CN113447442A - 一种基于毛细管的便携式长光程气体吸收池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于毛细管的便携式长光程气体池，涉及光学气体浓度分析领域。该装置包括主腔体、毛细管、进光口固定架、出光口固定架；毛细管通过固定架固定于气体池内部，作为光传输载体；毛细管内壁涂覆金属膜，可减少光传输损耗。本发明在传统气体池的基础上，利用毛细管作为光路，可以灵活改变光程长，并且很大程度上避免了光反射、折射带来的光损耗，从而实现超低浓度气体检测，且大大降低了成本，便于拆卸更换，易于维护和使用。

Description

一种基于毛细管的便携式长光程气体吸收池
技术领域
本发明涉及气体浓度传感技术领域，尤其涉及一种基于毛细管的便携式长光程气体吸收池。
背景技术
随着工业的快速发展，我国大气污染问题日益严重，尤其是近年来出现的雾霾天气受到了广泛关注，引发了社会各界的热烈讨论。因此，对大气中污染成分的有效监测已经越来越受到人们的重视。
根据朗伯-比尔定律，在气体浓度的检测中，可以通过增加光程长来提高检测精度，因此目前通常采用的气体浓度检测装置是基于怀特池结构的气体池。光束进入气体池后经过多次反射，被池内气体吸收，出光口处输出的光信号传输给光谱仪，可得到相应的吸收光谱，通过分析吸收光谱可得到气体池内待测气体的浓度。例如，紫外光被气体吸收池中的氨气吸收后，在180-220nm波段会产生明显的吸收峰，而臭氧会在230-290nm波段产生明显的吸收峰，根据吸收峰的大小可计算得到待测气体的浓度。这种结构采用调节反射镜角度的方式来改变光束反射次数从而改变系统光程长，光程长度受到反射次数的限制。
目前市面上的气体池大多存在以下问题：
1.受到气体池尺寸限制，无法实现更长光程；
2.通过增加反射次数来实现更长光程，导致损耗增大；
3.成本高且反射镜无法更换；
4.密封不严而导致气体泄漏；
5.体积大，不便于携带。
因此，如何灵活地改变光程长度又能方便携带，且尽可能的减小损耗是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
鉴于此，本发明目的在于提供一种基于毛细管的便携式长光程气体吸收池，可通过减小螺距、增加螺环半径在有限体积内增加毛细管长度，从而提高气体检测灵敏度；本发明便于拆卸更换，价格低廉，大大降低了成本。
根据上述发明目的，本发明的构思为：
一种基于毛细管的便携式长光程气体吸收池，包括主腔体、毛细管、进光口处固定架、出光口处固定架。毛细管两端分别通过进光口处固定架和出光口处固定架固定安装在主腔体内；所述毛细管采用螺旋结构，可在有限体积内通过减小螺距、增加螺环半径来灵活增加光程长，从而提高气体检测的灵敏度。所述毛细管上开有若干大小相同的气孔，可保证气体均匀扩散进入毛细管内；毛细管内壁涂敷金属膜，提高光在毛细管中的反射效率；所述主腔体上设有进气口、进光口、出气口、出光口和固定架；使用所述固定架将毛细管固定在在主腔体内部。
根据上述发明构思，本发明采用以下技术方案：
一种基于毛细管的便携式长光程气体吸收池，包括主腔体、毛细管、进光口处固定架和出光口处固定架，所述毛细管两端分别通过进光口处固定架和出光口处固定架固定安装在主腔体内；作为光路的所述毛细管采用螺旋结构，在有限体积内通过减小螺距、增加螺环半径来灵活增加光程长，从而提高气体检测的灵敏度。
优选地，所述毛细管上开有气孔，使气体能扩散进毛细管内，使得光与气体相互作用；毛细管可拆卸更换；在毛细管内壁或外壁涂覆一层均匀的金属膜，作为光的反射功能层，以提高反射率，减少光反射的损耗；主腔体密封，避免毛细管受到外部环境干扰；所述主腔体上设有进、出气口，外部气体通过进气口通入气体池内。毛细管通过固定架上的夹具固定于气体池内部，易拆卸更换，且毛细管价格低廉，降低了成本。
优选地，主腔体的材料为不锈钢，内壁涂敷特氟龙材料，可保证气密性并有效避免气体吸附和污染。
优选地，所述毛细管作为光路，避免了反射造成的大量损耗，通过减小螺距、增加螺环半径更加便捷地增加光程长，从而提高气体检测的灵敏度。
优选地，所述毛细管上开有若干大小相同的气孔，保证气体均匀扩散进入毛细管内。
优选地，所述进光口和出光口处固定架固定毛细管，所述固定架上有夹具，用于夹持毛细管的首末端，便于拆卸、更换毛细管；毛细管被固定于气体池内部，避免了外界压力、碰撞或腐蚀因素造成的损毁，且易于携带。
优选地，所述毛细管作为光路，通过出光口处的耦合器将光线耦合进出射光纤中，减少光线的损失。
优选地，所述螺旋结构毛细管通过减小螺距和增加螺环半径在有限体积内灵活改变光路长度，从而提高检测精度和灵敏度。
优选地，所述主腔体上设有进气口、出气口，外部气体通过进气口通入气体池内。所述毛细管上开有均匀大小的气孔，气体吸收池内部的气体可自行扩散进入毛细管。
优选地，所述毛细管内壁或外壁镀金属膜，提高反射效率，减小光传输过程中的损耗。
本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的、突出的实质性特点和显著的优点：
1.使用螺旋结构的毛细管作为光路，避免了反射折射的损耗，减小了光线的发散，并且可以通过减小螺距、增加螺环半径来更加灵活便捷地改变光程长，从而提高装置的检测精度。
2.毛细管上开有若干大小相同的气孔，气体可以自行扩散进入毛细管，不需要泵入，更方便操作，简化了检测系统。
3.毛细管在气体池内部作为光路，避免了外界压力或腐蚀等因素的损毁，且大大缩小了气体池的体积，易于携带。
4.毛细管价格低廉，节约了气体检测装置的成本。
附图说明
图1为本发明实施例一的整体装配图。
图2为本发明实施例一的分解示意图。
图3为本发明实施例二的主体部分分解示意图。
图4为本发明实施例二的螺旋结构毛细管示意图。
图中，1为主腔体、2为第一密封盖、3为第二密封盖、4为毛细管、5为进光口的固定架、6为出光口的固定架、7为进气接口、8为进气口、9为进光接口、10为进光口、11为出气接口、12为出气口、13为出光接口、14为出光口、15为固定螺钉、16为气孔。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的技术内容，下面提供了两个具体实施例，并结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例一：
参见图1～图4，一种基于毛细管的便携式长光程气体吸收池，包括主腔体1、毛细管4、进光口处固定架5和出光口处固定架6，所述毛细管4两端分别通过进光口处固定架5和出光口处固定架6固定安装在主腔体1内；所述毛细管采用螺旋结构，可在有限体积内通过减小螺距、增加螺环半径来灵活增加光程长，从而提高气体检测的灵敏度。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图1和图2，一种基于毛细管的便携式长光程气体吸收池，所述毛细管4上开有气孔16，使气体能扩散进毛细管4内，使得光与气体相互作用；毛细管4可拆卸更换；在毛细管4内壁或外壁涂覆一层均匀的金属膜，作为光的反射功能层；主腔体1密封，避免毛细管4受到外部环境干扰；所述主腔体1上设有进、出气口8、12，外部气体通过进气口8通入气体池内。
在本实施例中，所述主腔体1左侧与右侧分别设有第一密封盖2和第二密封盖3。所述第一密封盖2上设有进气口8、进光口10和固定架5，所述第二密封盖3上设有出气口12、出光口14和固定架6。
在本实施例中，所述主腔体两端面使用螺钉15，将第一密封盖2、第二密封盖3固定在主腔体1两端。
在本实施例中，所述主腔体1上方有进气口8，下方有出气口12，可通过进气接口7将进气口8与外部气袋相连，通过出气接口11将出气口12与气体回收装置相连。外部气体通过进气口8通入气体池内，气体可自行扩散进入毛细管4，无需泵入，简化了检测系统。
在本实施例中，第一密封盖2上有进光口10，第二密封盖3上有出光口14，进光口10可通过进光接口8与入射光纤相连，出光口14通过出光接口13与耦合器相连，再连接到出射光纤。
在本实施例中，主腔体1内部，进光口10处有固定架5，出光口14处有固定架6，用于固定毛细管4的首末端。
在本实施例中，主腔体1由不锈钢材料制成，内部涂覆特氟龙，可减少气体吸附，保证装置检测精度。
本实施例便携式长光程气体吸收池的使用方法如下：
从光源发出的光束，首先在入射光纤中传输，通过进光口9进入毛细管4，在毛细管中传输，被毛细管中的气体吸收后，经过出光口13，通过耦合器耦合进出射光纤，传输到光谱仪中，分析光谱数据可得到气体浓度。
实施例三
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种具体尺寸的基于毛细管的气体池结构如图3和图4所示。
在本实施例中，参见图3，固定架5、6上有夹具，用于夹持毛细管4，将其固定于气体吸收池内部。所述固定架通过螺丝固定在主腔体两端密封盖上。
在本实施例中，主腔体1与第一密封盖2、第二密封盖3之间有密封垫，通过主腔体和密封盖之间的密封垫圈保证气体吸收池的密封性.
在本实施例中，参见图4，气体吸收池内的毛细管4采用螺旋结构，可通过减小螺距、增加螺环半径的方式，在有限体积内灵活改变毛细管长度，从而提高气体检测的精度和灵敏度。
在本实施例中，所述螺旋结构毛细管4的芯径为0.2-1mm，螺距h大于2mm，由于毛细管极易损坏，螺环半径大于50mm，螺环直径d大于100mm。
在本实施例中，所述毛细管4上开有若干气孔16，便于气体均匀扩散进入毛细管。
在本实施例中，所述毛细管4内壁涂覆金属膜，可增强毛细管中光线的反射率，减少光传输过程中的损耗。
本实施例便携式长光程气体吸收池的使用方法如下：
第一步，首先将入射光纤与进光接口9相连，出光接口13与耦合器相连，耦合器与出射光纤相连，使用红光进行光路校准，然后将光源与入射光纤相连，出射光纤与光谱仪进行连接。
第二步，将进气接口7与配气仪通过管道连接，出气接口11与气体回收装置进行连接。
第三步，用高纯氮气清洗气室三至四次，持续三分钟，使气体吸收池内部保持为一个大气压。第四步，按照从低浓度到高浓度的顺序，使用配气仪进行气体样品制备，将其通入气体吸收池，通过气孔16扩散进入毛细管4中。在出气口11处收集气体并通入气体回收装置。最后，将光谱仪得到的数光谱进行数据处理，从而得到所检测的气体浓度。
综上所述，本发明上述实施例基于毛细管的便携式长光程气体吸收池，毛细管内壁涂覆金属膜，增强光线反射，主腔体内壁涂覆特氟龙，防止气体吸附。毛细管采用螺旋结构，可通过减小螺距、增加螺环半径来改变毛细管长度，从而在有限体积内灵活改变光程长，且毛细管易于更换，价格低廉，节约成本。将毛细管放置在气体池内部，不仅保护毛细管不受外部损毁，且易于携带。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于毛细管的便携式长光程气体吸收池，包括主腔体(1)、毛细管(4)、进光口处固定架(5)和出光口处固定架(6)，其特征在于：所述毛细管(4)两端分别通过进光口处固定架(5)和出光口处固定架(6)固定安装在主腔体(1)内；所述毛细管采用螺旋结构，在有限体积内通过减小螺距、增加螺环半径来增加光程长。
2.根据权利要求1所述基于毛细管的便携式长光程气体吸收池，其特征在于：所述毛细管(4)上开有气孔(16)，使气体能扩散进毛细管(4)内，使得光与气体相互作用；毛细管(4)可拆卸更换；在毛细管(4)内壁或外壁涂覆一层均匀的金属膜，作为光的反射功能层；主腔体(1)密封，避免毛细管(4)受到外部环境干扰；所述主腔体(1)上设有进、出气口(8、12)，外部气体通过进气口(8)通入气体池内。
3.根据权利要求1所述基于毛细管的便携式长光程气体吸收池，其特征在于：主腔体(1)的材料为不锈钢，内壁涂敷特氟龙材料。
4.根据权利要求1所述基于毛细管的便携式长光程气体吸收池，其特征在于：所述毛细管(4)作为光路，避免了反射造成的大量损耗，通过减小螺距、增加螺环半径更加便捷地增加光程长，从而提高气体检测的灵敏度。
5.根据权利要求1所述基于毛细管的便携式长光程气体吸收池，其特征在于：所述毛细管(4)上开有若干大小相同的气孔(16)，保证气体均匀扩散进入毛细管内。
6.根据权利要求1所述基于毛细管的便携式长光程气体吸收池，其特征在于：所述进光口和出光口处固定架(5、6)固定毛细管(4)，所述固定架(5、6)上有夹具，用于夹持毛细管的首末端，便于拆卸、更换毛细管；毛细管(4)被固定于气体池内部，避免了外界压力、碰撞或腐蚀因素造成的损毁，且易于携带。
7.根据权利要求1所述基于毛细管的便携式长光程气体吸收池，其特征在于：所述毛细管(4)作为光路，通过出光口处的耦合器将光线耦合进出射光纤中。
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