CN111650124A - 一种光致电离毒性气体检测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体检测技术领域，具体公开了一种光致电离毒性气体检测装置，其中，包括：气体检测气路、清洁空气气路、气路切换机构、臭氧发生器和测量气室，所述气体检测气路的进气端以及所述清洁空气气路的进气端均用于输入被测气体，所述气体检测气路的出气端以及所述清洁空气气路的出气端均连接所述气路切换机构，所述气路切换机构连接所述臭氧发生器的进气端，所述臭氧发生器的出气端连接所述测量气室的进气端，所述测量气室和所述气路切换机构还用于连接控制电路。本发明还公开了一种光致电离毒性气体检测系统。本发明提供的光致电离毒性气体检测装置能够解决现有技术中的测量气室污染导致的测量精度低的问题。

Description

一种光致电离毒性气体检测装置及系统

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种光致电离毒性气体检测装置及一种光致电离毒性气体检测系统。

背景技术

光致电离原理的毒性气体检测仪（包括检测模块）是采用紫外线照射被测气体，通过测量被测气体的电离电流来计算出被测气体的浓度。

由于该检测仪通常使用如9.6eV、10.6eV、11.6eV的紫外线，而产生这些紫外光源的窗口主要是氟化物晶体（如氟化镁、氟化钙等）。在长期工作中，这曝露在空气的窗口很快就会沾染上污染物，引起输出光强的变化，从而降低了测量精度。

为了保证测量效果，采取了定时通以清洁空气对窗口进行吹扫，即便如此，污染还会不断聚集。所以还要求客户对窗口进行定期的维护，包括人工清洁窗口，重新进行系统校准等。

另外，由于温度变化，紫外光源的寿命影响，紫外光源发出的光强实际上也不是很稳定，从而也限制了测量精度和稳定性的进一步提高。

发明内容

本发明提供了一种光致电离毒性气体检测装置及一种光致电离毒性气体检测系统，旨在至少解决相关技术中存在的由于测量气室的污染导致的测量精度低的问题。

作为本发明的第一个方面，提供一种光致电离毒性气体检测装置，其中，包括：气体检测气路、清洁空气气路、气路切换机构、臭氧发生器和测量气室，所述气体检测气路的进气端以及所述清洁空气气路的进气端均用于输入被测气体，所述气体检测气路的出气端以及所述清洁空气气路的出气端均连接所述气路切换机构，所述气路切换机构连接所述臭氧发生器的进气端，所述臭氧发生器的出气端连接所述测量气室的进气端，所述测量气室和所述气路切换机构还用于连接控制电路；

所述气体检测气路用于输送被测气体；

所述清洁空气气路用于输送清洁空气，所述清洁空气为所述被测气体经过过滤得到；

所述气路切换机构用于在控制电路的控制下对所述气体检测气路和所述清洁空气气路进行切换；

所述臭氧发生器用于在所述气路切换机构切换至所述清洁空气气路时输出臭氧至所述测量气室；

所述测量气室用于对所述被测气体进行电离，并形成与被测气体的浓度相对应的检测电流。

进一步地，所述测量气室包括紫外光源、遮光片、收集电极、偏压电极和参考电极，所述遮光片设置在所述紫外光源的出光面，所述收集电极设置在所述遮光片背离所述紫外光源的一面，所述收集电极背离所述遮光片的一侧依次间隔设置所述偏压电极和所述参考电极，所述遮光片、所述收集电极和所述偏压电极上均设置出光孔，所述参考电极与所述偏压电极之间的间隔空隙用于流通所述被测气体或清洁气体，所述收集电极和所述参考电极均与所述控制电路电连接，所述偏压电极连接偏压电源；

当所述偏压电极接通所述偏压电源，且所述参考电极与所述偏压电极之间流通的是被测气体时，所述被测气体能够被电离，所述收集电极与所述参考电极之间形成与被测气体的浓度相对应的检测电流；

当所述偏压电极接通所述偏压电源，且所述参考电极与所述偏压电极之间流通的是清洁气体时，所述清洁气体能够被电离，所述收集电极与所述参考电极之间形成与所述紫外光源的光强对应的光强电流。

进一步地，所述气体检测气路包括第一水气隔膜和第一防爆片，所述第一水气隔膜的一端为所述气体检测气路的进气端，所述第一水气隔膜的另一端连接所述第一防爆片的一端，所述第一防爆片的另一端为所述气体检测气路的出气端。

进一步地，所述清洁空气气路包括活性炭过滤器、第二水气隔膜和第二防爆片，所述活性炭过滤器的进气端为所述清洁空气气路的进气端，所述活性炭过滤器的出气端连接所述第二水气隔膜的一端，所述第二水气隔膜的另一端连接所述第二防爆片的一端，所述第二防爆片的另一端为所述清洁空气气路的出气端。

进一步地，所述光致电离毒性气体检测装置还包括隔膜泵，所述隔膜泵与所述测量气室连接，所述隔膜泵用于将所述被测气体抽入所述气体检测气路或清洁空气气路。

进一步地，所述光致电离毒性气体检测装置还包括第三防爆片，所述第三防爆片与所述隔膜泵连接。

进一步地，所述气路切换机构包括电磁阀。

作为本发明的另一个方面，提供一种光致电离毒性气体检测系统，其中，包括：控制电路和前文所述的光致电离毒性气体检测装置，所述光致电离毒性气体检测装置的气路切换机构和测量气室均与所述控制电路电连接，所述控制电路能够控制所述气路切换机构的工作，并能够对所述测量气室中形成的与被测气体的浓度相对应的检测电流进行处理得到检测结果。

进一步地，所述控制电路包括转换电路和控制器，所述转换电路连接所述测量气室的输出端，所述控制器与所述转换电路连接，所述转换电路能够将所述测量气室输出的检测电流进行转换得到电压信号，所述控制器能够根据所述电压信号进行处理得到检测结果。

进一步地，所述光致电离毒性气体检测系统还包括上位机，所述上位机与所述控制电路通信连接，所述上位机用于显示所述检测结果。

本发明提供的光致电离毒性气体检测装置，通过设置两个气路，这两个气路通过气路切换机构进行切换，当切换至气体检测气路时能够通过测量气室得到与被测气体的浓度相对应的检测电流，当切换至清洁空气气路时，能够将过滤后的清洁空气对测量气室进行吹扫，且还能够通过臭氧发生器释放臭氧实现对测量气室的清洁，有效解决了现有技术中存在的污染问题，从而提高了测量精度。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明提供的光致电离毒性气体检测装置的结构示意图。

图2为本发明提供的测量气室的结构示意图。

图3为本发明提供的控制电路的结构框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实施例中提供了一种光致电离毒性气体检测装置，图1是根据本发明实施例提供的光致电离毒性气体检测装置的结构示意图，如图1所示，包括：气体检测气路10、清洁空气气路20、气路切换机构30、臭氧发生器40和测量气室50，所述气体检测气路10的进气端以及所述清洁空气气路20的进气端均用于输入被测气体，所述气体检测气路10的出气端以及所述清洁空气气路20的出气端均连接所述气路切换机构30，所述气路切换机构30连接所述臭氧发生器40的进气端，所述臭氧发生器40的出气端连接所述测量气室50的进气端，所述测量气室50和所述气路切换机构30还用于连接控制电路；

所述气体检测气路10用于输送被测气体；

所述清洁空气气路20用于输送清洁空气，所述清洁空气为所述被测气体经过过滤得到；

所述气路切换机构30用于在控制电路的控制下对所述气体检测气路和所述清洁空气气路进行切换；

所述臭氧发生器40用于在所述气路切换机构切换至所述清洁空气气路时输出臭氧至所述测量气室；

所述测量气室50用于对所述被测气体进行电离，并形成与被测气体的浓度相对应的检测电流。

本发明实施例提供的光致电离毒性气体检测装置，通过设置两个气路，这两个气路通过气路切换机构进行切换，当切换至气体检测气路时能够通过测量气室得到与被测气体的浓度相对应的检测电流，当切换至清洁空气气路时，能够将过滤后的清洁空气对测量气室进行吹扫，且还能够通过臭氧发生器释放臭氧实现对测量气室的清洁，有效解决了现有技术中存在的污染问题，从而提高了测量精度。

具体地，如图2所示，所述测量气室50包括紫外光源51、遮光片52、收集电极53、偏压电极54和参考电极55，所述遮光片52设置在所述紫外光源51的出光面，所述收集电极53设置在所述遮光片52背离所述紫外光源51的一面，所述收集电极53背离所述遮光片52的一侧依次间隔设置所述偏压电极54和所述参考电极55，所述遮光片52、所述收集电极53以及所述偏压电极54上均设置出光孔，所述参考电极55与所述偏压电极54之间的间隔空隙用于流通所述被测气体或清洁气体，所述收集电极53和所述参考电极55均与所述控制电路电连接，所述偏压电极54连接偏压电源；

当所述偏压电极54接通所述偏压电源，且所述参考电极55与所述偏压电极54之间流通的是被测气体时，所述被测气体能够被电离，所述收集电极53与所述参考电极55之间形成与被测气体的浓度相对应的检测电流；

当所述偏压电极54接通所述偏压电源，且所述参考电极55与所述偏压电极54之间流通的是清洁气体时，所述清洁气体能够被电离，所述收集电极53与所述参考电极55之间形成与所述紫外光源的光强对应的光强电流。

应当理解的是，如图2所示，所述测量气室50主要由紫外光源51、遮光片52、偏压电极54、收集电极53、参考电极55以及周围的密封结构组成。偏压电极54和参考电极55之间的空间是气体流通的主要通道。当清洁空气流过时，参考电极55上被紫外光照射会产生光电子发射，在偏压电极54上的电压作用下形成与光强相关的电流，从而被控制电路所测量；当被测气体流过时，在紫外光源的照射下，其中的毒性成分会发生电离，在偏压电极54上的电压作用下，形成与毒性气体浓度相关的电流，从而在被控制电路所测量。

应当理解的是，所述控制电路可以对被测气体流过时形成的检测电流进行检测，得到有毒气体的浓度的检测结果，还可以对清洁空气流过时形成的与光强对应的光强电流进行检测，得到当前的紫外光源的光强，从而可以在光强变化时进行调整，以解决紫外光源光强不稳定导致的测量精度降低的问题。

具体地，如图1所示，所述气体检测气路10包括第一水气隔膜11和第一防爆片12，所述第一水气隔膜11的一端为所述气体检测气路10的进气端，所述第一水气隔膜11的另一端连接所述第一防爆片12的一端，所述第一防爆片12的另一端为所述气体检测气路10的出气端。

具体地，如图1所示，所述清洁空气气路20包括活性炭过滤器21、第二水气隔膜22和第二防爆片23，所述活性炭过滤器21的进气端为所述清洁空气气路20的进气端，所述活性炭过滤器21的出气端连接所述第二水气隔膜22的一端，所述第二水气隔膜22的另一端连接所述第二防爆片23的一端，所述第二防爆片23的另一端为所述清洁空气气路20的出气端。

具体地，如图1所示，所述光致电离毒性气体检测装置还包括隔膜泵60，所述隔膜泵60与所述测量气室50连接，所述隔膜泵60用于将所述被测气体抽入所述气体检测气路10或清洁空气气路20。

具体地，如图1所示，所述光致电离毒性气体检测装置还包括第三防爆片70，所述第三防爆片70与所述隔膜泵60连接。

优选地，所述气路切换机构30包括电磁阀。

如图1所示，被测气体被吸入气路后分成两路，一路通过第一水气隔膜11、第一隔爆片12、气路切换机构30和臭氧发生器40，进入测量气室50后被测量；另一路通过活性炭过滤器21后，其中的毒性成分被吸附后，成为清洁空气。通过第二水气隔膜22、第二隔爆片23、气路切换机构30、臭氧发生器40后，进入测量气室50，用于定期吹扫光源窗口。其中隔膜泵60持续工作，将气体从入口抽入，经过整个气路后排出。其中的气路切换机构30在控制电路的控制下可周期性的切换气路，让被测气体和过滤得到的清洁空气轮流进入测量气室50，对测量气室50进行吹扫或测量。

作为本发明的另一实施例，提供一种光致电离毒性气体检测系统，其中，包括：控制电路和前文所述的光致电离毒性气体检测装置，所述光致电离毒性气体检测装置的气路切换机构和测量气室均与所述控制电路电连接，所述控制电路能够控制所述气路切换机构的工作，并能够对所述测量气室中形成的与被测气体的浓度相对应的检测电流进行处理得到检测结果。

本发明实施例提供的光致电离毒性气体检测系统，采用了前文的光致电离毒性气体检测装置，通过设置两个气路，这两个气路通过气路切换机构进行切换，当切换至气体检测气路时能够通过测量气室得到与被测气体的浓度相对应的检测电流，当切换至清洁空气气路时，能够将过滤后的清洁空气对测量气室进行吹扫，且还能够通过臭氧发生器释放臭氧实现对测量气室的清洁，有效解决了现有技术中存在的污染问题，从而提高了测量精度。

具体地，如图3所示，所述控制电路包括转换电路和控制器，所述转换电路连接所述测量气室的输出端，所述控制器与所述转换电路连接，所述转换电路能够将所述测量气室输出的检测电流进行转换得到电压信号，所述控制器能够根据所述电压信号进行处理得到检测结果。

应当理解的是，所述转换电路包括I/V转换电路，即电流/电源转换电流，将收集电极与参考电极之间的电流信号转换为电压信号，所述控制器通过多电压信号进行处理得到检测结果或光强结果。

被测气体的检测结果可以通过4-20mA输出端口输出至上位机进行显示。

具体地，所述光致电离毒性气体检测系统还包括上位机，所述上位机与所述控制电路通信连接，所述上位机用于显示所述检测结果。

应当理解的是，所述控制器还提供气路切换机构的驱动信号，通过连接气路切换机构驱动电路实现，在本发明实施例中为电磁阀驱动，具体为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。

另外，控制器还提供臭氧发生器电源信号，以控制臭氧发生器的工作。通常情况下，当气路切换机构切换至清洁空气气路时，先通过清洁空气对测量气室进行吹扫，然后再打开臭氧发生器释放臭氧，释放完毕关掉臭氧发生器再对测量气室进行清洁控制吹扫。在通过清洁空气进行吹扫过程中可以同时进行光强的测定。

另外，为了保证隔膜泵的正常工作，控制器还提供隔膜泵的驱动信号，通过连接隔膜泵驱动电路实现，具体隔膜泵驱动电路为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。

优选地，所述控制器包括MCU。

如图3所示，收集电极和参考电极所得到的电流信号经I/V（电流电压转换）后，被MCU内部的ADC转换成数字量，经处理后得到被测的气体中毒性成分的浓度，转换成4-20mA后输出。MCU会周期性的切换电磁阀，控制测量周期和吹扫周期的切换。在吹扫周期时，MCU会启动臭氧发生器高压电源，使得气路中的臭氧发生器产生臭氧，对气室包括紫外光源的窗口进行清洁。

本发明实施例中在光致电离毒性气体检测装置设置臭氧发生器(电极)，在MCU控制的高压电源的源励下，会产生一定浓度的臭氧, 臭氧对紫外窗口的污染物有很强的清洁作用，可维持紫外窗口的清洁，从而大大减少了对窗口进行人工维护的需求。同时由于紫外光源输出的光强更加稳定，从而提高了测量的精度。

本发明实施例提供的光致电离毒性气体检测系统，提出了一种实用的气室电极结构，该结构包含了一组收集电极（用于测量电离电流）和一组参考电级（用于测量光电子发射电流），由于温度的变化和紫外光源在寿命期内漂移，紫外光源发出的紫外光强并不是一直不变的，由于该气室提供了的参考电极测量出的光电子发射电流与光强成正比，则可以用于修正光强变化产生的测量偏差，提高了测量精度。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光致电离毒性气体检测装置，其特征在于，包括：气体检测气路、清洁空气气路、气路切换机构、臭氧发生器和测量气室，所述气体检测气路的进气端以及所述清洁空气气路的进气端均用于输入被测气体，所述气体检测气路的出气端以及所述清洁空气气路的出气端均连接所述气路切换机构，所述气路切换机构连接所述臭氧发生器的进气端，所述臭氧发生器的出气端连接所述测量气室的进气端，所述测量气室和所述气路切换机构还用于连接控制电路；

所述气体检测气路用于输送被测气体；

所述清洁空气气路用于输送清洁空气，所述清洁空气为所述被测气体经过过滤得到；

所述气路切换机构用于在控制电路的控制下对所述气体检测气路和所述清洁空气气路进行切换；

所述臭氧发生器用于在所述气路切换机构切换至所述清洁空气气路时输出臭氧至所述测量气室；

所述测量气室用于对所述被测气体进行电离，并形成与被测气体的浓度相对应的检测电流。

2.根据权利要求1所述的光致电离毒性气体检测装置，其特征在于，所述测量气室包括紫外光源、遮光片、收集电极、偏压电极和参考电极，所述遮光片设置在所述紫外光源的出光面，所述收集电极设置在所述遮光片背离所述紫外光源的一面，所述收集电极背离所述遮光片的一侧依次间隔设置所述偏压电极和所述参考电极，所述遮光片、所述收集电极和所述偏压电极上均设置出光孔，所述参考电极与所述偏压电极之间的间隔空隙用于流通所述被测气体或清洁气体，所述收集电极和所述参考电极均与所述控制电路电连接，所述偏压电极连接偏压电源；

当所述偏压电极接通所述偏压电源，且所述参考电极与所述偏压电极之间流通的是被测气体时，所述被测气体能够被电离，所述收集电极与所述参考电极之间形成与被测气体的浓度相对应的检测电流；

当所述偏压电极接通所述偏压电源，且所述参考电极与所述偏压电极之间流通的是清洁气体时，所述清洁气体能够被电离，所述收集电极与所述参考电极之间形成与所述紫外光源的光强对应的光强电流。

3.根据权利要求1所述的光致电离毒性气体检测装置，其特征在于，所述气体检测气路包括第一水气隔膜和第一防爆片，所述第一水气隔膜的一端为所述气体检测气路的进气端，所述第一水气隔膜的另一端连接所述第一防爆片的一端，所述第一防爆片的另一端为所述气体检测气路的出气端。

4.根据权利要求1所述的光致电离毒性气体检测装置，其特征在于，所述清洁空气气路包括活性炭过滤器、第二水气隔膜和第二防爆片，所述活性炭过滤器的进气端为所述清洁空气气路的进气端，所述活性炭过滤器的出气端连接所述第二水气隔膜的一端，所述第二水气隔膜的另一端连接所述第二防爆片的一端，所述第二防爆片的另一端为所述清洁空气气路的出气端。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的光致电离毒性气体检测装置，其特征在于，所述光致电离毒性气体检测装置还包括隔膜泵，所述隔膜泵与所述测量气室连接，所述隔膜泵用于将所述被测气体抽入所述气体检测气路或清洁空气气路。

6.根据权利要求5所述的光致电离毒性气体检测装置，其特征在于，所述光致电离毒性气体检测装置还包括第三防爆片，所述第三防爆片与所述隔膜泵连接。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的光致电离毒性气体检测装置，其特征在于，所述气路切换机构包括电磁阀。

8.一种光致电离毒性气体检测系统，其特征在于，包括：控制电路和权利要求1至7中任意一项所述的光致电离毒性气体检测装置，所述光致电离毒性气体检测装置的气路切换机构和测量气室均与所述控制电路电连接，所述控制电路能够控制所述气路切换机构的工作，并能够对所述测量气室中形成的与被测气体的浓度相对应的检测电流进行处理得到检测结果。

9.根据权利要求8所述的光致电离毒性气体检测系统，其特征在于，所述控制电路包括转换电路和控制器，所述转换电路连接所述测量气室的输出端，所述控制器与所述转换电路连接，所述转换电路能够将所述测量气室输出的检测电流进行转换得到电压信号，所述控制器能够根据所述电压信号进行处理得到检测结果。

10.根据权利要求8所述的光致电离毒性气体检测系统，其特征在于，所述光致电离毒性气体检测系统还包括上位机，所述上位机与所述控制电路通信连接，所述上位机用于显示所述检测结果。

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