CN110763331A - 准平行光束仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种准平行光束仪，其包括箱体、至少两个隔板、灯管支架以及紫外灯，箱体呈密封式结构且底部设有反应面，各隔板相间隔地设于箱体内且均平行于反应面，每一隔板上均开设有通光孔，各隔板上的通光孔的孔心垂直排布，每一隔板上位于通光孔的周缘处均设有吸光涂层；灯管支架设于箱体的顶部用于支撑紫外灯，且紫外灯距离最上层的隔板一定间距并沿通光孔的直径设置。通过多层隔板将倾斜角度的UV光线完全阻止，只留下通过通光孔且与之相垂直的光线，每层隔板上的吸光涂层可吸收散射到通光孔周围的UV光，从而使该准平行光束仪具有光束平行度高、光照强度大等优点，特别适用于准确定量辐照剂量的紫外光反应装置。
Description
技术领域
本发明涉及紫外(UV)消毒及UV光化学反应技术领域，尤其涉及一种能够精确定量UV剂量的准平行光束仪。
背景技术
紫外(UV)消毒技术具有效率高、广谱性好、不产生消毒副产物、维护及操作简便、占地面积小等优点，被广泛应用于污水、饮用水、回用水等的消毒，目前UV消毒技术的应用已经遍布世界各地。而随着UV消毒技术的应用日趋广泛，迫切需要对UV设备进行系统评估与验证，例如，UV设备生产厂家需要有一个客观公正的评估方法对其产品质量进行评估，设计单位需要有准确的消毒效果数据来保证设计的安全性和节能要求，使用单位及监管部门需要对UV设备的实际运行状况进行短期或长期监测，以确保消毒安全。
目前，UV剂量的快速、准确测量是UV消毒领域的一个颇具挑战性的国际难题，也是限制UV消毒技术进一步推广应用的瓶颈。当今国际上公认的标准UV剂量验证方法为生物剂量法，它已被很多国家采用为标准方法，生物剂量法中的重要环节是准平行光束仪(QCBA)，其是UV剂量-响应特征曲线获取的唯一方法，QCBA也是目前国际公认的、唯一可以精确定量UV剂量的设备，为UV消毒、光化学反应及基于UV的高级氧化反应的精细研究提供基础。
然而，目前国内外尚无对准平行光束搭建的明确指导或规范，其搭建参数存在较大的不确定性和经验性，国内目前尚无专业的准平行光束仪生产厂家，现有的一些加工订做厂家制作出来的准平行光束仪存在诸多缺点，集中体现为输出光强过低及平行度不足等。
因此，有必要提供一种输出光束平行度高、输出强度大的准平行光束仪，以解决上述现有技术中所存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种输出的光束平行度高、输出强度大的准平行光束仪。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：提供一种准平行光束仪，其包括箱体、至少两个隔板、灯管支架以及紫外灯；其中，所述箱体呈密封式结构，且所述箱体的底部设有反应面；各所述隔板相间隔地设于所述箱体内且均平行于所述反应面，每一所述隔板上均开设有通光孔，各所述隔板上的所述通光孔的孔心垂直排布，且每一所述隔板上位于所述通光孔的周缘处均设有吸光涂层；所述灯管支架设于所述箱体的顶部；所述紫外灯设于所述灯管支架上，且所述紫外灯距离最上层的所述隔板一定间距并沿所述通光孔的直径设置。
较佳地，所述准平行光束仪还包括设于所述箱体外并与所述紫外灯电性连接的开关以及电性连接于所述紫外灯与所述开关之间的镇流器，所述镇流器设于所述箱体内或所述箱体外，所述开关用于控制所述紫外灯开闭。
较佳地，所述准平行光束仪具有至少两个所述紫外灯，各所述紫外灯均平行于所述通光孔的直径且并列设置，且各所述紫外灯之间紧贴或相间隔，设置两个或两个以上的紫外灯是为提高输出光强，同时不对光的平行性造成影响。
较佳地，所述灯管支架上凹设有与所述紫外灯相对应的卡槽，所述紫外灯卡合于所述卡槽内。
较佳地，所述紫外灯与最上层的所述隔板之间的间距介于100mm-600mm之间，所述紫外灯与最底层的所述隔板之间的间距介于350mm-850mm之间，相邻的各所述隔板之间的间距为250mm，且所述紫外灯与所述反应面之间的间距为900mm。
较佳地，所述准平行光束仪具有两所述隔板，且所述紫外灯与最上层的所述隔板之间的间距为100mm，所述紫外灯与最底层的所述隔板之间的间距为600mm，所述紫外灯与所述反应面之间的间距为900mm。
较佳地，所述准平行光束仪具有三所述隔板，相邻的两所述隔板之间的间隔为250mm，且所述紫外灯与最上层的所述隔板之间的间距为100mm，所述紫外灯与所述反应面之间的间距为900mm。
较佳地，所述准平行光束仪具有两所述隔板，两所述隔板之间通过不透光的侧壁相连从而形成桶状结构。
较佳地，所述吸光涂层沿所述通光孔的周缘均匀设置，且所述吸光涂层的外缘与所述通光孔的周缘之间的间距大于等于50mm。
较佳地，所述箱体包括架体、连接于所述架体并形成封闭式结构且不透光的外壳以及安装于所述架体底部的万向轮。
与现有技术相比，由于本发明的准平行光束仪，通过在箱体内设有相间隔的多层隔板，每一隔板上均开设有通光孔，各隔板上的通光孔的孔心垂直排布，且每一隔板上位于通光孔的周缘处均设有吸光涂层；因此，通过多层隔板的作用，将倾斜角度的UV光线完全阻止，只留下通过通光孔且与通光孔垂直的光线，而每层隔板上涂布的吸光涂层可以吸收散射到通光孔周围的UV光而使之不发生反射，从而使该准平行光束仪可以实现佩特里系数大于0.9，平行范围达半径60mm的圆形，即，具有光束平行度高、光照强度大等优点，使该准平行光束仪可用于准确测量紫外光强，特别适用于应用准平行光束于准确定量辐照剂量的紫外光反应装置。
附图说明
图1a是本发明准平行光束仪第一实施例的结构示意图。
图1b是图1a中反应面的光强示意图。
图2a是本发明准平行光束仪第二实施例的结构示意图。
图2b是图2a中反应面的光强示意图。
图3a是本发明准平行光束仪第三实施例的结构示意图。
图3b是图3a中反应面的光强示意图。
图4a是本发明准平行光束仪第四实施例的结构示意图。
图4b是图4a中反应面在标准单位光强下的光强示意图。
图4c是图4a中反应面在一半单位光强下的光强示意图。
图4d是图4a中反应面在双倍单位光强下的光强示意图。
图5a是本发明准平行光束仪第五实施例的结构示意图。
图5b是图5a中反应面的光强示意图。
图6a是本发明准平行光束仪第六实施例的结构示意图。
图6b是图6a中反应面的光强示意图。
图7a是本发明准平行光束仪第七实施例的结构示意图。
图7b是图7a中反应面的光强示意图。
图8a是本发明准平行光束仪第八实施例的结构示意图。
图8b是图8a中反应面的光强示意图。
图9a是本发明准平行光束仪第九实施例的结构示意图。
图9b是图9a中反应面的光强示意图。
图10a是本发明准平行光束仪第十实施例的结构示意图。
图10b是图10a中反应面的光强示意图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。本发明所提供的准平行光束仪，主要适用于应用准平行光束于准确定量辐照剂量的紫外光反应装置，但并不以此为限，还可以应用于其他设备中。
下面先结合图1a-图10b所示，本发明所提供的准平行光束仪，其包括箱体1、至少两个隔板2、灯管支架3以及至少一个紫外灯4。其中，所述箱体1呈密封式结构，且箱体1的底部设有反应面5；各所述隔板2相间隔地设于箱体1内并且均平行于所述反应面5，每个隔板2上均开设有通光孔6，各通光孔6的直径优选为100mm，但并不以此为限，并且各所述隔板2上的通光孔6的孔心垂直排布；每个隔板2上位于通光孔6的周缘处均涂布黑色吸光材料形成吸光涂层7，且吸光涂层7沿通光孔6的周缘均匀设置，吸光涂层7的外缘与通光孔6的周缘之间的间距大于等于50mm，在一种优选方式中为50mm。所述灯管支架3安装于最上层的隔板2上，且灯管支架3上凹设有与紫外灯4相对应的卡槽31；紫外灯4卡合于灯管支架3上的卡槽31内并沿所述通光孔6的直径设置，且紫外灯4距离最上层的隔板2一定间距。
可理解地，灯管支架3并不限于安装在最上层的隔板2上，例如，其还可以安装于箱体1的顶板、侧板等，只要能够保证其支撑的紫外灯4位于最上层的隔板2的上方预设距离处即可。
参看图9a所示，本发明的准平行光束仪还包括开关8以及镇流器9，开关8设于箱体1外并与紫外灯4电性连接，镇流器9电性连接于紫外灯4与开关8之间，且镇流器9设于所述箱体1内或所述箱体1外，通过所述开关8来控制所述紫外灯4开闭。
结合图5a、6a、7a及8a所示，当本发明的准平行光束仪具有两个及以上紫外灯4时，各紫外灯4均沿所述通光孔6的直径设置并分别卡合于灯管支架3上的卡槽31内，各紫外灯4之间相平列设置，且各紫外灯4相紧贴或相间隔，设置两个或两个以上的紫外灯是为提高输出光强，同时不对光的平行性造成影响。
本发明中，紫外灯4优选采用单位长度光强较大的集约化UV汞灯，但并不以此为限，还可以采用其他紫外灯4。
再次参看图9a所示，本发明的准平行光束仪中，所述箱体1包括架体11、连接于架体11并形成封闭式结构且不透光的外壳12以及安装于架体11底部的万向轮13。其中，架体11由三角铁焊接形成，外壳12由不透光的亚克力板构成，通过将亚克力板固定于架体11上以形成密封式结构，当然，并不限于通过亚克力板来围成箱体1，还可以采用其他不透光的板材来制成。另外，万向轮13通过紧固螺栓连接于架体11的底部，使万向轮13的安装更方便。
再次结合图1a-图10a所示，在本发明准平行光束仪的一些实施方式中，所述紫外灯4与最上层的隔板2之间的间距优选介于100mm-600mm之间，紫外灯4与最底层的隔板2之间的间距优选介于350mm-850mm之间，相邻的两隔板2之间的间距为250mm，且紫外灯4与所述反应面5之间的间距优选为900mm。在另一些实施方式中，紫外灯4与最上层的隔板2之间的间距为100mm，紫外灯4与最底层的隔板2之间的间距为600mm，相邻的两隔板2之间的间距优选为250mm或500mm，且紫外灯4与所述反应面5之间的间距优选为900mm。
下面结合图1a-图10b所示，对本发明准平行光束仪的不同实施例分别进行详细说明。
首先结合图1a、2a、3a所示，在本发明准平行光束仪的第一至第三实施例中，具有一个紫外灯4及两个隔板2，为便于描述分别将两个隔板表述为第一隔板21及第二隔板22。其中，紫外灯4沿通光孔6的直径设置，第一隔板21安装于紫外灯4下方，第一隔板21距离紫外灯4的距离L1为100mm、350mm或600mm，第二隔板22安装于第一隔板21下方并与之相平行，且第一隔板21、第二隔板22之间的间距优先为250mm，即，第二隔板22距离紫外灯4的距离L2为350mm、600mm或850mm；并且紫外灯4距离箱体1底部的反应面5的距离为900mm。
当然，第一隔板21、第二隔板22之间的间距也不限于250mm，例如，在图4a所示的本发明准平行光束仪100的第四实施例中，两者之间的间距即为500mm，且，第一隔板21距离紫外灯4的距离为100mm，因此，第二隔板22距离紫外灯4的距离为600mm。
下面结合图1a-图4b以及表1所示，对本发明准平行光束仪的不同实施例中第一隔板21、第二隔板22相对于紫外灯4的距离L1、L2对光束的影响进行说明，在这些实施例中，紫外灯4均为一个，同时光强为标准单位光强，以中心点周围半径50mm的圆形区域计算中心点光强、最高点光强，并将基于中心点光强计算的佩特里系数表示为PF、基于最高点光强计算的佩特里系数表示为PF′，得到数据如下表1所示：
表1
结合图1a-1b及上述表1，在本发明的第一实施例中，紫外灯4距第一隔板21的距离L1为100mm，紫外灯4距第二隔板22的距离L2为350mm，紫外灯4距反应面5的距离为900mm，从反应面5的光强分布来看，中心点周围40mm半径的区域光强低，在40-50mm区域光强逐步提高，在50-90mm区域光强相对稳定且平均值达到最高；其中，中心点光强为0.152W/m2，最高点光强0.205W/m2，计算得到的PF为1.157，PF′为0.859。
结合图2a-2b及上述表1，本发明的第二实施例中，紫外灯4距第一隔板21的距离L1为350mm，紫外灯4距第二隔板22的距离L2为600mm，从反应面5的光强分布来看，光强在中心点周围50mm半径的区域保持稳定但分布不够均匀，随着距中心点距离的增加，光强逐渐递减；其中，中心点光强为0.222W/m2，最高点光强0.230W/m2，计算得到的PF为0.972，PF′为0.938。
结合图3a-3b及上述表1，本发明的第三实施例中，从反应面5的光强分布来看，光束被约束于中心点周围半径80mm的范围内，光强在中心点周围40mm半径的区域保持稳定且平均值最高，在40-70mm区域的光强随着距中心点距离的增加逐渐递减；其中，中心点光强为0.327W/m2，最高点光强0.329W/m2，计算得到的PF为0.728，PF′为0.722。
结合图4a-4b及上述表1，在本发明的第四实施例中，从反应面5的光强分布来看，光强在中心点周围60mm半径的区域保持稳定且平均值最高，随着距中心点距离的增加，光强逐渐递减。且，中心点光强为0.156W/m2，最高点光强0.166W/m2，计算得到的PF为1.026，PF′为0.964；
通过上述第一至第四实施例及表1可知：上述第一实施例中的光束平行度不及其他，而述第二、第四实施例中，中心点周围50mm半径的区域都能形成平行度较高的光束，但后者PF′更高且中心高光强区域分布更均匀。另外，从第一隔板21距离紫外灯4的距离来看，当第一隔板21距离紫外灯4的距离为100mm、且第一隔板21、第二隔板22之间的间距为250mm时，即图1a-1b所示的第一实施例中，中心区域光强较周围更低，难以形成准平行光束；而当第一隔板21距离紫外灯4的距离为350mm和600mm、且第一隔板21、第二隔板22之间的间距为250mm时，即，即图2a-3b所示的第二、第三实施例中，在中心区域可形成光强均匀的准平行光束，但前者准平行光束范围大，后者光强高但范围小，以50mm范围计算的PF′仅0.722，只能适应于较小面积的反应容器，在相同体积的反应体系下，可能导致光程变长，须考虑光束在水系中的分散。而图4a-4b所示的第四实施例中，其中心高光强区域分布更均匀。
下面继续参看图4a-4b并结合表2所示，以本发明第四实施例中的准平行光束仪100为例，对单位灯管长度下不同光照强度对PF和光强的影响进行说明。
表2
通过表2可知，单位光强的大小对光束平行度没有影响，单位光强和中心点光强呈线性相关关系。
下面结合图5a、6a所示，在本发明准平行光束仪的第五、第六实施例中，其具有两个紫外灯4及两个隔板2，其中，第五实施例中的两个紫外灯4均沿通光孔6的直径设置并紧贴着放置于通光孔6的中心位置处，第六实施例中的两个紫外灯4均沿通光孔6的直径设置，且两者相间隔放置于通光孔6的中心位置处；另外，紫外灯4均距离第一隔板21的距离为100mm、距离第二隔板22的距离为600mm，紫外灯4距反应面5的距离为900mm。
结合图7a、8a所示，在本发明准平行光束仪的第七、第八实施例中，其具有三个紫外灯4及两个隔板2；其中，第七实施例中的三个紫外灯4均沿通光孔6的直径设置并紧贴着放置于通光孔6的中心位置处，第八实施例中的三个紫外灯4均沿通光孔6的直径设置，且三者相间隔且均匀的放置于通光孔6的中心位置处；两个隔板2的设置方式与第五、第六实施例中的相同，不再重复描述。
下面结合表3所示，以第五至第八实施例中的两层隔板2为基础，对不同灯管数量对PF和光强的影响进行说明。
表3
通过上述图5a-8b及表3，并结合上述表1中第四实施例(仅具有一个紫外灯4)的数据可知，紫外灯4数量的增加有助于光强的提高，同时增大了平行光束的面积；并且，紫外灯4紧贴着放置于通光孔6的中心有助于提高光强，但对光束平行度的影响微乎其微。
下面参看图9a-9b所示，在本发明准平行光束仪的第九实施例中，其具有一个紫外灯4及三个隔板2，三个隔板2分别表述为第一隔板21、第二隔板22、第三隔板23，其中，第一隔板21与紫外灯4的间距为100mm，第二隔板22与紫外灯4的间距为600mm，第三隔板23设于第一隔板21、第二隔板22的中间，即，三者中相邻的两者之间的间距为250mm，同时，第一隔板21与反应面5之间的间距为900mm。在标准单位光强下，从反应面5的光强分布来看，光强在中心点周围50mm半径的区域保持稳定，随着距中心点距离的增加，光强逐渐递减，且中心点光强为0.141W/m2，最高点光强0.152W/m2，计算得到的PF为1.024、PF′为0.950，也就是说，三层隔板2的结构设置，在光束平行度和光强方面都更具有优势。
综合以上图1a-9b以及表1-3的分析可知，在两层隔板2的条件下，紫外灯4距离上层隔板2的距离为100mm、距离下层隔板2的距离为600mm时，即可实现光束的高度平行(PF′＝0.964)；另外，通过增加紫外灯4的数量或替换单位光强更大的紫外灯4的方式可提高光照强度；再者，多紫外灯4采用紧贴并列放置于通光孔6的中心可小幅度提高光照强度。但是，单位光强的变化以及采用多紫外灯4照射的方式都几乎不影响光束的平行度。
下面参看图10a-10b所示，在本发明准平行光束仪的第十实施例中，其第一隔板21、第二隔板22之间通过不透光的侧壁相连从而形成桶状通光管，且第一隔板21、第二隔板22上开设的通光孔的直径小于等于通光管的直径，紫外灯4距离第一隔板21的距离为100mm、距离第二隔板22的距离为600mm，同时紫外灯4距离反应面5的距离为900mm。从反应面5的光强分布可看出，光束被约束于中心点周围70mm半径的范围内，光强在中心点周围半径15-40mm的区域保持稳定且平均值最高，在0-15mm区域的光强略低于15-40mm区域，在40-70mm区域的光强随着距中心点距离的增加逐渐递减；并且，中心点光强为0.133W/m2，最高点光强0.157W/m2，计算得到的PF为0.986，PF′为0.838。也就是说，通过桶式通光管仍然可以得到平行度较高、光照强度大的光束，但桶式通光管结构在光束平行度和平行光束面积方面的优势不如两层隔板2或三层隔板2结构。
综上，由于本发明的准平行光束仪，通过在箱体1内设有相间隔的多层隔板2，每一隔板2上均开设有通光孔6，各隔板2上的通光孔6的孔心垂直排布，且每一隔板2上位于通光孔6的周缘处均设有吸光涂层7；通过多层隔板2的作用，将倾斜角度的UV光线完全阻止，只留下通过通光孔6且与通光孔6垂直的光线，而每层隔板2上涂布的吸光涂层7可以吸收散射到通光孔6周围的UV光而使之不发生反射，从而使该准平行光束仪可以实现佩特里系数大于0.9，平行范围达半径60mm的圆形，即，具有光束平行度高、光照强度大等优点，使该准平行光束仪可用于精确定量紫外光强，特别适用于应用准平行光束于精确定量辐照剂量的紫外光反应装置。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种准平行光束仪，其特征在于，包括：
箱体，所述箱体呈密封式结构，且所述箱体的底部设有反应面；
至少两个隔板，各所述隔板相间隔地设于所述箱体内且均平行于所述反应面，每一所述隔板上均开设有通光孔，各所述隔板上的所述通光孔的孔心垂直排布，且每一所述隔板上位于所述通光孔的周缘处均设有吸光涂层；
灯管支架，所述灯管支架设于所述箱体的顶部；
紫外灯，所述紫外灯设于所述灯管支架上，且所述紫外灯距离最上层的所述隔板一定间距并沿所述通光孔的直径设置。
2.如权利要求1所述的准平行光束仪，其特征在于，还包括设于所述箱体外并与所述紫外灯电性连接的开关以及电性连接于所述紫外灯与所述开关之间的镇流器，所述镇流器设于所述箱体内或所述箱体外，所述开关用于控制所述紫外灯开闭。
3.如权利要求1所述的准平行光束仪，其特征在于，具有至少两个所述紫外灯，各所述紫外灯均平行于所述通光孔的直径且并列设置，且各所述紫外灯之间紧贴或相间隔。
4.如权利要求3所述的准平行光束仪，其特征在于，所述灯管支架上凹设有与所述紫外灯相对应的卡槽，所述紫外灯卡合于所述卡槽内。
5.如权利要求1所述的准平行光束仪，其特征在于，所述紫外灯与最上层的所述隔板之间的间距介于100mm-600mm之间，所述紫外灯与最底层的所述隔板之间的间距介于350mm-850mm之间，相邻的各所述隔板之间的间距为250mm，且所述紫外灯与所述反应面之间的间距为900mm。
6.如权利要求1所述的准平行光束仪，其特征在于，具有两所述隔板，且所述紫外灯与最上层的所述隔板之间的间距为100mm，所述紫外灯与最底层的所述隔板之间的间距为600mm，所述紫外灯与所述反应面之间的间距为900mm。
7.如权利要求1所述的准平行光束仪，其特征在于，具有三所述隔板，相邻的两所述隔板之间的间隔为250mm，且所述紫外灯与最上层的所述隔板之间的间距为100mm，所述紫外灯与所述反应面之间的间距为900mm。
8.如权利要求1所述的准平行光束仪，其特征在于，具有两所述隔板，两所述隔板之间通过不透光的侧壁相连从而形成桶状结构。
9.如权利要求1所述的准平行光束仪，其特征在于，所述吸光涂层沿所述通光孔的周缘均匀设置，且所述吸光涂层的外缘与所述通光孔的周缘之间的间距大于等于50mm。
10.如权利要求1所述的准平行光束仪，其特征在于，所述箱体包括架体、连接于所述架体并形成封闭式结构且不透光的外壳以及安装于所述架体底部的万向轮。
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