CN112285073A - 基于转换技术的硫化氢检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于转换技术的硫化氢检测装置和方法，所述基于转换技术的硫化氢检测装置包括：激发光源、探测器；多个转换体设置在壳体内，转换体间具有缝隙，所述缝隙从壳体的前侧壁呈直线地延伸到后侧壁，气体在缝隙间的行进方向和转换体间的夹角为锐角或直角；用于将硫化氢转换为二氧化硫的催化剂设置在所述转换体的表面；所述激发光源发出的激发光穿过所述缝隙，所述探测器用于接收所述缝隙内二氧化硫发出的荧光；加热模块用于提高所述壳体内的温度。本发明具有结构简单、检测精度高、使用寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明涉及气体检测，特别涉及基于转换技术的硫化氢检测装置和方法。
背景技术
紫外荧光法检测大气中痕量硫化氢具备检出限低、方法一致性好，已经成为目前该领域较为主流的检测方法。该检测方法的原理为：先经过硫化氢催化模块将硫化氢催化成二氧化硫，再经过荧光反应室产生紫外荧光。
在硫化氢检测装置中，硫化氢催化模块和荧光反应室模块为其中两个核心模块，两个模块分别独立进行，因此分析仪体积普遍较大，且多为固定点位的在线监测，无法实现便携式移动监测。
基于上述原因，当前尚未出现基于紫外荧光法的便携式硫化氢分析仪，其核心难点是在现有原理上如何将模块体积缩减，同时保证ppb级别的检测灵敏度。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种结构简单、体积小、检测精度高、使用寿命长的基于转换技术的硫化氢检测装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
基于转换技术的硫化氢检测装置，所述硫化氢检测装置包括激发光源、探测器；所述基于转换技术的硫化氢检测装置还包括：
壳体和转换体，多个转换体设置在所述壳体内，转换体间具有缝隙，所述缝隙从壳体的前侧壁呈直线地延伸到后侧壁，气体在缝隙间的行进方向和转换体间的夹角为锐角或直角；用于将硫化氢转换为二氧化硫的催化剂设置在所述转换体的表面；所述激发光源发出的激发光穿过所述缝隙，所述探测器用于接收所述缝隙内二氧化硫发出的荧光；
加热模块，所述加热模块用于提高所述壳体内的温度。
本发明的目的还在于提供了应用上述硫化氢检测装置的基于转换技术的硫化氢检测方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
基于转换技术的硫化氢检测方法，所述基于转换技术的硫化氢检测方法为：
待测气体在壳体内流动，依次穿过多层转换体；
转换体表面的催化剂被加热，待测气体中的硫化氢被所述催化剂转换为二氧化硫；
激发光进入所述转换体间的缝隙内，激发二氧化硫发出荧光；
荧光穿过所述壳体并被接收，经分析后获知硫化氢含量。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本发明根据现有技术中转换室和检测室的特点，充分考虑了转换和检测的条件，合理改进了转换单元、加热模块、激发光源和探测器等的设置，使得转换和检测在仅有的一个空间内完成，无需设置多个隔离的空间，从而达到了：
1.结构简单、体积小；
将转换、激发及检测等集成在一套装置上，无需设置分离的多套装置，降低了结构复杂度，缩小了体积，实现了便携性；简化的结构相应地提高了装置和运行的可靠性；
激发光源、壳体和探测器依次设置，也即激发光穿过壳体的前侧壁进入缝隙，荧光穿过缝隙和后侧壁，简化了光路设计，降低了结构复杂度；
2.检测精度高、使用寿命长；
在气体前进方向依次设置多个转换体，激发光穿过转换体间的缝隙(从前侧壁延伸到后侧壁)，薄层网状结构的转换体显著地降低了对激发光的阻挡，降低了激发光的损耗；
激发光平行于转换体表面前进，直接激发在转换体表面生成的二氧化硫，提高了催化转换效率；
在转换的同时即时检测二氧化硫，无需传输，提高了检测精度，缩短了检测时间；
加热模块金属颗粒层，提高了加热均匀性，相应地提高了壳体内温度的一致性，提高了气体转换效率；
隔热模块的使用，使得激发光源和检测器免受壳体内高温的影响，提高了检测器和激发光源的运行效果，相应地提高了检测精度，延长了使用寿命；
利用导流板的设计，使得壳体内中央和边缘气体流速基本相等，再加上转换体的(与壳体的中心轴线垂直)设计以及激发光的(激发光方向垂直于所述中心轴线)设计，使得壳体内垂直于中心轴线的截面上的气体基本是同一时刻进入壳体的气体，显著地提高了检测准确度。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例的基于转换技术的硫化氢检测装置的水平截面示意图；
图2是根据本发明实施例的基于转换技术的硫化氢检测装置的竖直截面示意图。
具体实施方式
图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1-2给出了本发明实施例的基于转换技术的硫化氢检测装置的结构示意图，如图1-2所示，所述基于转换技术的硫化氢检测装置包括：
激发光源10、探测器11；这些均是本领域的现有技术，具体结构和工作方式在此不再赘述；
壳体50和转换体81，多个转换体81设置在所述壳体50内，转换体81间具有缝隙，所述缝隙从壳体的前侧壁51呈直线地延伸到后侧壁52，气体在缝隙间的行进方向和转换体81间的夹角为锐角或直角；用于将硫化氢转换为二氧化硫的催化剂设置在所述转换体81的表面；所述激发光源10发出的激发光(图1-2中黑色箭头)穿过所述缝隙，所述探测器11用于接收所述缝隙内二氧化硫发出的荧光；
加热模块61，所述加热模块61用于提高所述壳体50内的温度。
为了降低光路结构难度，进一步地，所述激发光依次穿过所述壳体50的前侧壁51和缝隙，所述荧光依次穿过所述缝隙和所述壳体50的后侧壁52；所述加热模块61设置在所述壳体的上侧壁53和/或下侧壁54。
为了提高加热均匀性，进一步地，所述加热模块包括：
涂覆在所述上侧壁53和/或下侧壁54的金属颗粒层，所述金属颗粒层连接电源。
为了排出高温对激发光源和探测器的影响，进一步地，所述硫化氢检测装置还包括：
第一隔热模块42，所述第一隔热模块42设置在所述壳体50和探测器11之间，适于所述荧光的穿过。
为了取得较好的隔热效果，进一步地，所述隔热模块42裹在所述壳体的外侧，内部为真空。
为了降低激发光对荧光探测的影响，进一步地，所述基于转换技术的硫化氢检测装置还包括：
第一滤光片22，所述第一滤光片22设置在所述壳体50和探测器11之间，用于滤除所述激发光。
为了提高气体转换效率，降低转换体对激发光的损耗，进一步地，沿着壳体50内气体的行进方向，多个转换体81依次设置，转换体81呈网状结构。
为了提高壳体内气体流动的均匀性，进一步地，所述基于转换技术的硫化氢检测装置还包括：
均流板(未示出)，所述均流板设置在所述壳体内，且处于所述转换体的上游；所述均流板具有多个通孔，中心疏四周密。
为了形成“相对暗室”以减少外界干扰，提高检测精度，进一步地，所述管道的上侧和/或下侧的内壁具有黑色物质(未示出)。
本发明实施例的基于转换技术的硫化氢检测方法，也即本实施例的硫化氢检测装置的工作过程，所述基于转换技术的硫化氢检测方法为：
待测气体在壳体50内流动，依次穿过多层转换体81；
转换体81表面的催化剂被加热，待测气体中的硫化氢被所述催化剂转换为二氧化硫；
激发光(黑色箭头)进入所述转换体81间的缝隙内，激发二氧化硫发出荧光；
荧光穿过所述壳体50并被接收，经分析后获知硫化氢含量。
为了提高气体转换效率，进一步地，所述激发光依次穿过所述壳体的前侧壁和缝隙，所述缝隙从所述前侧壁呈直线地延伸到后侧壁，所述荧光依次穿过所述缝隙和所述壳体的后侧壁；加热模块设置在所述壳体的上侧壁和/或下侧壁。
实施例2：
根据本发明实施例1的基于转换技术的硫化氢检测装置及方法的应用例。
在该应用例中，如图1-2所示，壳体50的垂直于其中心轴线的截面为矩形，具有前侧壁51、后侧壁52、上侧壁53和下侧壁54；所述前侧壁51采用对激发光透明的材料，所述后侧壁52采用对荧光透明的材料；
转换体81呈薄层网状结构，催化剂形成在转换体81的表面；多个转换体81依次地设置在所述壳体50内，所述中心轴线垂直于所述转换体81；相邻转换体81之间具有缝隙，缝隙从前侧壁51呈直线地延伸到后侧壁52，适于从前侧壁51入射的激发光穿过整个缝隙，同时，缝隙内产生的荧光穿过缝隙和后侧壁52出射；
导流板设置在所述壳体内，且处于转换体的上游；所述均流板具有多个通孔，中心疏四周密；
加热模块61采用金属颗粒层，如铂-铱合金颗粒，设置在所述上侧壁53和下侧壁54的内壁，所述金属颗粒层连接电源，实现了壳体的均匀加热；黑色耐高温材料设置在加热模块61的内侧面，如采用耐高温特氟龙；
隔热模块设置在所述壳体的外侧，具体为：第二隔热模块41采用对激发光透明的材料，设置在前侧壁51的外侧，内部为真空状态；第一隔热模块42采用对荧光透明的材料，设置在后侧壁52的外侧，内部为真空状态；
激发光源10采用采用锌灯，发出的激发光依次穿过第二滤光片21、准直透镜31、第二隔热模块41、前侧壁51后，射入转换体81间的缝隙内；荧光依次穿过缝隙、后侧壁52、第一隔热模块42、第一滤光片22和会聚透镜32后，会聚在探测器11上，探测11采用光电倍增管
本发明实施例的基于转换技术的硫化氢检测方法，也即本实施例的检测装置的工作方法，所述基于转换技术的硫化氢检测方法为：
待测气体穿过均流板进入壳体50内，壳体50内中心和边缘的气体流速基本相等，气体依次垂直地穿过多层转换体81；
合金颗粒通电、升温，管道内的气体和催化剂被加热，待测气体中的硫化氢在转换体81的表面被催化、转换为二氧化硫；
锌灯发出激发光依次穿过第二滤光片21、准直透镜31、第二隔热模块41和前侧壁51后，沿着平行于转换体81延伸方向的方向地穿过转换体81之间缝隙内的气体，激发转换体81表面的二氧化硫发出荧光；
荧光依次穿过缝隙、后侧壁52、第一隔热模块41、第一滤光片22和会聚透镜32后被光电倍增管接收，经分析后获知硫化氢含量。
为了将转换、激发和检测集成在一起，本发明采用了特殊设计，具体表现在：
1.催化剂引入转换模块导致的光损耗问题。
为了降低激发光透过壳体内转换体产生的光损耗，转换体设计成薄层网状结构，转换体主体骨架为氧化铝，保证其具备足够的刚性；转换体与激发光平行设置，平行设置能够确保绝大多数的紫外光无损耗穿过转换体表面，直接激发在转换体表面生成的二氧化硫；同时为了提高催化效率，转换模块设置成多层均匀排布于壳体内，且均与紫外激发光路保持平行。
2.加热模块的加热均匀性。
为了提升壳体内的加热均匀性，提高催化效率，本发明对加热方式进行了改良，在壳体的上下非透光面外层各均匀涂敷有一层铂-铱合金细颗粒，并各添加一组24V直流供电。该“面加热”方式能够获得极好的加热均匀性，配合热电偶进行温控，壳体内能够保持较好的温度一致性，有效提高了催化效率。同时，该加热方式无需复杂的配套结构，使得壳体能够维持很小的体积。
3.温度逸散
为了降低温度对探测器(光电倍增管)噪声的影响，本发明通过真空隔热方式降低热传导，阻隔壳体绝大多数热量向探测器的逸散。在本发明中，采用真空隔热方式。
基于上述特殊设计，使得硫化氢转换、激发和检测集成在一起，简化了结构，缩小了体积，提高了检测精度和准确度，延长了使用寿命。
实施例3：
根据本发明实施例1的基于转换技术的硫化氢检测装置及方法的应用例，与实施例2不同的是：
探测器设置在壳体的上侧，上侧壁采用对荧光透明的材料，第二隔热模块设置在上侧壁的外侧；相应地，加热模块设置在壳体的下侧壁和后侧壁，黑色特氟龙设置在管道后侧的内壁。
实施例4：
根据本发明实施例1的基于转换技术的硫化氢检测装置及方法的应用例，与实施例2不同的是：
多个转换体(相对壳体的中心轴线)倾斜地设置在管道内，激发光仍然沿着平行于转换体延伸方向的方向穿过缝隙内的气体。
与实施例2相比，延长了激发光在转换体间缝隙内的光程，更多的硫化氢转换为二氧化硫，提高了检测灵敏度。
Claims (10)
1.基于转换技术的硫化氢检测装置，所述基于转换技术的硫化氢检测装置包括激发光源、探测器；其特征在于，所述基于转换技术的硫化氢检测装置还包括：
壳体和转换体，多个转换体设置在所述壳体内，转换体间具有缝隙，所述缝隙从壳体的前侧壁呈直线地延伸到后侧壁，气体在缝隙间的行进方向和转换体间的夹角为锐角或直角；用于将硫化氢转换为二氧化硫的催化剂设置在所述转换体的表面；所述激发光源发出的激发光穿过所述缝隙，所述探测器用于接收所述缝隙内二氧化硫发出的荧光；
加热模块，所述加热模块用于提高所述壳体内的温度。
2.根据权利要求1所述的基于转换技术的硫化氢检测装置，其特征在于，所述激发光依次穿过所述壳体的前侧壁和缝隙，所述荧光依次穿过所述缝隙和所述壳体的后侧壁；所述加热模块设置在所述壳体的上侧壁和/或下侧壁。
3.根据权利要求2所述的基于转换技术的硫化氢检测装置，其特征在于，所述加热模块包括：
涂覆在所述上侧壁和/或下侧壁的金属颗粒层，所述金属颗粒层连接电源。
4.根据权利要求1或2所述的基于转换技术的硫化氢检测装置，其特征在于，所述硫化氢检测装置还包括：
隔热模块，所述隔热模块设置在所述壳体和探测器之间，适于所述荧光的穿过。
5.根据权利要求4所述的基于转换技术的硫化氢检测装置，其特征在于，所述隔热模块裹在所述壳体的外侧，内部为真空。
6.根据权利要求2所述的基于转换技术的硫化氢检测装置，其特征在于，所述基于转换技术的硫化氢检测装置还包括：
滤光片，所述滤光片设置在所述壳体和探测器之间，用于滤除所述激发光。
7.根据权利要求1所述的基于转换技术的硫化氢检测装置，其特征在于，沿着壳体内气体的行进方向，多个转换体依次设置，转换体呈网状结构。
8.根据权利要求1所述的基于转换技术的硫化氢检测装置，其特征在于，所述基于转换技术的硫化氢检测装置还包括：
均流板，所述均流板设置在所述壳体内，且处于所述转换体的上游；所述均流板具有多个通孔，中心疏四周密。
9.基于转换技术的硫化氢检测方法，所述基于转换技术的硫化氢检测方法为：
待测气体在壳体内流动，依次穿过多层转换体；
转换体表面的催化剂被加热，待测气体中的硫化氢被所述催化剂转换为二氧化硫；
激发光进入所述转换体间的缝隙内，激发二氧化硫发出荧光；
荧光穿过所述壳体并被接收，经分析后获知硫化氢含量。
10.根据权利要求9所述的基于转换技术的硫化氢检测方法，其特征在于，所述激发光依次穿过所述壳体的前侧壁和缝隙，所述荧光依次穿过所述缝隙和所述壳体的后侧壁；加热模块设置在所述壳体的上侧壁和/或下侧壁。
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