CN106404348A - 净化装置用脉冲氙灯综合性能测试方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及净化装置用脉冲氙灯综合性能测试平台，为在氙灯闪光过程中测试其能量及光谱输出，同时测试其对气态污染物的净化性能和除菌性能，综合评价其净化寿命和工作寿命。本发明采用的技术方案是，净化装置用脉冲氙灯综合性能测试方法与装置，由主控模块、灯源控制模块、采样模块、净化实验模块及数据采集模块组成；步骤如下：1)检测脉冲氙灯初始能量值和输入功率；2)检测污染物自然衰减的规律；3)进行能量和净化性能检测；4)得出脉冲氙灯的累积净化量、净化寿命，净化能效，重复步骤3)、4)根据结果对比分析可综合评价脉冲氙灯净化寿命和工作寿命。本发明主要应用于脉冲氙灯综合性能测试场合。

Description

净化装置用脉冲氙灯综合性能测试方法与装置

技术领域

本发明涉及一种净化装置用脉冲氙灯综合性能测试平台，具体涉及脉冲氙灯光学性能及净化性能检测。

背景技术

脉冲氙灯杀菌技术被广泛应用于食品包装、医疗、水处理及日用品等领域，近年来随着对该项技术净化机理和效果研究的逐渐深入，脉冲氙灯技术在空气灭菌净化方面也表现出了良好的应用前景。

脉冲氙灯能够产生从远紫外到红外(200nm-1100nm)的宽光谱、高能量的强烈白光，该强光的能量比太阳光(海平面)的能量强9000倍。室内主要的VOCs有甲醛、苯、氨、三氯乙烯等，这些物质对光的最大吸收波长范围均在200nm-450nm之间，因此脉冲强光不仅可以利用紫外段来杀菌，还可以利用其宽光谱、高能量的特点有效降解VOCs。

净化装置的净化寿命是以空气净化器标注的、针对目标污染物的累积净化量与空气净化器对应的日均处理量的比值作为参考，脉冲强光净化装置的核心元件是脉冲氙灯，与普通净化器相比较，该装置的净化寿命与脉冲氙灯的寿命息息相关，GBT23139规定氙灯出现超负载条纹或辐射效率下降至初始值的70％时所闪照的总次数便是其工作寿命。

对于净化器用脉冲氙灯，随着闪照次数的增加，其灯源辐射能量和辐射光谱会改变，这两者影响着净化效果，氙灯很有可能在其工作寿命未达到之前其净化效果便大大降低，因此净化寿命不完全等同于氙灯工作寿命。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在解决现有技术不能针对净化用脉冲氙灯进行使用寿命及净化效果综合测试的现状，设计一套针对净化装置用脉冲氙灯的综合检测系统，在氙灯闪光过程中测试其能量及光谱输出，同时测试其对气态污染物的净化性能和除菌性能，综合评价其净化寿命和工作寿命。本发明采用的技术方案是，净化装置用脉冲氙灯综合性能测试方法，步骤如下：1)采用辐射能量计和电功率表分别检测脉冲氙灯初始能量值和输入功率；2)检测污染物自然衰减的规律，即在脉冲强光净化装置不工作的状态下测试一定量的污染物自然衰减的浓度，PC机通过处理采样数据处理得出自然衰减常数；3)使用污染物发生装置发生一定量的甲醛，通过各仪器配合进行能量和净化性能检测，采样数据包括污染物浓度值、输入功率值、能量值及光谱分布，通过处理前述采样数据得出洁净空气量、净化能效、能量及光谱分布对比；4)分别连续发生一定量的甲醛，通过采样数据处理得出脉冲氙灯的累积净化量、净化寿命，净化能效，重复步骤3)、4)，当实际检测所得的洁净空气量小于或等于初始值的50％时停止检测，根据结果对比分析可综合评价脉冲氙灯净化寿命和工作寿命。

净化装置用脉冲氙灯综合性能测试装置，由主控模块、灯源控制模块、采样模块、净化实验模块及数据采集模块组成；

主控模块用于实现对各个模块的综合控制，包括氙灯的启停，氙灯闪照时间的控制，寿命、能量及光谱的采样和记录，污染物发生、采样及在线数据分析，结果的显示和输出；

灯源控制模块由脉冲氙灯电源控制单元、故障指示单元、闪光时间控制单元组成，其中，脉冲氙灯电源控制单元的作用是启/停脉冲氙灯，且能调节输入电压以满足不同脉冲氙灯测试组件的需要；故障指示单元采用声/光指示装置，当发生电路短路或脉冲氙灯因操作不当被烧坏、灯管外壳破裂故障时，指示单元通过声音/指示灯通知操作人员及时停止测试，检查电路及氙灯；闪光时间控制单元的作用是控制氙灯闪照时间及闪照频率，脉冲氙灯以脉冲形式工作，通过改变闪照频率控制氙灯单位时间内闪照次数，也可设定总的闪照时间控制测试过程中氙灯的工作时间；

采样模块由寿命采样单元、能量采样单元、光谱采样单元组成，采样模块各单元均受PC机控制，实现检测过程数据的采样，其中，寿命采样单元采用氙灯闪光次数记录仪记录氙灯闪照次数，或通过采集卡采集所述闪光时间控制单元设定的闪照频率和闪照时间的信号，即通过PC机控制闪光时间控制单元设定闪照频率，当脉冲氙灯电源控制单元发出开灯信号时，PC机开始记录氙灯工作时间直至电源控制单元发出关灯信号为止，PC机通过对记录时间和设定的闪照频率数据进行处理即可知道氙灯在该段时间的闪照次数；

能量采样单元包括辐射能量采样和电参数采样两部分，采用辐射能量计测试脉冲氙灯的辐射能量，采用电功率表测试输入功率；

光谱采样单元采用光纤光谱仪对脉冲氙灯的光谱进行检测；

净化实验模块由污染物发生单元、污染物采样单元组成，实现脉冲氙灯闪照过程中净化性能的检测；

数据采集模块由寿命采样电路、能量采样电路、光谱采样电路、污染物采样电路组成，各采样电路分别通过能量采样单元相应单元以及所述污染物采样单元采集相应数据，各数据采集单元采样所得的所有数据均传输至PC机。

污染物发生单元采用可恒定量发生目标浓度的污染物气体发生装置，该污染物发生装置设定的发生速率可调，适用于净化装置寿命衰减测试和传感器标定；污染物采样单元采用污染物在线检测仪在线连续记录监测数据，也可采样后离线检测。

所述灯源控制模块为手动/自动一体化，当选择手动操控时，人为做出的启/停、故障停灯及手动输入氙灯闪照时间信息均会通过数据采集卡传输至PC机，PC机接收并记录信号但不做出反馈动作；当选择PC机操控时，PC机根据所接收的信息作出相应的反馈动作，包括启/停氙灯、故障处理及控制氙灯闪光时间。

本发明的特点及有益效果是：

所述一种用于净化装置的脉冲氙灯综合性能测试平台具有的优点和积极效果是实现了净化用脉冲氙灯的综合性能检测，该集成系统不仅能检测氙灯的光学性能，同时也能对其在实际运用中的净化性能进行检测，具体检测项目包括功率、辐射能量、光谱分布、洁净空气量、累积洁净空气量、净化能效、净化寿命等。

附图说明：

图1实施例系统结构图。

图2一种测试平台平面图。

图3一种测试平台正视图。

图4能量、工作寿命单次检测工作流程图。

图中：

101——主控模块 102——灯源控制单元

103——寿命采样单元 104——能量采样单元

105——光谱采样单元 106——污染物发生单元

107——污染物采样单元

1——箱体 2——密封窗

3——保温层 4——空调送风口

5——空调回/排风口 6——空气过滤器(进风用)

7——空气过滤器(排风用) 8——搅拌风扇

9——光学实验台 10——光谱仪

11——能量仪 12——工作台(光谱仪用)

13——工作台(能量仪用) 14——氙灯电源控制装置

15——电功率表 16——工作台

17——工作台 18——污染物发生装置

19——PC机 20——温湿度检测仪

21——污染物检测仪 22——送样口

23——采样口(温湿度检测仪用) 24——采样口(污染物监测仪用)。

具体实施方式

本发明所述一种用于净化装置的脉冲氙灯综合性能测试平台，由主控模块、灯源控制模块、采样模块、净化实验模块及数据采集模块组成。

主控模块选择PC机，实现对各个模块的综合控制，单元仪器的所有动作，包括氙灯的启停，氙灯闪照时间的控制，寿命、能量及光谱的采样和记录，污染物发生、采样及在线数据分析，结果的显示和输出等全部由PC机中的控制软件实现，实现仪器高度集成化，功能全面化。

灯源控制模块由脉冲氙灯电源控制单元、故障指示单元、闪光时间控制单元组成，其中，脉冲氙灯电源控制单元的作用是启/停脉冲氙灯，且能调节输入电压以满足不同脉冲氙灯测试组件的需要；故障指示单元采用声/光指示装置，当发生电路短路或脉冲氙灯因操作不当被烧坏、灯管外壳破裂等故障时，指示单元通过声音/指示灯通知操作人员及时停止测试，检查电路及氙灯；闪光时间控制单元的作用是控制氙灯闪照时间及闪照频率，脉冲氙灯以脉冲形式工作，可通过改变闪照频率控制氙灯单位时间内闪照次数，也可设定总的闪照时间控制测试过程中氙灯的工作时间。所述灯源控制模块为手动/自动一体化，当选择手动操控时，人为做出的启/停、故障停灯及手动输入氙灯闪照时间等信息均会通过数据采集卡传输至PC机，PC机接收并记录信号但不做出反馈动作；当选择PC机操控时，PC机根据所接收的信息作出相应的反馈动作，包括启/停氙灯、故障处理及控制氙灯闪光时间等。

采样模块由寿命采样单元、能量采样单元、光谱采样单元组成，采样模块各单元均受PC机控制，实现检测过程数据的采样。其中，寿命采样单元采用氙灯闪光次数记录仪记录氙灯闪照次数，或通过采集卡采集所述闪光时间控制单元设定的闪照频率和闪照时间的信号，即通过PC机控制闪光时间控制单元设定闪照频率，当脉冲氙灯电源控制单元发出开灯信号时，PC机开始记录氙灯工作时间直至电源控制单元发出关灯信号为止，PC机通过对记录时间和设定的闪照频率数据进行处理即可知道氙灯在该段时间的闪照次数。

能量采样单元包括辐射能量采样和电参数采样两部分，采用辐射能量计测试脉冲氙灯的辐射能量，采用电功率表测试输入功率；光谱采样单元采用光纤光谱仪对脉冲氙灯的光谱进行检测。

净化实验模块由污染物发生单元、污染物采样单元组成，实现脉冲氙灯闪照过程中净化性能的检测。其中，污染物发生单元采用可恒定量发生目标浓度的污染物气体发生装置，该污染物发生装置设定的发生速率可调，适用于净化装置寿命衰减测试和传感器标定等。污染物采样单元可采用污染物在线检测仪在线连续记录监测数据，也可采样后离线检测。

数据采集模块由寿命采样电路、能量采样电路、光谱采样电路、污染物采样电路组成，各数据采集单元采样所得的所有数据均传输至PC机。

作为优选方案，还包括PC机数据处理单元，该单元的作用是针对数据采集模块传输的数据进行处理。

所述脉冲氙灯综合性能检测平台的一般工作过程如下：1)采用辐射能量计和电功率表分别检测脉冲氙灯初始能量值和输入功率；2)检测污染物自然衰减的规律，即在脉冲强光净化装置不工作的状态下测试一定量的污染物自然衰减的浓度，PC机通过处理采样数据可处理得出自然衰减常数；3)使用污染物发生装置发生一定量的甲醛，通过各仪器配合进行能量和净化性能检测，采样数据包括污染物浓度值、输入功率值、能量值及光谱分布等，通过处理前述采样数据可得出洁净空气量、净化能效、能量及光谱分布对比等；4)分别连续发生一定量的甲醛，通过采样数据处理可得出脉冲氙灯的累积净化量、净化寿命，净化能效，重复步骤3)、4)，当实际检测所得的洁净空气量小于或等于初始值的50％时停止检测，根据结果对比分析可综合评价氙灯净化寿命和工作寿命。

在保证整个测试系统配置完善下可进行多项测试，图1为实施例系统结构图，图2和图3分别为本发明的一种测试平台平面图和正视图，图4为本发明的能量、工作寿命单次检测工作流程图。

参照图1，一套完整的测试平台应当包括所述主控模块(11)、灯源控制单元(12)、寿命采样单元(13)、能量采样单元(14)、光谱采样单元(15)、污染物发生单元(16)、污染物采样单元(17)，作为为优选方案，还包括PC机数据处理单元，该单元针对数据采集模块传输的数据进行处理。

参照图2-3，整个测试舱尺寸为长1.4m，宽1.4m，高1.5m的箱体(1)，箱体装有一扇密封窗(2)，长0.5m，宽0.8m，通过该密封窗传递仪器物品。箱体框架采用铝型材或不锈钢，壁面采用两层不锈钢板或类似材料金属复合板，中间设有保温层(3)，采用硅橡胶条及玻璃密封胶对板材、窗户等连接部位进行密封。为保证箱体满足净化测试的洁净度、温湿度要求，箱体设有空调送风口(4)、空调回风口(5)、净化进风用空气过滤器(6)及排风用空气过滤器(7)。箱体内设有搅拌风扇(8)、光学实验台(9)、光谱仪(10)、能量仪(11)、氙灯电源控制装置(14)和电功率表(15)，光谱仪(10)和能量仪(11)分别放置在靠近箱体壁面两侧的工作台(12-13)上，为方便进行能量和光谱测试，光学实验台(9)、工作台(12-13)处于箱体中心线上，高度平齐；为方便实际电路连接，氙灯电源控制装置(14)和电功率表(15)放置在靠近光学实验台(9)的工作台(16)上。测试舱外靠近箱体壁面设有工作台(17)，工作台上分别放置污染物发生装置(18)、PC机(19)、温湿度检测仪(20)、污染物检测仪(21)。箱体壁面开孔，设有送样口(22)和采样口(23-24)。污染物发生装置(18)通过送样口(22)将污染物送至箱体内，送样点位置位于光学实验台和搅拌风扇之间，距地面0.8～1.5m的高度，为加快污染物散发可在箱体内同时送样。温湿度检测仪与采样口(23)配合，采样点选取箱体内光学实验台上方距地面0.8m处。污染物检测仪与采样口(24)配合，采样点选取箱体内光学实验台上方距地面0.8m处，可同时在两点采样。所有采样点及送样点位置在满足测试要求的前提下，可根据实际情况灵活布置。

一般工作过程如下：

1)准备：将脉冲氙灯固定在箱体光学实验台上，接上各仪器电源线，通过USB将各仪器和PC机连接；给各仪器供电，打开PC机软件，实现仪器和PC机的联机。开启高效空气过滤器净化箱体空气，开启污染物监测仪和温湿度检测仪，PC机实时监测甲醛浓度和舱内温湿度，当甲醛背景浓度低于0.1mg/m³时，开启箱体空调送风，控制室内温度和相对湿度分别在25±2℃和50±10％的范围内。

2)污染物发生：打开搅拌风扇，开启污染物发生装置，以一定发生速率往箱体注入污染物；每隔5min关闭发生装置，搅拌风扇继续搅拌10min后关闭，通过PC机实时观测的污染物浓度值，重复直至箱体内甲醛浓度达到1±0.2mg/m³时关闭污染物发生装置和搅拌风扇。

3)污染物自然衰减规律检测：记关闭污染物发生装置和搅拌风扇后箱体内污染物达到稳定时的值为初始值，之后每隔5min采样一次污染物浓度值，共计采样60min，PC机处理采样数据后可得污染物自然衰减常数值；4)能量和净化性能检测：待步骤3)结束后，重复步骤2)，记关闭污染物发生装置和搅拌风扇后箱体内污染物达到稳定时为初始值，开启脉冲氙灯、能量仪、电功率表和光谱仪，记录脉冲氙灯能量值、输入功率和光谱分布，同时开始采样测定，每隔5min采样一次污染物浓度值、输入功率值、能量值及光谱分布，采样数据均上传至PC机，整个检测过程持续40～60min，PC机通过采样数据可处理得出洁净空气量、净化能效、能量及光谱分布对比图等。

5)寿命检测：待步骤4)得出检测结果后检关闭脉冲氙灯、能量仪、光谱仪及电功率表，开启空调送风进行强制通风，当甲醛背景浓度、室内温度和相对湿度分别达到步骤1)所述要求时停止送风，启动脉冲氙灯、能量仪、光谱仪及电功率表，开启搅拌风扇，设定污染物发生装置的发生速率为20mg/h，连续发生甲醛，当累积发生量达到步骤6)的要求时，关闭污染物发生装置，通过PC机检测1h内甲醛浓度值、氙灯能量值等采样数据，1h后关闭脉冲氙灯，静置16h后强制通风；

6)综合评价：重复步骤4)和5)，分别获得甲醛发生量大于300mg、600mg、l000mg、l500mg时的洁净空气量、净化能效、氙灯能量、光谱分布，当实际检测所得的洁净空气量小于或等于初始值的50％时，停止检测，PC机通过采样数据处理可分析氙灯能量、输入功率、光谱灯变化，且通过数据处理可得出脉冲氙灯的累积净化量、净化寿命，净化能效，分析对比所得结果可综合评价氙灯净化寿命和工作寿命。

Claims (4)

1.一种净化装置用脉冲氙灯综合性能测试方法，其特征是，步骤如下：1)采用辐射能量计和电功率表分别检测脉冲氙灯初始能量值和输入功率；2)检测污染物自然衰减的规律，即在脉冲强光净化装置不工作的状态下测试一定量的污染物自然衰减的浓度，PC机通过处理采样数据处理得出自然衰减常数；3)使用污染物发生装置发生一定量的甲醛，通过各仪器配合进行能量和净化性能检测，采样数据包括污染物浓度值、输入功率值、能量值及光谱分布，通过处理前述采样数据得出洁净空气量、净化能效、能量及光谱分布对比；4)分别连续发生一定量的甲醛，通过采样数据处理得出脉冲氙灯的累积净化量、净化寿命，净化能效，重复步骤3)、4)，当实际检测所得的洁净空气量小于或等于初始值的50％时停止检测，根据结果对比分析可综合评价脉冲氙灯净化寿命和工作寿命。

2.一种净化装置用脉冲氙灯综合性能测试装置，其特征是，由主控模块、灯源控制模块、采样模块、净化实验模块及数据采集模块组成；

主控模块用于实现对各个模块的综合控制，包括氙灯的启停，氙灯闪照时间的控制，寿命、能量及光谱的采样和记录，污染物发生、采样及在线数据分析，结果的显示和输出；灯源控制模块由脉冲氙灯电源控制单元、故障指示单元、闪光时间控制单元组成，其中，脉冲氙灯电源控制单元的作用是启/停脉冲氙灯，且能调节输入电压以满足不同脉冲氙灯测试组件的需要；故障指示单元采用声/光指示装置，当发生电路短路或脉冲氙灯因操作不当被烧坏、灯管外壳破裂故障时，指示单元通过声音/指示灯通知操作人员及时停止测试，检查电路及氙灯；闪光时间控制单元的作用是控制氙灯闪照时间及闪照频率，脉冲氙灯以脉冲形式工作，通过改变闪照频率控制氙灯单位时间内闪照次数，也可设定总的闪照时间控制测试过程中氙灯的工作时间；

采样模块由寿命采样单元、能量采样单元、光谱采样单元组成，采样模块各单元均受PC机控制，实现检测过程数据的采样，其中，寿命采样单元采用氙灯闪光次数记录仪记录氙灯闪照次数，或通过采集卡采集所述闪光时间控制单元设定的闪照频率和闪照时间的信号，即通过PC机控制闪光时间控制单元设定闪照频率，当脉冲氙灯电源控制单元发出开灯信号时，PC机开始记录氙灯工作时间直至电源控制单元发出关灯信号为止，PC机通过对记录时间和设定的闪照频率数据进行处理即可知道氙灯在该段时间的闪照次数；

能量采样单元包括辐射能量采样和电参数采样两部分，采用辐射能量计测试脉冲氙灯的辐射能量，采用电功率表测试输入功率；

光谱采样单元采用光纤光谱仪对脉冲氙灯的光谱进行检测；

净化实验模块由污染物发生单元、污染物采样单元组成，实现脉冲氙灯闪照过程中净化性能的检测；

数据采集模块由寿命采样电路、能量采样电路、光谱采样电路、污染物采样电路组成，各采样电路分别通过能量采样单元相应单元以及所述污染物采样单元采集相应数据，各数据采集单元采样所得的所有数据均传输至PC机。

3.如权利要求2所述的净化装置用脉冲氙灯综合性能测试装置，其特征是，污染物发生单元采用可恒定量发生目标浓度的污染物气体发生装置，该污染物发生装置设定的发生速率可调，适用于净化装置寿命衰减测试和传感器标定；污染物采样单元采用污染物在线检测仪在线连续记录监测数据，也可采样后离线检测。

4.如权利要求2所述的净化装置用脉冲氙灯综合性能测试装置，其特征是，所述灯源控制模块为手动/自动一体化，当选择手动操控时，人为做出的启/停、故障停灯及手动输入氙灯闪照时间信息均会通过数据采集卡传输至PC机，PC机接收并记录信号但不做出反馈动作；当选择PC机操控时，PC机根据所接收的信息作出相应的反馈动作，包括启/停氙灯、故障处理及控制氙灯闪光时间。