CN108169143A - 超低排放测量系统及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超低排放测量系统，包括：光源，光源用于发出检测光；光纤，光纤用于传输和接收检测光；气体室，气体室内部具有测量池，气体室上设有一光路窗口，光路窗口上设有用于密封光路窗口的窗片，测量池两侧设有若干反射镜，反射镜用于反射射入测量池内的检测光并将反射的检测光由光路窗口打出测量池；准直模块，准直模块位于光纤和光路窗口之间检测光路上，准直模块包括光学准直元件，光学准直元件使光纤射出的检测光准直后射入到测量池内并将测量池内反射出的检测光汇聚射入到光纤内。
Description
技术领域
本发明属于光电检测技术领域，涉及大气污染检测技术及设备，尤其涉及一种超低排放测量系统及设备。
背景技术
随着大气污染越来越严重，公众对于大气污染监测的需求越来越高，在很多情况下甚至需要对部分污染成分实现超低排放监测，因此监测设备的监测下限是检测设备性能的一个重要指标。
根据比尔-朗博定律，光电检测设备的检测下限与检测光在待测气体中的光程相关性很高，光程越长，检测设备的检测下限越低。
现有检测设备的气体室，其测量池一般分两类：一类是单程光路设计，即检测光从测量池一端发出，由测量池的另一端光接收器接收，若要增加光路的长度，需要增加气体室的体积或者长度，气体室的体积或者长度增加必然影响设备的美观性和便携性，因此设备制造商往往不会为了提高设备的检测下限去增加设备中气体室的长度或者体积。另一类是基于怀特池的设计，即气体室内采用至少两个抛物面镜片来来回反射检测光，从而增加检测光的有效检测光程，怀特池的设计利用了多个抛物面镜片，其制造成本高昂，同时调节难度较大，另外，怀特池的设计中，抛物面镜片是与待测气体直接接触的，容易被污染腐蚀，长时间使用后需要定期进行更换来保证检测精度，这样又使得检测的成本大大提高了。
也有一些设计，在气体室内尝试设置两个玻片来隔绝待测气体和抛物面镜片，从而防止待测气体污染抛物面镜片的问题，但是，检测光在穿过玻片时，会损失很多能量，在长光程检测中，如何使光接收器接收到有效的检测光也是一个难点，上述设计中，检测光在气体室中来回穿过玻片，其检测光的能量浪费严重，最后进入光接收器的检测光往往达不到光接收器响应的标准。
发明内容
本发明提出了一种制造成本低，检测精度高的适用于检测低浓度污染气体的超低排放测量系统及设备。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种超低排放测量系统，包括：
光源，所述光源用于发出检测光；
光纤，所述光纤用于传输和接收所述检测光；
气体室，所述气体室内部具有测量池，所述气体室上设有一光路窗口，所述光路窗口上设有用于密封所述光路窗口的窗片，所述测量池两侧设有若干反射镜，所述反射镜用于反射射入测量池内的检测光并将反射的检测光由所述光路窗口打出所述测量池；
准直模块，所述准直模块位于光纤和光路窗口之间检测光路上，所述准直模块包括光学准直元件，所述光学准直元件使光纤射出的检测光准直后射入到测量池内并将测量池内反射出的检测光汇聚射入到所述光纤内。
作为优选，所述光学准直元件为离轴抛物面镜。
作为优选，所述光学准直元件为凸透镜。
作为优选，所述光纤包括一个导入光纤和一个导出光纤，所述导入光纤用于传输光源发出的检测光，所述导出光纤用于传输光学准直元件汇聚后的反射光。
作为优选，所述光纤具有一个引入叉脚、一个引出叉脚和一个公用端，光源发出的检测光由引入叉脚进入光纤并由所述公用端传输，测量池反射出的检测光原路返回由所述公用端传输后由引出叉脚导出。
作为优选，所述光源为紫外光源，所述窗片为紫外熔石英窗片。
作为优选，所述光源为可见光源。
作为优选，所述检测光经由反射镜反射后原路返回打出所述测量池。
作为优选，所述检测光经由发射镜发射后，反射光线与入射光线平行。
一种超低排放测量设备，所述超低排放测量设备具有权利要求1至9任一所述的测量系统，以及：
光谱仪；
所述光谱仪接收光纤传输出的反射光并进行分析。
作为优选，所述准直模块包括一具有开口的盒体，光学准直元件固设在盒体内，光纤固定在盒体上，盒体固定在气体室上且带有开口的侧壁与气体室上光路窗口所在的壁面紧贴密封以使光纤传输送出的检测光经光学准直元件准直后穿过开口和光路窗口射入到测量池内。
作为优选，所述气体室具有一个封闭的安装池，安装池通过光路窗口与测量池连通，光学准直元件固设在安装池内，光纤的一个发射端伸入到安装池内。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优点：
本发明中，离轴抛物面镜等光学准直元件是设置在测量池外部的，这样避免了光学准直元件受到测量池内待测气体的污染，使得昂贵的光学准直元件具有更长的使用寿命。测量池内采用了若干个反射镜对检测光进行反射，检测光在测量池内经过反射镜反射后由原入射口即光路窗口射出，检测光的光路在测量池内是往返式的，相比于同等大小的普通使用反射镜的测量池，其光程的长度增加了一倍，测量的精度大大提高。
附图说明
图1是超低排放气体测量系统的结构示意图；
图2是超低排放气体测量系统的一实施例结构图；
图3是超低排放气体测量系统的另一实施例结构图；
图4是超低排放气体测量系统又一实施例结构图；
图5是超低排放测量设备的一实施例结构图；
图6是超低排放测量设备的又一实施例结构图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，本发明提供了一种超低排放气体测量系统，用于检测大气污染中浓度较低的污染物成分，包括光源50，光纤10，气体室30和准直模块。光源50用于发出检测光，光源50可以是紫外光源50或者可见光源50，光纤10用于耦合传输检测光，气体室30内部具有一测量池31，测量池31用于容纳待测气体。在气体室30上开设有且仅有一个光路窗口，光路窗口连通测量池31和气体室30外部，检测光可以由光路窗口射入到测量池31内对测量池31内的待测气体进行检测。光路窗口上设置有窗片，窗片用于对光路窗口进行密封，防止测量池31内的气体从光路窗口逸出，这里需要指出的是，当光源50是紫外光源50时，窗片需是紫外熔石英窗片，紫外光通过紫外熔石英窗片时，能量损失较小。
准直模块包括光学准直元件，光学准直元件用于对光纤10射出的检测光进行准直，使其改变为平行光线，以便于设计光路对待测气体进行检测。
测量池31的两侧设置有若干反射镜40，反射镜40的具体数量可以根据检测所需的光程长度和测量池31自身的长度进行设计，这里不做具体要求。
检测光由光源50发出，经过光纤10传输后，由光学准直元件进行准直，准直后的平行光由光路窗口射入到测量池31内，由测量池31内的反射镜40反射后由同样的光路窗口射出，经光学准直元件反向汇聚后射入到光纤10内进行传输。
一方面，光学准直元件设置在测量池31的外部，不会直接与测量池31内的待测气体接触，不存在被污染腐蚀的问题，所以长期使用后不需要进行跟换来保证其检测精度，减小了长期监测的使用成本。
一方面，检测光由光路窗口射入后经过反射镜40反射后又由光路窗口射出，相比于普通的测量池，其有效检测光程增加了一倍，在不增加制造成本，不大幅度改变气体室30体积和长度的前提下可以满足超低排放监测的要求。
光学准直元件可以采用凸透镜也可以采用离轴抛物面镜20，优选的采用离轴抛物面镜20，离轴抛物面镜20对检测光进行准直或者汇聚时，检测光准直或者汇聚过程中损失的能力更小。
如图2所示，在一些实施例中，光纤10包括一个导入光纤11和一个导出光纤12，所述导入光纤11用于传输光源50发出的检测光，所述导出光纤12用于传输光学准直元件汇聚后的反射光。在本实施例中，检测光进入测量池31经过反射镜40反射后，反射光线和入射光线是平行的，入射光线由导入光纤11传输发出，反射光线经过光学准直元件汇聚后由导出光纤12接收。
如图3所示，在一些实施例中，光纤10具有一个引入叉脚13，一个引出叉脚14和一个公用端15，光源50射出的检测光由引入叉脚13耦合进入光纤10，并经由公用端15发出，检测光经过光学准直元件准直后射入测量池31内由反射镜40反射后沿光路原路返回伸入到光纤10公用端14中并由光纤10的引出叉脚14导出。
参考图4，示出了本发明的一实施例，本实施例的光路设计共计在测量池内完成了八次往返，在本实施例中，测量池其中一侧的反射镜M1宽度是另外一侧反射镜M2宽度的两倍以上，检测光在M1上共计反射了四次，即该宽度较宽的反射镜M1相当于两块平行设置的普通宽度的反射镜，这样设置，在调节光路时，只要调节另一侧的两块反射镜M2即可，减小了光路调节的难度。
本发明还提供了一种超低排放测量设备，该设备具有上述超低排放测量系统以及一个光谱仪60，光谱仪60接收光纤10传导出的检测光以处理数据。
参考图5，图5示出了上述超低排放测量设备的一个实施例，在该实施例中，光学准直模块包括一具有开口的盒体，光学准直元件固设在盒体内，光纤10固定在盒体上，盒体固定在气体室30上且带有开口的侧壁与气体室30上光路窗口所在的壁面紧贴密封以使光纤10传输送出的检测光经光学准直元件准直后穿过开口和光路窗口射入到测量池31内。盒体的作用一方面是便于安装固定光纤10和光学准直元件，另一方面也可以将光学准直元件固定在一个封闭的空间内，可以有效的保护好光学准直元件。
图6示出了上述超低排放测量设备的另一实施例，该实施例中，气体室30上设置了一个安装池来代替盒体，安装池与盒体具相同的作用，安装池和测量池31通过光路窗口连通，光学准直元件固设在安装池内，光纤10的一个发射端伸入到安装池内。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (12)
1.一种超低排放测量系统，其特征在于，包括：
光源，所述光源用于发出检测光；
光纤，所述光纤用于传输和接收所述检测光；
气体室，所述气体室内部具有测量池，所述气体室上设有一光路窗口，所述光路窗口上设有用于密封所述光路窗口的窗片，所述测量池两侧设有若干反射镜，所述反射镜用于反射射入测量池内的检测光并将反射的检测光由所述光路窗口打出所述测量池；
准直模块，所述准直模块位于光纤和光路窗口之间检测光路上，所述准直模块包括光学准直元件，所述光学准直元件使光纤射出的检测光准直后射入到测量池内并将测量池内反射出的检测光汇聚射入到所述光纤内。
2.根据权利要求1所述的超低排放测量系统，其特征在于，所述光学准直元件为离轴抛物面镜。
3.根据权利要求1所述的超低排放测量系统，其特征在于，所述光学准直元件为凸透镜。
4.根据权利要求1、2或3所述的超低排放测量系统，其特征在于，所述光纤包括一个导入光纤和一个导出光纤，所述导入光纤用于传输光源发出的检测光，所述导出光纤用于传输光学准直元件汇聚后的反射光。
5.根据权利要求1、2或3所述的超低排放测量系统，其特征在于，所述光纤具有两个叉脚和一个公用端，光源发出的检测光由其中一个叉脚进入光纤并由所述公用端传输，测量池反射出的检测光原路返回由所述公用端传输后由另一个叉脚导出。
6.根据权利要求1所述的超低排放测量系统，其特征在于，所述光源为紫外光源，所述窗片为紫外熔石英窗片。
7.根据权利要求1所述的超低排放测量系统，其特征在于，所述光源为可见光源。
8.根据权利要求1所述的超低排放测量系统，其特征在于，所述检测光经由反射镜反射后原路返回打出所述测量池。
9.根据权利要求1所述的超低排放测量系统，其特征在于，所述检测光经由发射镜发射后，反射光线与入射光线平行。
10.一种超低排放测量设备，其特征在于，所述超低排放测量设备具有权利要求1至9任一所述的测量系统，以及：
光谱仪；
所述光谱仪接收光纤传输出的反射光并进行分析。
11.根据权利要求10所述的超低排放测量设备，其特征在于，所述准直模块包括一具有开口的盒体，光学准直元件固设在盒体内，光纤固定在盒体上，盒体固定在气体室上且带有开口的侧壁与气体室上光路窗口所在的壁面紧贴密封以使光纤传输送出的检测光经光学准直元件准直后穿过开口和光路窗口射入到测量池内。
12.根据权利要求10所述的超低排放测量设备，其特征在于，所述气体室具有一个封闭的安装池，安装池通过光路窗口与测量池连通，光学准直元件固设在安装池内，光纤的一个发射端伸入到安装池内。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180615 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |