CN106872373A - 一种氘灯自动转换光机组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氘灯自动转换光机组件，包括光源、光源耦合装置，光源发出光线通过光源耦合装置耦合进入光纤；本发明氘灯自动转换光机组件还包括氘灯旋转装置、电机；氘灯旋转装置包括氘灯旋转座和氘灯固定座；氘灯旋转座与氘灯固定座转动相连；氘灯旋转座的转轴与电机的输出轴相连；光源为多个，沿轴心方向均匀分布于氘灯旋转座圆周方向；氘灯旋转座的外周侧设有固定钉；氘灯固定座的内侧设有圆弧槽；固定钉可自由滑动地设于圆弧槽内；光源耦合装置与氘灯固定座相连。本发明可以在电厂发电设备定期检修的期间进行氘灯更换，避免了现有检测中数小时没有燃煤电厂烟气排放检测数据上传的情形。

Description

一种氘灯自动转换光机组件

技术领域

本发明属于烟气分析领域，具体涉及一种多氘灯自动转换光机组件，实现了紫外氘灯的自动转换并连续工作，大大延长了紫外原理的烟气检测系统连续不间断工作时间。

背景技术

烟气排放连续监测系统(CEMS，Continuous Emission Monitoring System)是指导电厂脱硫、脱硝系统闭环运行的重要监控设备，同时又是烟气排放的重要监测设备，按照国家环保规定，气态污染物排放检测数据上传环境监测中心不得间断。但现有紫外光源的分析仪表其中使用的光源氘灯，使用寿命只有5000h，不到七个月，在电厂设备定期检修的期间需要进行断电检修，在长达数小时的时间内，无法进行烟气检测，不能实现气态污染物排放检测数据的不间断上传，不能满足使用要求。因此急需一种方便操作、能实现气态污染物排放检测数据不间断上传的新技术。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种无需断电停机更换氘灯、有效实现对气态污染物排放检测数据的不间断上传的光机组件。

为了达到上述目的，本发明提供了一种氘灯自动转换光机组件，该氘灯自动转换光机组件用于紫外检测，包括光源、光源耦合装置，光源发出光线通过光源耦合装置耦合进入光纤；其中，本发明氘灯自动转换光机组件还包括氘灯旋转装置、电机；氘灯旋转装置包括氘灯旋转座和氘灯固定座；氘灯旋转座与氘灯固定座转动相连；氘灯旋转座的转轴与电机的输出轴相连；光源为多个，沿轴心方向均匀分布于氘灯旋转座圆周方向；氘灯旋转座和氘灯旋转座上分别设有对应的固定钉和圆弧槽，圆弧槽可自由地绕固定钉旋转；光源耦合装置与氘灯固定座相连；氘灯固定座与光源耦合装置的连接处设有光通道，当进行紫外检测时，其中一个光源发出的光经光通道后，再通过光源耦合装置耦合进入光纤。

进一步的，氘灯固定座的底部设有固定钉，氘灯旋转座的底部对应位置处设有圆弧槽，圆弧槽可自由地绕固定钉旋转240°。

氘灯旋转座与氘灯固定座之间通过平面轴承相连；电机输出轴通过轴套与氘灯旋转座相连。

氘灯固定座的底部设有钢珠限位机构；氘灯旋转座的底部设有对应的凹球窝，凹球窝的个数与光源的个数相一致。通过钢珠限位机构与转动到位的氘灯旋转座对应的凹球窝结合，实现精确定位。

其中，钢珠限位机构包括限位套、钢珠和弹簧；限位套中空，且一端开口；钢珠一端伸出限位套一端开口处，且限位套开口处的口径小于钢珠的直径；弹簧位于限位套内，且两端分别抵触限位套和钢珠。

钢珠限位机构包括限位套、钢珠、弹簧和钢珠定位钉；限位套中空，且一端开口；钢珠定位钉可自由滑动地设于限位套内，呈T字形，头端与钢珠固定相连，尾端与限位套同轴心；弹簧套于钢珠定位钉上；弹簧两端分别抵触钢珠定位钉的头端和限位套；限位套的开口处设有台阶面，钢珠定位钉的宽度大于所述限位套的外端直径小于限位套的内端直径；钢珠的一端伸出限位套外。

当氘灯旋转座转动到位时，上述钢珠位于氘灯旋转座对应的凹球窝内。

上述光源为三个氘灯，沿轴心方向均布于氘灯旋转座圆周方向；氘灯固定座的圆弧槽的角度为240°。

光源耦合装置包括光纤耦合座、耦合镜管、隔圈、透镜组；透镜组包括平行设置的两个凸透镜，且与耦合镜管轴向相垂直；两个凸透镜由隔圈间隔分开，并由压圈固定在耦合镜管的内壁上；光纤耦合座通过螺纹和耦合镜管连接；耦合镜管的外壁上设有紧定螺钉。通过调节可调光纤耦合座伸出耦合镜管的长度，使光源最大化进入光纤。

氘灯旋转底座的圆弧槽两端分别设有限位开关；氘灯自动转换光机组件还包括控制装置；控制装置包括8路输入电路、6路数字量输出电路、3路氘灯电源控制电路和微控制器；8路输入电路包括6路数字量输入电路；每个氘灯的光强信号分别通过一路数字量输入电路输入控制电路；每个氘灯接通电源后使用时间的反馈信号分别通过一路数字量输入电路输入控制电路；每个限位开关反馈信号分别通过一路模拟量输入电路输入微控制器；微控制器根据数字量输入信号分析处理，输出信号，通过氘灯电源控制电路控制氘灯的开关；微控制器根据模拟量输入信号，通过数字量输出电路控制电机的开关和旋转方向与旋转时间。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1、通过设置多个氘灯进行转换使用，避免了断电停机的检测更换，更换时间仅不超过一分钟，避免了现有检测中数小时没有燃煤电厂烟气排放检测数据上传的情形；且能有效延长整体光机组件的工作时间（三氘灯情况下，能延长至15000h），这样就可以在电厂发电设备定期检修的期间进行更换，更加方便。

2、利用氘灯旋转座与氘灯固定座中滑动圆弧槽与固定钉的滑动结合，能对氘灯旋转进行限位，圆弧槽240°角度的设计，使得氘灯旋转座能够相对氘灯固定座进行平稳滑动；同时利用氘灯固定座上的钢珠限位机构和氘灯旋转座上的凹球窝，进行转动定位，使得氘灯的旋转到位更加精准。

3、本发明通过光源耦合装置的光路设计，使得氘灯发出的光线能通过对称式光学透镜组最大化地耦合进入光纤。

4、利用控制装置，能够根据氘灯实用的时间及光强下降的相对值给出信号控制电机旋转的方向与旋转的时间，同时通过氘灯旋转座圆弧槽两端的限位开关进行氘灯旋转到位信号反馈，进行点击电源控制，避免电机损坏，从而有效地控制氘灯的自动转换，更加安全方便，提高了整体光机组件的使用寿命。

附图说明

图1为本发明氘灯自动转换光机组件的立体结构示意图；

图2为图1中氘灯自动转换光机组件的剖视图；

图3为图2中氘灯旋转装置的内部结构示意图；

图4为图3中钢珠限位机构的结构示意图；

图5为图2中光源耦合装置的结构示意图；

图6为本发明氘灯自动转换光机组件中控制装置的电路结构图；

图7为本发明输入电路原理图；

图8为本发明输出电路原理图；

图9为本发明微控制器的电路结构图。

图中，1-氘灯旋转装置，101-氘灯旋转座，102-氘灯固定座，103-固定钉，2-钢珠限位机构，201-限位套，202-弹簧，203-钢珠，204-钢珠定位钉，3-光源耦合装置，301-光纤耦合座，302-耦合镜管，303-隔圈，304-透镜组，4-电机，401-电机座，5-氘灯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明氘灯自动转换光机组件包括设置在底端的电机4（采用直流减速电机）、与电机传动相连的氘灯旋转装置1、与氘灯旋转装置1相连的光纤耦合装置3、控制装置。结合图2、图3所示，氘灯旋转装置1包括氘灯旋转座101和氘灯固定座102。氘灯固定座102呈圆筒状，下端与下方安装电机4的电机座401固定相连。氘灯旋转座101设于氘灯固定座102内，且中心设有转轴，转轴通过平面轴承与氘灯固定座102固定结合。氘灯旋转座101的中心转轴通过轴套与下方的电机4的输出轴自由连接。氘灯旋转座101的外侧沿圆周方向均匀设有三个氘灯5（可根据需要设计多个）。且氘灯固定座102的底部设有固定钉103，氘灯旋转座101的底部设有圆弧槽，圆弧槽可自由地绕固定钉103旋转。

圆弧槽也可设于氘灯固定座102的上端面处，固定钉103对应于氘灯旋转座101的上端面向外延伸设置；或圆弧槽也可沿圆周方向设于氘灯固定座102的内壁中部，固定钉103对应于氘灯旋转座101中部向外延伸垂直设置。

氘灯旋转座101上的圆弧槽弧度为240°，方便绕固定座102上固定钉103左右转动，能够实现氘灯旋转座101在氘灯固定座102内的旋转平滑稳定。圆弧槽两端分别设有限位开关，限位开关与控制装置相连。同时氘灯固定座102底部处设有钢珠限位机构2，如图4所示，包括限位套201、弹簧202、钢珠203、钢珠定位钉204。限位套201中空，且一端开口；钢珠定位钉204可自由滑动地设于限位套201内，呈T字形，头端与钢珠固定相连，尾端与限位套201同轴心；弹簧202套于钢珠定位钉204上；弹簧202两端分别抵触钢珠定位钉204的头端和限位套201；限位套201的开口处设有台阶面，外端直径小于内端直径，钢珠定位钉204通过台阶面限位，防止滑出限位套201；钢珠203一端伸出限位套201一端开口处。氘灯旋转座101外周侧对应位置处设有3个凹球窝；当氘灯旋转座转动到位时，钢珠203位于氘灯旋转座101对应的凹球窝内。通过钢珠203与凹球窝的精密配合，对氘灯旋转座101旋转进行定位。

如图5所示，光源耦合装置3包括光纤耦合座301、耦合镜管302、隔圈303、透镜组304。透镜组304包括平行设置的两个凸透镜，且与耦合镜管302轴向相垂直。两个凸透镜由隔圈303间隔分开，并由压圈固定在耦合镜管302的内壁上。光纤耦合座301通过螺纹和耦合镜管302连接，且耦合镜管302的外壁上设有三个均匀分布的紧定螺钉，光纤耦合座301沿轴向在耦合镜管302调节伸出的长度，利用紧定螺钉来定位，完成透镜组304至光纤之间光路的长度调节，从而调节光纤耦合座实现光源最大化进入光纤。

氘灯固定座102与光源耦合装置3的连接处设有光通道，旋转到位的氘灯接通电源，发出光依次通过氘灯固定座102的光通道、透镜组304、耦合镜管302、光纤耦合座301，通过调节可调光纤耦合座使光源最大化进入光纤。

本发明电机的工作通过控制装置进行控制。如图6所示，控制装置包括输入电路、数字量输出电路和微控制器；其中输入电路包括6路数字量输入电路和2路模拟量输入电路。数字量输出电路包括6路数字量输出电路和3路氘灯电源控制电路。

如图7，每个氘灯的光强信号分别通过一路数字量输入电路（光强反馈电路）输入控制电路；每个氘灯接通电源后使用时间的反馈信号分别通过一路数字量输入电路（氘灯反馈电路）输入控制电路；每个限位开关反馈信号分别通过一路模拟量输入电路（限位开关反馈电路）输入控制电路。

每路数字量输入信号经过抑制器、上拉电阻和滤波电容处理后，送至ULN2003大电流驱动阵列（最大功耗950mW）后，送至74HC165移位寄存器（最大功耗500mW），并通过数字隔离器ADuM1301送至微控制器LPC1768进行信号分析处理。

每路模拟量输入信号经AD8034运算放大后，送至AD8138单端转差分，并经过AD7356模数转换后，通过数字隔离器ADuM1402送至微控制器LPC1768进行信号分析处理。

微控制器LPC1768根据氘灯使用的时间及光强下降的相对值产生的反馈信号，输出氘灯电源控制信号（通过氘灯电源控制电路实现）；根据限位开关产生的反馈信号，输出电机控制信号。

如图8，为本发明数字量输出电路原理图。微控制器LPC1768将输出信号经ADuM1300隔离后，送至CD74HC595移位寄存器进行串口转6路并行输出，并行信号分为两部分，其中一部分通过ULN2003直接驱动负载（即电机控制电路），2路驱动电机正向旋转电路；2路驱动电路反向旋转电路；2路驱动电机电源电路，另一部分经反相器CD4069与6路指示灯连接。通过指示灯的亮灭间接反映并行信号的输出情况。同时根据圆弧槽内的限位开关给出的反馈信号，通过数字量输出电路控制电机控制电源，避免电机损坏。

如图9所示,微控制器LPC1768将输出信号经ADuM1400隔离后，送至ADP3624驱动后，经三个IPD640场效应管分别控制三路氘灯点亮。

Claims (7)

1.一种氘灯自动转换光机组件，所述氘灯自动转换光机组件用于紫外检测，包括光源、光源耦合装置，所述光源发出光线通过光源耦合装置耦合进入光纤；其特征在于：所述氘灯自动转换光机组件还包括氘灯旋转装置、电机；所述氘灯旋转装置包括氘灯旋转座和氘灯固定座；所述氘灯旋转座与氘灯固定座转动相连；所述氘灯旋转座的转轴与所述电机的输出轴相连；所述光源为多个，沿轴心方向均匀分布于所述氘灯旋转座圆周方向；所述氘灯固定座和氘灯旋转座上分别设有对应的固定钉和圆弧槽，所述圆弧槽可自由地绕固定钉旋转；所述光源耦合装置与所述氘灯固定座相连；所述氘灯固定座与光源耦合装置的连接处设有光通道，当进行紫外检测时，其中一个光源发出的光经所述光通道后，再通过光源耦合装置耦合进入光纤。

2.根据权利要求1所述的氘灯自动转换光机组件，其特征在于：所述氘灯固定座的底部设有钢珠限位机构；所述氘灯旋转座的底部设有对应的凹球窝，凹球窝的个数与光源的个数相一致。

3.根据权利要求2所述的氘灯自动转换光机组件，其特征在于：所述钢珠限位机构包括限位套、钢珠和弹簧；所述限位套中空，且一端开口；所述钢珠一端伸出限位套一端开口处，且所述限位套开口处的口径小于所述钢珠的直径；所述弹簧位于所述限位套内，且两端分别抵触限位套和钢珠；当氘灯旋转座转动到位时，所述钢珠位于氘灯旋转座对应的凹球窝内。

4.根据权利要求2所述的氘灯自动转换光机组件，其特征在于：所述钢珠限位机构包括限位套、钢珠、弹簧和钢珠定位钉；所述限位套中空，且一端开口；所述钢珠定位钉可自由滑动地设于限位套内，呈T字形，头端与钢珠固定相连，尾端与限位套同轴心；所述弹簧套于钢珠定位钉上；所述弹簧两端分别抵触钢珠定位钉的头端和限位套；所述限位套的开口处设有台阶面，所述钢珠定位钉的宽度大于所述限位套的外端直径小于限位套的内端直径；所述钢珠的一端伸出限位套外；当氘灯旋转座转动到位时，所述钢珠位于氘灯旋转座对应的凹球窝内。

5.根据权利要求3或4所述的氘灯自动转换光机组件，其特征在于：所述光源为三个氘灯，沿轴心方向均布于所述氘灯旋转座圆周方向；所述氘灯旋转座底部的圆弧槽的角度为240°。

6.根据权利要求5所述的氘灯自动转换光机组件，其特征在于：光源耦合装置包括光纤耦合座、耦合镜管、隔圈、透镜组；所述透镜组包括平行设置的两个凸透镜，且与耦合镜管轴向相垂直；两个凸透镜由隔圈间隔分开，并由压圈固定在耦合镜管的内壁上；所述光纤耦合座通过螺纹和耦合镜管连接；所述耦合镜管的外壁上设有紧定螺钉。

7.根据权利要求6所述的氘灯自动转换光机组件，其特征在于：所述氘灯旋转底座的圆弧槽两端分别设有限位开关；所述氘灯自动转换光机组件还包括控制装置；所述控制装置包括8路输入电路、6路数字量输出电路、3路氘灯电源控制电路和微控制器；所述8路输入电路包括6路数字量输入电路；每个氘灯的光强信号分别通过一路数字量输入电路输入控制电路；每个氘灯接通电源后使用时间的反馈信号分别通过一路数字量输入电路输入控制电路；每个限位开关反馈信号分别通过一路模拟量输入电路输入微控制器；所述微控制器根据数字量输入信号分析处理，输出信号，通过氘灯电源控制电路控制氘灯的开关；微控制器根据模拟量输入信号，通过数字量输出电路控制电机的开关和旋转方向与旋转时间。