分与气体分析部分通过光纤连接。
2.根据权利要求1所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：所述角反射镜安装于室外，距离望远镜100-300m范围内。
3.根据权利要求2所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：分析仪包括两种工作模式，分别为：监测模式和校准模式，模式切换由标定控制盒实现；
在监测模式下,氙灯光源发出的光经过望远镜准直发射后到达角反射镜，调节望远镜的俯仰、水平调节旋钮以及氙灯位置，使其与角反射镜光路对准，反射回来的光到达望远镜被汇聚后，经过光纤传输到光谱仪，将采集到的光谱信号通过主控制板传输到上位机，经过软件相应的处理获得气体的浓度并显示；
在校准模式下，氙灯光源发出的光经过望远镜准直后到达自校镜，然后反射回望远镜被汇聚后，经过光纤传输到光谱仪，光谱仪将光谱信号通过主控制板传输到上位机，经过软件相应的处理实现对分析仪的校准。
4.根据权利要求3所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：标定控制盒实现模式切换的方式是：标定控制盒内还包括样品池、样品池升降电机，通过上位机发送指令到达标定控制盒，标定控制盒控制样品池升降电机使样品池上升，同时切换光阑使得光信号不经过大气传输，直接经过望远镜前端的自校镜反射回，再经过汇聚后通过样品池到达光纤；在样品池中通入零气或者标准气体即可对仪器进行零点或跨度校准、检查。
5.根据权利要求1所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：所述光纤为融石英紫外光纤，芯径600微米，起始响应波段≤240nm。
6.根据权利要求1所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：所述光谱仪光谱范围为240～390nm，光谱仪的分辨率优于0.3nm，为一体化光纤光谱仪，无需调整狭缝和光栅位置。
7.根据权利要求1所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：所述光谱仪、温度传感器、加热片、保温盒组合实现对光谱仪的恒温控制，温度控制采用比例-微分-积分调节方式实现，温度控制范围38±0.1℃。
8.根据权利要求7所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：所述的温度传感器温度检测范围-50～450℃范围，测量精度0.1℃。
9.根据权利要求1所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：所述状态指示灯包括红、黄、绿三个指示灯，红色表示故障，黄色表示程序运行，绿色表示正常。
10.根据权利要求1所述的一体化园区有毒有害多组分DOAS气体分析仪，其特征在于：所述气体分析仪可测量成分和检测限分别为苯（2ppb）、甲苯(2ppb)、间二甲苯(2ppb)、对二甲苯(2ppb)、邻二甲苯(8ppb)、苯酚（2ppb）、苯乙烯（2ppb）、二硫化碳（8ppb）或氯气（20ppb）。
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