CN113504340A - 一种氮氧化物气体检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氮氧化物气体检测系统,包括:空气进气装置、臭氧发生器、臭氧流量测量装置、臭氧流量控制装置、样气进气装置、样气流量测量装置、样气流量控制装置、控制器、反应室、滤光片、检测器、抽气泵涤除装置、第一阀门和抽气旁路装置。应用本发明可以实现低流量的氮氧化物气体浓度检测。
Description
技术领域
本申请涉及大气监测领域和医疗技术领域,尤其涉及一种氮氧化物气体检测系统。
背景技术
氮氧化物气体(NOx)主要是指一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2),当它们在大气中的含量和存在的时间达到对人、动物、植物以及其他物质产生有害影响的程度时,就会形成相应的污染。NOx可以和大气中其他污染物发生光化学反应形成光化学烟雾污染。而且,NOx还可以通过呼吸进入人体肺的深部,从而引起支气管炎或肺气肿。
随着工业污染的逐步加剧,雾霾天气的频繁出现,空气污染已经严重影响到人类的身体健康。因此,空气质量的检测变得尤为重要,而对NOx的检测则是空气质量检测中很重要的一项检测。
另外,人体呼出的气体中的一氧化氮是由气道细胞产生的,其浓度与炎症细胞数目高度相关联,可以作为气道炎症生物标志物。因此,呼出气一氧化氮的测定已经广泛地应用于呼吸道疾病的诊断与监控中,在该测定中也需要对人体呼出的一氧化氮气体进行检测。
然而,在现有技术的气体检测技术中,还存在以下的问题:
1)检测过程中所需的样气流量大(例如,需要600ml/min以上),因此在一些场合是不适用的,例如,对人体呼出的气体进行检测时,很难达到所需的样气流量。
2)现有技术中的检测器通常都是采用模拟检测器,因此测量的精度和灵敏性不足。
因此,需要提出一种高灵敏度的检测技术以克服现有技术中的上述问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种氮氧化物气体检测系统,从而可以实现低流量的氮氧化物气体浓度检测。
本发明的技术方案具体是这样实现的:
一种氮氧化物气体检测系统,该系统包括:空气进气装置、臭氧发生器、臭氧流量测量装置、臭氧流量控制装置、样气进气装置、样气流量测量装置、样气流量控制装置、控制器、反应室、滤光片、检测器、抽气泵涤除装置、第一阀门和抽气旁路装置;
所述空气进气装置的气路输出端与所述臭氧发生器的气路输入端连接;所述臭氧发生器的气路输出端与所述臭氧流量测量装置的气路输入端连接;所述臭氧流量测量装置的一个气路输出端与所述臭氧流量控制装置的气路输入端连接,所述臭氧流量测量装置的测量电信号输出端与所述控制器连接;所述臭氧流量控制装置的一个气路输出端与所述反应室的第一输入端连接,所述臭氧流量控制装置的电信号控制端口与所述控制器连接;
所述样气进气装置的气路输出端与所述样气流量测量装置的气路输入端连接;所述样气流量测量装置的一个气路输出端与所述样气流量控制装置的气路输入端连接,所述样气流量测量装置的测量电信号输出端与所述控制器连接;所述样气流量控制装置的一个气路输出端与所述反应室的第二输入端连接,所述样气流量控制装置的电信号控制端口与所述控制器连接;
所述滤光片设置在所述反应室与所述检测器之间;
所述检测器与所述控制器连接;
所述涤除装置的一端与所述反应室的气路输出端连接,另一端与所述第一阀门的第一端口连接;
所述抽气泵与所述第一阀门的第二端口连接;
所述抽气旁路装置与所述第一阀门的第三端口连接。
较佳的,所述抽气旁路装置中包括:抽气流量控制装置和除尘装置;
所述抽气流量控制装置的输入端与所述第一阀门的第三端口连接;所述抽气流量控制装置的输出端与所述除尘装置连接;
所述抽气流量控制装置,用于对所流经的气体的流量进行控制;
所述除尘装置,用于对所流经的气体进行除尘操作。
较佳的,所述抽气流量控制装置为限流孔。
较佳的,所述系统还包括:第二阀门、第三阀门、钼炉和第四阀门;
其中,所述样气进气装置的气路输出端与所述第二阀门的第一端口连接,所述第二阀门的第二端口与所述第三阀门的第一端口连接,所述第二阀门的第三端口与所述钼炉的输入端连接;所述钼炉的输出端与所述第三阀门的第二端口连接;所述第三阀门的第三端口与所述样气流量测量装置的气路输入端连接;
所述第四阀门的第一端口与所述样气流量控制装置的气路输出端连接,所述第四阀门的第二端口与所述反应室的第二输入端连接;所述第四阀门的第三端口与第一阀门的第四端口连接。
较佳的,所述空气进气装置包括:空气进气口和空气净化器;
所述空气净化器,用于对所流经的空气进行除尘和/或除湿操作。
较佳的,所述空气进气装置中还进一步包括:空气温控器;
所述空气温控器,用于对所流经的空气进行加热或制冷操作。
较佳的,所述样气进气装置包括:样气进气口和样气净化器;
所述样气净化器,用于对所流经的样气进行除尘和/或除湿操作。
较佳的,所述样气进气装置中还进一步包括:样气温控器;
所述样气温控器,用于对所流经的样气进行加热或制冷操作。
较佳的,所述空气进气装置或样气进气装置中还进一步包括:冷凝装置、冷凝水收集装置和蠕动泵;
所述冷凝装置的输入端与净化器的输出端连接,所述冷凝装置的一个输出端与温控器的输入端连接,另一个输出端与冷凝水收集装置的输入端连接,所述冷凝水收集装置的输出端与蠕动泵连接;
所述控制器分别与所述冷凝装置和温控器连接。
较佳的,所述检测器为雪崩光电二极管单光子检测器或者光电倍增管单光子检测器。
如上可见,在本发明中的氮氧化物气体检测系统中,由于设置了臭氧流量测量装置、臭氧流量控制装置、样气流量测量装置、样气流量控制装置和控制器,因此,控制器可以根据臭氧流量测量装置的测量结果对臭氧流量控制装置发送控制指令,使得臭氧流量控制装置可以根据控制指令对进入反应室的臭氧的流量进行控制;同样,控制器也可以根据样气流量测量装置的测量结果对样气流量控制装置发送控制指令,使得样气流量控制装置可以根据控制指令对进入反应室的样气的流量进行控制。所以,通过上述的控制器,可以同时对进入反应室的臭氧和样气的流量大小分别进行精确地控制,并使得臭氧和样气的流量保持稳定,从而可以实现低流量的氮氧化物气体浓度检测。
更进一步的,还可以在上述氮氧化物气体检测系统中设置一个抽气旁路,当空气进气装置和样气进气装置中进入的气体流量较小时,可以通过上述的抽气旁路来平衡气流切换和抽气泵导致的流量变化,使得样气和臭氧的流量更为稳定,从而可以更好地提高气路流量的稳定性,实现对低流量样气的精确测量。此外,通过设置上述的抽气旁路,还可以避免该抽气泵发生憋泵的问题,从而可以大大降低上述氮氧化物气体检测系统对抽气泵的要求,大大降低整个系统的成本和后续的维护费用。
附图说明
图1为本发明一个实施例中的氮氧化物气体检测系统的结构示意图。
图2为本发明另一个实施例中的氮氧化物气体检测系统的结构示意图。
图3为本发明另一个实施例中的氮氧化物气体检测系统的结构示意图。
图4为本发明的实施例中的空气进气装置的结构示意图。
图5为本发明的实施例中的样气进气装置的结构示意图。
图6为本发明的实施例中的空气进气装置或样气进气装置的结构示意图。
图7为本发明的实施例中的APD单光子检测器的结构示意图。
图8为本发明的实施例中的PMT单光子检测器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及具体实施例,对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例中的氮氧化物气体检测系统的结构示意图。如图1所示,本发明实施例中的氮氧化物气体检测系统包括:空气进气装置101、臭氧发生器102、臭氧流量测量装置103、臭氧流量控制装置104、样气进气装置105、样气流量测量装置106、样气流量控制装置107、控制器108、反应室109、滤光片110、检测器111和抽气泵112;
所述空气进气装置101的气路输出端与所述臭氧发生器102的气路输入端连接;所述臭氧发生器102的气路输出端与所述臭氧流量测量装置103的气路输入端连接;所述臭氧流量测量装置103的一个气路输出端与所述臭氧流量控制装置104的气路输入端连接,所述臭氧流量测量装置103的测量电信号输出端与所述控制器108连接;所述臭氧流量控制装置104的一个气路输出端与所述反应室109的第一输入端连接,所述臭氧流量控制装置104的电信号控制端口与所述控制器108连接;
所述样气进气装置105的气路输出端与所述样气流量测量装置106的气路输入端连接;所述样气流量测量装置106的一个气路输出端与所述样气流量控制装置107的气路输入端连接,所述样气流量测量装置106的测量电信号输出端与所述控制器108连接;所述样气流量控制装置107的一个气路输出端与所述反应室109的第二输入端连接,所述样气流量控制装置107的电信号控制端口与所述控制器108连接;
所述滤光片110设置在所述反应室109与所述检测器111之间;
所述反应室109的气路输出端与所述抽气泵112连接;所述检测器111与所述控制器108连接。
根据上述结构可知,在本申请中的上述氮氧化物气体检测系统中包括两个气路,在其中的一个气路中,在抽气泵的作用下,空气可以从空气进气装置101的气路输入端输入,并通过空气进气装置101输出至臭氧发生器102;臭氧发生器102中生成臭氧,并将所生成的臭氧输出至臭氧流量测量装置103;臭氧流量测量装置103将接收的臭氧输出至臭氧流量控制装置104,并对所通过的臭氧的流量进行测量,将测量结果输出至控制器108;臭氧流量控制装置104对所接收的臭氧的流量进行控制,然后将臭氧输出至反应室109中,并将当前臭氧流量数据输出至控制器108。
在另外一个气路中,在抽气泵的作用下,样气可以从样气进气装置105的气路输入端输入,并通过样气进气装置105输出至样气流量测量装置106;样气流量测量装置106将接收的样气输出至样气流量控制装置107,并对所通过的样气的流量进行测量,将测量结果输出至控制器108;样气流量控制装置107对所接收的样气的流量进行控制,然后将样气输出至反应室109中,并将当前样气流量数据输出至控制器108。
臭氧和样气中的一氧化氮(NO)在反应室109中产生化学发光效应,生成激发态的二氧化氮;激发态的二氧化氮在返回基态的过程中会因为释放能量而发光,其光谱范围为600-1200纳米(nm);产出的光辐射通过滤光片110后照射到检测器111上,通过该检测器111可以实现光能量的采集。由于光辐射的能量与NO的浓度具有线性关系,因此,通过检测器111的检测结果即可得到该样气中的NO的浓度。
在本申请中的上述氮氧化物气体检测系统中,设置了臭氧流量测量装置103、臭氧流量控制装置104、样气流量测量装置106、样气流量控制装置107和控制器108,因此,控制器108可以根据臭氧流量测量装置103的测量结果对臭氧流量控制装置104发送控制指令,使得臭氧流量控制装置104可以根据控制指令对进入反应室109的臭氧的流量进行控制;同样,控制器108也可以根据样气流量测量装置106的测量结果对样气流量控制装置107发送控制指令,使得样气流量控制装置107可以根据控制指令对进入反应室109的样气的流量进行控制。所以,通过上述的控制器108,可以同时对进入反应室109的臭氧和样气的流量大小分别进行精确地控制,并使得臭氧和样气的流量保持稳定,从而可以进行精确地检测。
另外,由于检测器111也与控制器108连接,因此该控制器108还可以接收检测器111发送的检测结果,并根据该检测结果计算得到样气中的NO的浓度。
另外,如图2所示,在本发明的另一个较佳的具体实施例中,所述氮氧化物气体检测系统还可以进一步包括:涤除装置113、第一阀门114和抽气旁路装置115;
所述涤除装置113的一端与所述反应室109的气路输出端连接,另一端与所述第一阀门114的第一端口连接;
所述抽气泵112与所述第一阀门114的第二端口连接;
所述抽气旁路装置115与所述第一阀门114的第三端口连接。
上述的涤除装置113可以对反应室的气路输出端输出的废气进行涤除,进行涤除操作后的废气可以通过第一阀门114输出至抽气泵112。
上述的抽气旁路装置115相当于是在抽气泵之前增加了一个抽气旁路,当空气进气装置101和样气进气装置105中进入的气体流量较小时,可以通过上述的抽气旁路来平衡气流切换和抽气泵导致的流量变化,使得样气和臭氧的流量更为稳定,从而可以提高气路流量的稳定性,实现对低流量样气的精确测量。
另外,由于设置了上述的抽气旁路,因此也可以避免该抽气泵112发生憋泵的问题,从而可以大大降低上述氮氧化物气体检测系统对抽气泵的要求。所以,在本发明的氮氧化物气体检测系统中,即使是使用抽气性能较差的抽气泵也可以满足样气检测的需求,从而可以大大降低整个系统的成本和后续的维护费用。
进一步的,作为示例,在本发明的一个较佳的具体实施例中,所述抽气旁路装置115中可以进一步包括:抽气流量控制装置151和除尘装置152;
所述抽气流量控制装置151的输入端与所述第一阀门114的第三端口连接;所述抽气流量控制装置151的输出端与所述除尘装置152连接。
上述的抽气流量控制装置151可以对所流经的气体的流量进行控制;上述的除尘装置152可以对所流经的气体进行除尘操作,防止抽气流量控制装置151被阻塞。
更进一步的,作为示例,在本发明的一个较佳的具体实施例中,所述抽气流量控制装置151可以是限流孔,也可以是其它合适的具有流量控制功能的装置。
此外,如图3所示,在本发明的另一个较佳的具体实施例中,所述氮氧化物气体检测系统还可以进一步包括:第二阀门116、第三阀门117、钼炉118和第四阀门119;
其中,所述样气进气装置105的气路输出端与所述第二阀门116的第一端口连接,所述第二阀门116的第二端口与所述第三阀门117的第一端口连接,所述第二阀门116的第三端口与所述钼炉118的输入端连接;所述钼炉118的输出端与所述第三阀门117的第二端口连接;所述第三阀门117的第三端口与所述样气流量测量装置106的气路输入端连接;
所述第四阀门119的第一端口与所述样气流量控制装置107的气路输出端连接,所述第四阀门119的第二端口与所述反应室109的第二输入端连接;所述第四阀门119的第三端口与第一阀门114的第四端口连接。
在本申请的技术方案中,可以通过上述的结构来实现零点校准的功能。
例如,作为示例,在本发明的一个较佳的具体实施例中,可以通过如下的方式来进行零点校准:
1)系统开机并进行预热,进入校准状态:
此时,系统开机后,各个装置将进入热机状态,抽气泵112会启动抽气。当反应室109、检测器111和钼炉118的温度稳定到预设温度时,系统将可以进入校准状态。
2)零点测量:
在进行零点测量时,在抽气泵112的作用下,空气从空气进气装置101的气路输入端输入,并通过空气进气装置101输出至臭氧发生器102;空气中的氧气在臭氧发生器102中转换生成臭氧,该臭氧依次通过臭氧流量测量装置103和臭氧流量控制装置104输出至反应室109中。
此外,只有空气气路(即包括空气进气装置101的气路)中进气,而样气气路(即包括样气进气装置105的气路)中并不进气。因此,反应室109中只输入臭氧而并不输入样气,此时的检测器111的测量值则相当于零样气对应的测量值。
另外,更进一步的,为了避免管路切换引起的不稳定,在零点测量启动后,可以延时一段预设时间后再读取检测器111的测量值,并将一个时间段的多个测量值的平均值作为零点测量的测量值Mzero。
3)标点测量:
在进行零点测量获取零点测量的测量值之后,即可进行标点测量。
在进行标点测量时,在抽气泵112的作用下,空气气路和样气气路同时进气。
此时,空气从空气进气装置101的气路输入端输入,并通过空气进气装置101输出至臭氧发生器102;空气中的氧气在臭氧发生器102中转换生成臭氧,该臭氧依次通过臭氧流量测量装置103和臭氧流量控制装置104输出至反应室109中。
同时,标气(即校准气)从样气进气装置105的气路输入端输入,对第二阀门116、第三阀门117和第四阀门119的各个端口进行控制,使得标气可以依次通过第二阀门116、第三阀门117、样气流量测量装置106、样气流量控制装置107和第四阀门119输出至反应室109中。
臭氧与标气中的NO在反应室109中发生反应,产生光辐射。此时的检测器111的测量值就是标气浓度Cspan_no对应的测量值Mspan_no。
在获得上述的零点测量的测量值Mzero和标气浓度Cspan_no对应的测量值Mspan_no之后,通过计算即可获得检测器的测量值与样气中的NO浓度的对应关系:
C=K(M-Mzero)
其中,K=Cspan_no/(Mspan_no-Mzero),M为检测器的当前测量值,C为样气中的NO浓度。
4)钼炉转换率测量:
在进行钼炉转换率测量时,在抽气泵112的作用下,空气气路和样气气路同时进气。
此时,空气从空气进气装置101的气路输入端输入,并通过空气进气装置101输出至臭氧发生器102;空气中的氧气在臭氧发生器102中转换生成臭氧,该臭氧依次通过臭氧流量测量装置103和臭氧流量控制装置104输出至反应室109中。
同时,标气(即校准气)从样气进气装置105的气路输入端输入,对第二阀门116、第三阀门117和第四阀门119的各个端口进行控制,使得标气可以通过第二阀门116先输出至钼炉118中,然后从钼炉118中输出至第三阀门117,再依次通过样气流量测量装置106、样气流量控制装置107和第四阀门119输出至反应室109中。
标气中的二氧化氮(NO2)将在钼炉118中转换为NO,臭氧与标气中的NO以及由标气中的NO2转换而成的NO在反应室109中发生反应,产生光辐射。此时的检测器111的测量值设为Mspan_nox。
通过公式可以计算得到当前的进入反应室气体中的NO的浓度:
Cm_nox=K(Mspan_nox-Mzero)
其中,Cm_nox为当前的进入反应室气体中的NO的浓度。
将当前的进入反应室气体中的NO的浓度减去从样气进气装置的气路输入端输入的标气中的NO的浓度,即可计算得到由标气中的NO2经由钼炉转换而成的NO的浓度,将此浓度与标气中的NO2的浓度相比,即可通过如下的公式计算得到钼炉转化率:
R=(Cm_nox-Cspan_no)/Cspan_no2
其中,R为钼炉转化率,Cspan_no2为标气中的NO2的浓度。
通过上述的方法,即可完成对整个系统的校准。
在完成上述的校准之后,即可使用该系统对样气进行测量。
例如,作为示例,在本发明的一个较佳的具体实施例中,可以通过如下的方式来对样气进行测量:
1)将待测的样气接到样气进气装置105的气路输出端。
2)系统开机并进行预热:
此时,系统开机后,各个装置将进入热机状态,抽气泵112会启动抽气。当反应室109、检测器111和钼炉118的温度稳定到预设温度时,系统将可以对样气进行测量。
此外,在对样气进行测量之前,可以先对系统进行零点校准,然后再对样气进行测量。进行零点校准的具体方式可以参见上述对零点校准的描述,在此不再赘述。
3)零点测量:
该零点测量的方法与之前所描述的零点测量的方法相同,在此不再赘述。
另外,当设备的使用环境发送变化,或者长时间停机时,可以进行零点测量,否则零点可以保持长时间稳定,不需要频繁测量。
4)样气中的NO浓度的测量:
在进行样气中的NO浓度的测量时,在抽气泵112的作用下,空气气路和样气气路同时进气。
此时,空气从空气进气装置101的气路输入端输入,并通过空气进气装置101输出至臭氧发生器102;空气中的氧气在臭氧发生器102中转换生成臭氧,该臭氧依次通过臭氧流量测量装置103和臭氧流量控制装置104输出至反应室109中。
同时,样气从样气进气装置105的气路输入端输入,对第二阀门116、第三阀门117和第四阀门119的各个端口进行控制,使得样气可以依次通过第二阀门116、第三阀门117、样气流量测量装置106、样气流量控制装置107和第四阀门119输出至反应室109中。
臭氧与样气中的NO在反应室109中发生反应,产生光辐射。此时,可以获得检测器111的测量值为Msample_no。
通过如下的公式即可计算得到样气中的NO浓度:
Csample_no=K(Msample_no-Mzero)
其中,Csample_no为样气中的NO浓度。
因此,通过上述的方法即可获得样气中的NO浓度Csample_no。
另外,更进一步的,在本发明的一个较佳的具体实施例中,还可以进一步通过测量获得样气中的NO2的浓度。
5)样气中的NO2浓度的测量:
在进行样气中的NO2浓度的测量时,在抽气泵112的作用下,空气气路和样气气路同时进气。
此时,空气从空气进气装置101的气路输入端输入,并通过空气进气装置101输出至臭氧发生器102;空气中的氧气在臭氧发生器102中转换生成臭氧,该臭氧依次通过臭氧流量测量装置103和臭氧流量控制装置104输出至反应室109中。
同时,样气从样气进气装置的气路输入端输入,对第二阀门116、第三阀门117和第四阀门119的各个端口进行控制,使得样气可以通过第二阀门116先输出至钼炉118中,然后从钼炉118中输出至第三阀门117,再依次通过样气流量测量装置106、样气流量控制装置107和第四阀门119输出至反应室109中。
样气中的二氧化氮(NO2)将在钼炉118中转换为NO,臭氧与样气中的NO以及由样气中的NO2转换而成的NO在反应室109中发生反应,产生光辐射。此时的检测器111的测量值设为Msample_nox。
通过如下的公式可以计算得到当前的进入反应室气体中的NO的浓度:
Csample_nox=K(Msample_nox-Mzero)
其中,Csample_nox为当前的进入反应室气体中的NO的浓度。
将当前的进入反应室气体中的NO的浓度减去从样气进气装置的气路输入端输入的样气中的NO的浓度,即可计算得到由样气中的NO2经由钼炉转换而成的NO的浓度;然后,通过如下的的公式可以计算得到当前的样气中的NO2的浓度:
Csample_no2=(Csample_nox-Csample_no)/R
其中,Csample_no2为当前的样气中的NO2的浓度,R为钼炉转化率。
因此,通过上述的方法即可获得当前的样气中的NO2的浓度Csample_no2。
另外,作为示例,如图4所示,在本发明的一个较佳的具体实施例中,所述空气进气装置101还可以进一步包括:空气进气口21和空气净化器22。
在抽气泵的作用下,空气可以从空气进气口21的输入端输入,并输出至空气净化器22中;空气净化器22可以对所流经的空气进行除尘和/或除湿操作,然后再将处理后的空气输出至臭氧发生器102中,从而可以除去空气中的杂质和水汽,以尽量避免最终的测量结果受到环境湿度和大气颗粒物的影响。
更进一步的,所述空气进气装置101中还可以进一步包括:空气温控器23;
所述空气温控器23可以对所流经的空气进行加热或制冷操作,控制所流经的空气的温度,以尽量避免最终的测量结果受到气体温度的影响。
另外,作为示例,如图5所示,在本发明的一个较佳的具体实施例中,所述样气进气装置105还可以进一步包括:样气进气口31和样气净化器32。
在抽气泵的作用下,样气可以从样气进气口31的输入端输入,并输出至样气净化器32中;样气净化器32可以对所流经的样气进行除尘和/或除湿操作,然后再将处理后的样气输出至样气流量测量装置106中,从而可以除去样气中的杂质和水汽,以尽量避免最终的测量结果受到环境湿度和大气颗粒物的影响。
更进一步的,所述样气进气装置105中还可以进一步包括:样气温控器33;
所述样气温控器33可以对所流经的样气进行加热或制冷操作,控制所流经的样气的温度,以尽量避免最终的测量结果受到气体温度的影响。
此外,更进一步的,作为示例,如图6所示,在本发明的一个较佳的具体实施例中,所述空气进气装置101或样气进气装置105中还可以进一步包括:冷凝装置61、冷凝水收集装置62和蠕动泵63;
所述冷凝装置61的输入端与净化器(例如,除尘装置)的输出端连接,所述冷凝装置61的一个输出端与温控器的输入端连接,另一个输出端与冷凝水收集装置62的输入端连接,所述冷凝水收集装置62的输出端与蠕动泵63连接;
所述控制器108分别与所述冷凝装置61和温控器连接。
在上述系统中,通过净化器进行除尘后的气体将进入冷凝装置61,气体经过冷凝装置之后,气体中的水分会冷凝,冷凝水可以通过冷凝水收集装置收集62,然后通过蠕动泵63排出;通过冷凝装置61的气体将进入温控器,温控器对气体进行加热或制冷操作后再输出。
另外,作为示例,在本发明的一个较佳的具体实施例中,所述检测器可以是单光子检测器,从而可以提高测量的精度和灵敏度。
进一步的,在本发明的一个较佳的具体实施例中,所述单光子检测器可以是雪崩光电二极管(APD)单光子检测器。
此外,作为示例,如图7所示,在本发明的一个较佳的具体实施例中,所述APD单光子检测器中包括:高压电源模块71、主动淬灭模块72、温控模块73、脉冲整形模块74和雪崩光电二极管75;
所述雪崩光电二极管75分别与所述高压电源模块71、主动淬灭模块72、温控模块73的一端连接;所述温控模块73的另一端与所述脉冲整形模块74连接;
所述雪崩光电二极管75,用于对接收到的光脉冲中的单光子进行检测,并将检测到的单光子转化为电荷信号输出;
所述主动淬灭模块72,用于通过金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关主动释放所述雪崩光电二极管75因光脉冲而产生的电荷能量,从而避免电荷累计,导致无法进行下次测量;
所述脉冲整形模块74,用于对微弱的电荷信号进行放大,然后通过高速比较器将模拟信号整形为数字信号,同时经过由若干个逻辑芯片组成的整形电路,将脉冲整形为固定宽度和幅度并输出;
所述温控模块73,用于将所述雪崩光电二极管75的温度控制在预设温度范围内;
所述高压电源模块71,用于提供电能。
进一步的,在本发明的另一个较佳的具体实施例中,所述单光子检测器也可以是光电倍增管(PMT)单光子检测器。
此外,作为示例,如图8所示,在本发明的一个较佳的具体实施例中,所述PMT单光子检测器中包括:光电倍增管(PMT)81、放大模块82、比较模块83、脉冲整形模块84和电源模块85;
所述光电倍增管81、放大模块82、比较模块83和脉冲整形模块84依次连接;所述电源模块85与所述光电倍增管81连接;
所述光电倍增管81,用于对接收到的光脉冲中的单光子进行检测,并将检测到的单光子转化为电荷信号输出;
所述放大模块82,用于对微弱的电信号进行放大;
其中,该放大模块82中设置有放大电路,该放大电路可以分为两级或者多级,第一级放大电路将电流信号转为电压信号,第二级放大电路对电压信号进一步放大,如果电压增益达不到要求,则可以继续增加运放级次;
所述比较模块83,用于将模拟的电信号转换为数字信号;
所述脉冲整形模块84,用于通过多级的逻辑芯片将数字信号整形为若干个固定宽度的脉冲;其中,脉冲个数对应于输入信号的信号宽度,输入信号的信号宽度与输出信号的脉冲个数成正比;
所述电源模块85,用于提供电能。
综上可知,在本发明中的氮氧化物气体检测系统中,由于设置了臭氧流量测量装置、臭氧流量控制装置、样气流量测量装置、样气流量控制装置和控制器,因此,控制器可以根据臭氧流量测量装置的测量结果对臭氧流量控制装置发送控制指令,使得臭氧流量控制装置可以根据控制指令对进入反应室的臭氧的流量进行控制;同样,控制器也可以根据样气流量测量装置的测量结果对样气流量控制装置发送控制指令,使得样气流量控制装置可以根据控制指令对进入反应室的样气的流量进行控制。所以,通过上述的控制器,可以同时对进入反应室的臭氧和样气的流量大小分别进行精确地控制,并使得臭氧和样气的流量保持稳定,从而可以实现低流量的氮氧化物气体浓度检测。
更进一步的,还可以在上述氮氧化物气体检测系统中设置一个抽气旁路,当空气进气装置和样气进气装置中进入的气体流量较小时,可以通过上述的抽气旁路来平衡气流切换和抽气泵导致的流量变化,使得样气和臭氧的流量更为稳定,从而可以更好地提高气路流量的稳定性,实现对低流量样气的精确测量。此外,通过设置上述的抽气旁路,还可以避免该抽气泵发生憋泵的问题,从而可以大大降低上述氮氧化物气体检测系统对抽气泵的要求,大大降低整个系统的成本和后续的维护费用。
更进一步的,还可以在上述氮氧化物气体检测系统中设置钼炉以及相应的多个阀门,从而具有高精度的NO、NO2、NOx的检测能力,而且还可以很方便地实现零点校准的功能,提高零点的稳定性,有效地减少零点校准的频率以及维护的频次,大大延长维护周期。
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,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种氮氧化物气体检测系统,其特征在于,该系统包括:空气进气装置、臭氧发生器、臭氧流量测量装置、臭氧流量控制装置、样气进气装置、样气流量测量装置、样气流量控制装置、控制器、反应室、滤光片、检测器、抽气泵涤除装置、第一阀门和抽气旁路装置;
所述空气进气装置的气路输出端与所述臭氧发生器的气路输入端连接;所述臭氧发生器的气路输出端与所述臭氧流量测量装置的气路输入端连接;所述臭氧流量测量装置的一个气路输出端与所述臭氧流量控制装置的气路输入端连接,所述臭氧流量测量装置的测量电信号输出端与所述控制器连接;所述臭氧流量控制装置的一个气路输出端与所述反应室的第一输入端连接,所述臭氧流量控制装置的电信号控制端口与所述控制器连接;
所述样气进气装置的气路输出端与所述样气流量测量装置的气路输入端连接;所述样气流量测量装置的一个气路输出端与所述样气流量控制装置的气路输入端连接,所述样气流量测量装置的测量电信号输出端与所述控制器连接;所述样气流量控制装置的一个气路输出端与所述反应室的第二输入端连接,所述样气流量控制装置的电信号控制端口与所述控制器连接;
所述滤光片设置在所述反应室与所述检测器之间;
所述检测器与所述控制器连接;
所述涤除装置的一端与所述反应室的气路输出端连接,另一端与所述第一阀门的第一端口连接;
所述抽气泵与所述第一阀门的第二端口连接;
所述抽气旁路装置与所述第一阀门的第三端口连接。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述抽气旁路装置中包括:抽气流量控制装置和除尘装置;
所述抽气流量控制装置的输入端与所述第一阀门的第三端口连接;所述抽气流量控制装置的输出端与所述除尘装置连接;
所述抽气流量控制装置,用于对所流经的气体的流量进行控制;
所述除尘装置,用于对所流经的气体进行除尘操作。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:
所述抽气流量控制装置为限流孔。
4.根据权利要求1或2所述的系统,其特征在于,所述系统还包括:第二阀门、第三阀门、钼炉和第四阀门;
其中,所述样气进气装置的气路输出端与所述第二阀门的第一端口连接,所述第二阀门的第二端口与所述第三阀门的第一端口连接,所述第二阀门的第三端口与所述钼炉的输入端连接;所述钼炉的输出端与所述第三阀门的第二端口连接;所述第三阀门的第三端口与所述样气流量测量装置的气路输入端连接;
所述第四阀门的第一端口与所述样气流量控制装置的气路输出端连接,所述第四阀门的第二端口与所述反应室的第二输入端连接;所述第四阀门的第三端口与第一阀门的第四端口连接。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述空气进气装置包括:空气进气口和空气净化器;
所述空气净化器,用于对所流经的空气进行除尘和/或除湿操作。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述空气进气装置中还进一步包括:空气温控器;
所述空气温控器,用于对所流经的空气进行加热或制冷操作。
7.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述样气进气装置包括:样气进气口和样气净化器;
所述样气净化器,用于对所流经的样气进行除尘和/或除湿操作。
8.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述样气进气装置中还进一步包括:样气温控器;
所述样气温控器,用于对所流经的样气进行加热或制冷操作。
9.根据权利要求5或7所述的系统,其特征在于,所述空气进气装置或样气进气装置中还进一步包括:冷凝装置、冷凝水收集装置和蠕动泵;
所述冷凝装置的输入端与净化器的输出端连接,所述冷凝装置的一个输出端与温控器的输入端连接,另一个输出端与冷凝水收集装置的输入端连接,所述冷凝水收集装置的输出端与蠕动泵连接;
所述控制器分别与所述冷凝装置和温控器连接。
10.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:
所述检测器为雪崩光电二极管单光子检测器或者光电倍增管单光子检测器。
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