CN109211906A - 一种气体成分检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于气体环境监测设备领域，具体涉及一种气体成分检测装置，该装置包括中部为流畅透明的气体管路、光路部件，所述光路部件用于照射和检测中部的气体管路中的气体，气体管路的两端分别作为气体的入口和出口，所述光路部件和气体管路彼此独立。该发明的优点在于：气体管路和光学部件彼此独立，受检气体完全受封于管路内，从根本上避免其对光学器件的污染和冲击作用，延长了器件的工作寿命、降低了运维成本。与传统设备的气室结构及其间断采样特性相比，本装置使用中部为流畅透明的气体管路，能够保证受检气体的持续平滑采样，进而实现了检测过程的连续性和高度实时性；同时也能够减小冲击噪音和震动,提升检测过程稳定性和检测结果精确度。

Description

一种气体成分检测装置
技术领域
本发明涉及气体环境监测设备领域，尤其是一种气体成分检测装置。
背景技术
气体采样通路(简称气路)和气体检测室(简称气室)是气体成分检测装置中的常见结构，其中，气室是检测装置的核心器件，而气路通常用于将环境采样气体输入和输出气室。在传统检测装置工作过程中，受检气体靠自主扩散或外力推动通过气路进入气室，在光源的照射下发出特征光谱。在吸收光谱检测中，根据朗伯—比尔定律，在光源的强度参数确定的条件下，特征光谱的强度与气体的体积占比成正比。通常光源的入射光在气室中行进的光程越长，受检气体接受入射光照射越充分，则越容易得到精确反应气体成分的吸收光谱。因此，气室结构的设计与检测的效率、准确性和灵敏度直接相关。鉴于检测装置的体积要求，不能无限扩大光室尺寸，实际装置中多考虑采用在气室中放置反射镜和或折射镜来实现反射、折射等光路技术，从而获得与气室延长的等同效果。但光路设计的复杂性往往带来高昂的初始成本和维护成本。此外，在传统的检测装置中，光路部件直接设置在受检气体中，容易影响受检气体的洁净度从而严重影响检测效果，又需要增加气体除尘、除湿等前处理结构和过程，大大提高了检测装置整机成本；同时，除了气体中的固/液悬浮颗粒，具有腐蚀作用的成分也是影响检测装置中光路部件乃至整机寿命的关键因素。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，为此，本发明提供一种气体成分检测装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种气体成分检测装置，包括中部为流畅透明的气体管路、光路部件，所述光路部件用于照射和检测中部的气体管路中的气体，气体管路的两端分别作为气体的入口和气体的出口，所述光路部件和气体管路彼此独立。
优化的，所述光路部件包括光源和检测器，所述光源产生的光线穿过中部的气体管路射到检测器上，中部的气体管路在光源方向上的投影均落在光路部件中的光源上。
对气体管路的进一步限定，中部的气体管路为盘绕状。
对气体管路的进一步限定，中部的气体管路为螺旋状。
对气体管路的进一步限定，中部的气体管路为立体螺旋状。
对气体管路的进一步限定，中部的气体管路在沿着螺旋状中轴线的方向上设置有若干个收紧段。
优化的，所述光源为面光源。
优化的，气体管路的直径/长度介于1/50～1/10。
优化的，气体管路两端和中部的直径保持一致。
优化的，气体管路的两端和中部为一体化复合式结构，中部的气体管路为刚性材料制成。
本发明的优点在于：
(1)本发明气体管路和光路部件彼此独立，检测工作过程中气体完全封闭于气体管路空间内，这样有效地防止受检气体和光学部件互相影响，从根本上避免了气体对光学器件的潜在污染和直接冲击作用，延长了器件工作寿命、降低了装置的运维成本。与传统设备的气室结构及其间断采样特性相比，本装置使用中部为流畅透明的气体管路，能够提供受检气体的持续平滑采样，进而实现了检测过程的连续性和高度实时性；同时也能够减小噪音和震动,提升检测过程稳定性和检测结果的精确度。
(2)中部的气体管路在光源方向上的投影均落在光路部件中的光源上，这样可以提高入射光照射的充分程度。
(3)中部的气体管路为盘绕状，可以是平面内的盘绕，也可以是立体状的盘绕，可以是有序的盘绕，也可以交织的盘绕，均可以增加单位面积内气体管路的长度，螺旋状是一种有序的盘绕，可以是立体的螺旋状，也可以是平面螺旋状，相对于无序的盘绕状来说，方便加工。因为光源穿过一次气体管路时还会有多余的光源能量，立体螺旋状可以增加光源的利用率。本发明中最优的方案是将立体螺旋状的气体管路在沿着螺旋状中轴线的方向上设置若干个收紧段，这样在保证光源利用率情况下，相比于立体螺旋状来说，还提高了空间利用率。相比平面螺旋状的单层受光结构，受检气体在循环重复通过受光区的过程中，能够充分接受光照，进而提升了光谱信号的信噪比。
(4)本发明使用面光源，中部的气体管路在光源方向上的投影均落在光路部件中的光源上，相对传统检测装置的点状光源穿过受检气体的形式，面状受光的形式大大提升了受检气体的光照效率。面光源配合中部的气体管路的形状使得受光激化充分，能够有效提升检测的灵敏度和精确度。
(5)气体管路的直径与长度之比介于1/50-1/20之间，为了在单位体积内达到上述比例，本发明中气体管路的断面直径较小，则通过的气体体积相对较小，能够提高采样气体的光照效率；同时仅需较低的动力功率即可驱动气流达到较高的流速，使得气体中的悬浮颗粒不易沉积于气道壁，有利于延长气道工作寿命周期。根据气体的性质和检测效率的需要，根据检测场景的需要，气体粘度较大或需要较高检测效率时，可选取较大的直径长度比；需要提高检测敏感度及准确率时，可选取较小的直径长度比。
(6)一体化复合式结构，受光部分的管壁材质为刚性材料构成。在气流通过中部的气体管路过程中，气路管路受到冲击，此刚性结构通过气体管路结构的稳定性而保证受光条件的恒定，进而保证测量的准确性。流畅的气路能够有效利用整个受光空间，在保证气路通过效率的同时，提高光源的利用效率。
附图说明
图1为本发明一种气体成分检测装置的结构示意图。
图中标注符号的含义如下：
1-气体管路 11-收紧段 2-光源 3-检测器 4-入射光 5-出射光
具体实施方式
实施例1
一种气体成分检测装置，包括中部为流畅透明的气体管路1、光路部件，所述光路部件用于照射和检测中部的气体管路1中的气体，气体管路1的两端分别作为气体的入口和气体的出口，所述光路部件和气体管路1彼此独立。
所述光路部件包括光源2和检测器3，所述光源2产生的光线穿过中部的气体管路1射到检测器3上，中部的气体管路1在光源2方向上的投影均落在光路部件中的光源2上。气体管路1的两端和中部为一体化复合式结构。保证气体的流畅性。
在该实施例中，气体管路1为直线状，光源2设置在中部的气体管路1的正上方，检测器3设置在中部的气体管路1的正下方。光源2为多个点光源2且形成直线，该直线与中部的气体管路1的方向和长度一致。光源2输出的入射光4穿过在中部的气体管路1上后，形成出射光5被检测器3接收。检测器3的受光面与出射光5相对设置，检测器3还包括光电转换器件，通过受光面的光信息来分析气体成分(使用现有技术中的检测器3)。具体的，气体管路1的直径/长度是1/50。
实施例2
与实施例1不同之处在于：在该实施例中，中部的气体管路1为平面的盘绕状。为了加工方便，具体的为平面的螺旋状。气体管路1的直径/长度是1/40。
实施例3
与实施例1不同之处在于：在该实施例中，中部的气体管路1为立体的盘绕状。具体为立体螺旋状。气体管路1的直径/长度是1/30。光源2为环状。
实施例4
如图1所示，与实施例3不同之处在于：在该实施例中，中部的气体管路1为立体螺旋状，且在沿着螺旋状中轴线的方向上设置有若干个收紧段11。气体管路1的直径/长度是1/20。所述光源2为面状。图1中的气体管路中相邻管壁之间是紧密贴合的，图1中有缝隙只是为了更好的表示立体螺旋状结构。
在以上实施例中，其中气体管路1的材质可以为刚性材料。也可以使柔性材料，但是相邻管壁之间紧密结合或填充融合为一体，从而防止在气流通过气体管路1时，气体管路1形状发生改变，从而保证气体管路1受光条件恒定，进而确保测量的准确性。其中刚性材料可以通过3D打印技术直接成型。以上三种方式均可以运用于以上4个实施例中。当使用填充的方式使气体管路1定型时，填充的材料与气体管路的材料相同或光学性能相同或相似，均为高透光材料。
其中光源2还可以使用点光源2，当气体管路1在电源上的投影面积较小时，点光源2也能够满足需求。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气体成分检测装置，其特征在于，包括中部为流畅透明的气体管路(1)、光路部件，所述光路部件用于照射和检测中部的气体管路(1)中的气体，气体管路(1)的两端分别作为气体的入口和气体的出口，所述光路部件和气体管路(1)彼此独立。
2.根据权利要求1所述的一种气体成分检测装置，其特征在于，所述光路部件包括光源(2)和检测器(3)，所述光源(2)产生的光线穿过中部的气体管路(1)射到检测器(3)上，中部的气体管路(1)在光源(2)方向上的投影均落在光路部件中的光源(2)上。
3.根据权利要求1或2所述的一种气体成分检测装置，其特征在于，中部的气体管路(1)为盘绕状。
4.根据权利要求3所述的一种气体成分检测装置，其特征在于，中部的气体管路(1)为螺旋状。
5.根据权利要求4所述的一种气体成分检测装置，其特征在于，中部的气体管路(1)为立体螺旋状。
6.根据权利要求5所述的一种气体成分检测装置，其特征在于，中部的气体管路(1)在沿着螺旋状中轴线的方向上设置有若干个收紧段(11)。
7.根据权利要求2所述的一种气体成分检测装置，其特征在于，所述光源(2)为面光源(2)。
8.根据权利要求1所述的一种气体成分检测装置，其特征在于，所述气体管路(1)的直径/长度介于1/50～1/10。
9.根据权利要求1所述的一种气体成分检测装置，其特征在于，所述气体管路(1)两端和中部的直径保持一致。
10.根据权利要求1所述的一种气体成分检测装置，其特征在于，所述气体管路(1)的两端和中部为一体化复合式结构，中部的气体管路(1)为刚性材料制成。
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