CN112229810A - 一种便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统。该监测系统包括气体输入线路、气体涤除线路、气体直通线路、气体检测线路以及加热设备；气体输入线路分别与气体涤除线路的输入端以及气体直通线路的输入端相连通；气体涤除线路的输出端以及气体直通线路的输出端分别与气体检测线路相连通；加热设备设于气体涤除线路中的臭氧涤除器的外表面；加热设备用于加热臭氧涤除器，增大了臭氧涤除器中催化剂吸收臭氧的效率，使臭氧涤除器能够在设定时间内涤除干净臭氧，提高了测量数据的准确性，无需重复更换臭氧涤除器，延长了臭氧涤除器的使用寿命。同时本发明采用单光路、短光程及器件一体化设计，具有体积小、重量轻的优点。
Description
技术领域
本发明涉及臭氧气体监测技术领域，特别是涉及一种便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统。
背景技术
近年来，大气环境问题受到人们前所未有的关注，对流层中的臭氧，不仅会影响大气氧化性，而且由于臭氧的强氧化性，能参与多种大气污染物的化学转化过程，是光化学烟雾的主要成分，对人类、生态系统、城市建设等都造成了严重的伤害，因此，臭氧所带来的大气环境污染问题不容忽视。
臭氧浓度是大气主要监测指标之一，在高空监测大气臭氧浓度时，一般采用无人机搭载臭氧化学传感器的形式进行监测，但由于臭氧化学传感器受其它气体干扰大，因此测量准确性较差；而基于紫外吸收法监测大气臭氧，由于该方法干扰小、灵敏度高、响应速度快，被公认为大气臭氧监测的标准方法。
现有的紫外吸收法臭氧监测系统存在以下不足：随着臭氧涤除器吸收臭氧量的增加，催化剂的不断损耗，涤除效率会不断降低，难以在设定的时间内将臭氧完全涤除干净，导致测量数据不准确，并且当涤除效率下降到一定程度时认为臭氧涤除器失效，需要更换，缩短了臭氧涤除器的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统，以解决现有技术中臭氧涤除器涤除效率低以及使用寿命短的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统，包括：气体输入线路、气体涤除线路、气体直通线路、气体检测线路以及加热设备；
所述气体输入线路分别与所述气体涤除线路的输入端以及所述气体直通线路的输入端相连通；
所述气体涤除线路的输出端以及所述气体直通线路的输出端分别与所述气体检测线路相连通；
所述加热设备设于所述气体涤除线路中的臭氧涤除器的外表面；所述加热设备用于加热所述臭氧涤除器；
样本气体通过所述气体输入线路，进入所述气体涤除线路，由所述气体涤除线路涤除所述样本气体的臭氧得到零气；所述零气进入所述气体检测线路，由所述气体检测线路检测紫外线照射所述零气的第一紫外线能量；
所述样本气体依次通过所述气体输入线路以及所述气体直通线路，进入所述气体检测线路，由所述气体检测线路检测紫外线照射所述样本气体的第二紫外线能量；所述气体检测线路还用于根据所述第一紫外线能量和所述第二紫外线能量计算出臭氧浓度。
可选地，所述气体输入线路的输入端设有气体切换阀；
所述气体切换阀用于切换样本气体和标准气体；所述标准气体为臭氧浓度等于臭氧浓度阈值的气体；当检测样本气体时，所述气体切换阀切换所述样本气体输入至所述气体输入线路；当校准便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统时，所述气体切换阀切换所述标准气体输入至所述气体输入线路。
可选地，所述气体检测线路包括：检测阀、光路气室、紫外线发生器、采样泵、信号采集板以及信号处理板；
所述检测阀的一端分别与所述臭氧涤除器的输出端以及所述气体直通线路的输出端相连通，所述检测阀的另一端与所述光路气室的进气端相连通，所述检测阀用于切换样本气体和零气；所述采样泵与所述光路气室的出气端相连通；所述紫外线发生器设于所述光路气室的进气端；所述信号采集板设于所述光路气室的出气端；所述信号处理板与所述信号采集板电连接；所述紫外线发生器用于在所述光路气室的进气端向所述光路气室发射紫外线，所述信号采集板用于从所述光路气室的出气端采集所述紫外线照射气体后的紫外线能量，所述信号处理板用于根据紫外线照射气体后的紫外线能量计算臭氧浓度。
可选地，所述紫外线发生器为汞灯。
可选地，还包括：汞灯座；
所述汞灯嵌入所述汞灯座的内部，所述臭氧涤除器以及所述加热设备固定于所述汞灯座的侧面。
可选地，还包括：保护罩；
所述保护罩设于所述光路气室的外部，所述保护罩用于保护所述光路气室。
可选地，所述气体切换阀、所述检测阀以及所述采样泵均集成于所述保护罩的上方。
可选地，所述光路气室的长度小于240mm，直径小于15mm。
可选地，所述便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统的长度小于300mm，宽度小于100mm，重量小于500g。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统，在系统中增加加热设备，使加热设备对臭氧涤除器进行加热，增大了臭氧涤除器中催化剂吸收臭氧的效率，使得臭氧涤除器能够在设定时间内涤除干净臭氧，提高了测量数据的准确性，无需重复更换臭氧涤除器，延长了臭氧涤除器的使用寿命；同时，本发明中只设有一个光路气室，气室长度不超过240mm，并且将臭氧涤除器和加热设备均集成在汞灯座上，将气体切换阀、检测阀以及采样泵均集成于保护罩的上方，采用单光路、短光程及器件一体化设计，具有体积小、重量轻的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统实体示意图；
符号说明：气体输入线路1、气体涤除线路2、气体直通线路3、气体检测线路4、加热设备5；
气体切换阀1-1、臭氧涤除器2-1、检测阀4-1、采样泵4-2、汞灯4-3、光路气室4-4、信号采集板4-5、信号处理板4-6、汞灯座6、保护罩7。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统，提高臭氧涤除器涤除效率以及检测准确度，并且能够延长臭氧涤除器使用寿命。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
针对本发明的技术用语做了以下解释：
臭氧：化学式O3，分子量47.998，是一种无色而有特殊臭味的气体，平流层中的臭氧，是地球生命物质的保护伞，而对流层臭氧的存在不仅会影响大气氧化性，而且由于臭氧的强氧化性，能参与多种大气污染物的化学转化过程，对人类、生态系统、城市建设等都造成了伤害。
臭氧涤除器：可以有效清除待测气体中的臭氧，作为待测气体的空白对照使用。
图1为本发明实施例提供的便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统结构示意图；如图1所示，一种便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统，包括气体输入线路1、气体涤除线路2、气体直通线路3、气体检测线路4以及加热设备5。
气体输入线路1分别与气体涤除线路2的输入端以及气体直通线路3的输入端相连通；
气体涤除线路2的输出端以及气体直通线路3的输出端分别与气体检测线路4相连通；
加热设备5设于气体涤除线路2中的臭氧涤除器2-1的外表面；加热设备5用于加热臭氧涤除器2-1；
样本气体通过气体输入线路1，进入气体涤除线路2，由气体涤除线路2涤除样本气体的臭氧得到零气；零气进入气体检测线路4，由气体检测线路4检测紫外线照射零气的第一紫外线能量；
样本气体依次通过气体输入线路1以及气体直通线路3，进入气体检测线路4，由气体检测线路4检测紫外线照射样本气体的第二紫外线能量；气体检测线路4还用于根据第一紫外线能量和第二紫外线能量计算出臭氧浓度。
图2为本发明实施例提供的便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统实体示意图；如图2所示，气体输入线路1的输入端设有气体切换阀1-1；气体切换阀1-1用于切换样本气体和标准气体；标准气体为臭氧浓度等于臭氧浓度阈值的气体；臭氧浓度阈值可以为任意浓度；当检测样本气体时，气体切换阀1-1切换样本气体输入至气体输入线路1；当校准便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统时，气体切换阀1-1切换标准气体输入至气体输入线路1。
气体检测线路4包括：检测阀4-1、光路气室4-4、汞灯4-3、采样泵4-2、信号采集板4-5以及信号处理板4-6；检测阀4-1的一端分别与臭氧涤除器2-1的输出端以及气体直通线路3的输出端相连通，检测阀4-1的另一端与光路气室4-4的进气端相连通，检测阀4-1用于切换样本气体和零气；采样泵4-2与光路气室4-4的出气端相连通；汞灯4-3设于光路气室4-4的进气端；信号采集板4-5设于光路气室4-4的出气端；信号处理板4-6与信号采集板4-5电连接；汞灯4-3用于在光路气室4-4的进气端向光路气室4-4发射紫外线，信号采集板4-5用于从光路气室4-4的出气端采集紫外线照射气体后的紫外线能量，信号处理板4-6用于根据紫外线照射气体后的紫外线能量计算臭氧浓度；紫外线能量为第一紫外线能量或第二紫外线能量。
光路气室4-4作为气体检测池，汞灯4-3向光路气室4-4中发射紫外线后，含有臭氧的气体在光路气室4-4中会吸收紫外线，紫外线能量发生衰减。光路气室4-4为单光路、短光路气室结构，长度不超过240mm,直径不超过15mm，为现有结构体积的1/3。
采样泵4-2用于抽吸气体，为气体流动提供动力；汞灯4-3可以发出253.7nm的稳定波长的紫外线，臭氧会吸收该波长的紫外线；臭氧涤除器2-1去除气体中的臭氧，去除臭氧后的气体在该臭氧监测系统中，相当于“零气”的作用；信号处理板4-6位于信号采集板4-5右侧，信号采集板4-5和信号处理板4-6位于出气口端，可降低信号干扰。
本便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统还包括：汞灯座6，汞灯4-3嵌入汞灯座6的内部，臭氧涤除器2-1以及加热设备5固定于汞灯座6的侧面，臭氧涤除器2-1与汞灯4-3共加热，给臭氧涤除器2-1加热，能够提高臭氧的去除效率，延长臭氧涤除器2-1的寿命，同时臭氧涤除器2-1固定在汞灯座6上减小整体系统的体积。
本便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统还包括：保护罩7；
保护罩7设于光路气室4-4的外部，由于光路气室4-4为石英结构，易损坏，该保护罩7用来保护光路气室4-4。
气体切换阀1-1、检测阀4-1、采样泵4-2均位于保护罩7上，电路板包括信号采集板4-5和信号处理板4-6位于系统右侧，使整体体积缩小，同时可以缩减气体管路长度，提高检测效率。
本便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统除必要结构件，其他加工件均采用铝制材料，并且将臭氧涤除器和加热设备均集成在汞灯座上，将气体切换阀、检测阀以及采样泵均集成于保护罩的上方，采用器件一体化设计，体积小，重量轻，整体长度不超过300mm，宽度不超过100mm,重量不超过500g。
紫外吸收法是目前检测臭氧最主流的方法，它是利用稳定的汞灯光源产生紫外线，波长为253.7nm(臭氧仅对波长253.7nm的紫外线具有最大吸收系数)。经过臭氧吸收池后，到达光电传感器，依据朗波比尔定律，计算出臭氧浓度，该方法可实现臭氧浓度的在线监测。
本便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统的具体工作过程为，通过气体切换阀1-1，样本气体/标准气体进入系统，通过检测阀4-1的切换，气体分别不通过/通过臭氧涤除器2-1，进入光路气室4-4检测，进入光路气室4-4的气体通过汞灯4-3发出253.7nm的波长，进行检测，信号采集板6分别采集通过臭氧涤除器2-1和不通过臭氧涤除器2-1的两种信号，信号处理板4-6通过一系列算法处理后，得到气体臭氧浓度。
现有的基于紫外吸收法臭氧监测的单光路系统，一般光室长度在300mm以上，体积大、重量重，并且臭氧涤除器效率低，寿命短。针对该缺点，本发明提出了一种便携式紫外吸收法臭氧监测系统，增加加热设备，使加热设备对臭氧涤除器进行加热，增大了臭氧涤除器7中催化剂吸收臭氧的效率，使得臭氧涤除器7能够在设定时间内涤除干净臭氧，提高了测量数据的准确性，无需重复更换臭氧涤除器7，延长了臭氧涤除器7的使用寿命，并且通过单光路、短光程及器件一体化设计，解决了由于现有紫外吸收法臭氧监测设备体积大、重量重，无法使用紫外吸收法应用在无人机上进行大气臭氧精准监测的难题。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统，其特征在于，包括：气体输入线路、气体涤除线路、气体直通线路、气体检测线路以及加热设备；
所述气体输入线路分别与所述气体涤除线路的输入端以及所述气体直通线路的输入端相连通；
所述气体涤除线路的输出端以及所述气体直通线路的输出端分别与所述气体检测线路相连通；
所述加热设备设于所述气体涤除线路中的臭氧涤除器的外表面；所述加热设备用于加热所述臭氧涤除器；
样本气体通过所述气体输入线路，进入所述气体涤除线路，由所述气体涤除线路涤除所述样本气体的臭氧得到零气；所述零气进入所述气体检测线路，由所述气体检测线路检测紫外线照射所述零气的第一紫外线能量；
所述样本气体依次通过所述气体输入线路以及所述气体直通线路，进入所述气体检测线路，由所述气体检测线路检测紫外线照射所述样本气体的第二紫外线能量；所述气体检测线路还用于根据所述第一紫外线能量和所述第二紫外线能量计算出臭氧浓度。
2.根据权利要求1所述的便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统，其特征在于，所述气体输入线路的输入端设有气体切换阀；
所述气体切换阀用于切换样本气体和标准气体；所述标准气体为臭氧浓度等于臭氧浓度阈值的气体；当检测样本气体时，所述气体切换阀切换所述样本气体输入至所述气体输入线路；当校准便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统时，所述气体切换阀切换所述标准气体输入至所述气体输入线路。
3.根据权利要求2所述的便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统，其特征在于，所述气体检测线路包括：检测阀、光路气室、紫外线发生器、采样泵、信号采集板以及信号处理板；
所述检测阀的一端分别与所述臭氧涤除器的输出端以及所述气体直通线路的输出端相连通，所述检测阀的另一端与所述光路气室的进气端相连通，所述检测阀用于切换样本气体和零气；所述采样泵与所述光路气室的出气端相连通；所述紫外线发生器设于所述光路气室的进气端；所述信号采集板设于所述光路气室的出气端；所述信号处理板与所述信号采集板电连接；所述紫外线发生器用于在所述光路气室的进气端向所述光路气室发射紫外线，所述信号采集板用于从所述光路气室的出气端采集所述紫外线照射气体后的紫外线能量，所述信号处理板用于根据紫外线照射气体后的紫外线能量计算臭氧浓度。
4.根据权利要求3所述的便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统，其特征在于，所述紫外线发生器为汞灯。
5.根据权利要求4所述的便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统，其特征在于，还包括：汞灯座；
所述汞灯嵌入所述汞灯座的内部，所述臭氧涤除器以及所述加热设备固定于所述汞灯座的侧面。
6.根据权利要求5所述的便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统，其特征在于，还包括：保护罩；
所述保护罩设于所述光路气室的外部，所述保护罩用于保护所述光路气室。
7.根据权利要求6所述的便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统，其特征在于，所述气体切换阀、所述检测阀以及所述采样泵均集成于所述保护罩的上方。
8.根据权利要求7所述的便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统，其特征在于，所述光路气室的长度小于240mm，直径小于15mm。
9.根据权利要求8所述的便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统，其特征在于，所述便携式紫外吸收法臭氧气体监测系统的长度小于300mm，宽度小于100mm，重量小于500g。
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| CN113916821A (zh) * | 2021-09-22 | 2022-01-11 | 苏州天一信德环保科技有限公司 | 臭氧浓度测量系统及使用该系统测量臭氧浓度的方法 |
| WO2022252292A1 (zh) * | 2021-06-01 | 2022-12-08 | 武汉天虹环保产业股份有限公司 | 一种基于差分法的臭氧及voc含量检测系统及方法 |
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2020
- 2020-11-04 CN CN202011214405.7A patent/CN112229810A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022252292A1 (zh) * | 2021-06-01 | 2022-12-08 | 武汉天虹环保产业股份有限公司 | 一种基于差分法的臭氧及voc含量检测系统及方法 |
| CN113916821A (zh) * | 2021-09-22 | 2022-01-11 | 苏州天一信德环保科技有限公司 | 臭氧浓度测量系统及使用该系统测量臭氧浓度的方法 |
| CN113916821B (zh) * | 2021-09-22 | 2024-03-22 | 苏州天一信德环保科技有限公司 | 臭氧浓度测量系统及使用该系统测量臭氧浓度的方法 |
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