CN114609064B - 一种适用于低气压环境的气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于低气压环境的气体检测装置，腔室的顶面开有进气口，腔室的底面开有入射光口，腔室的侧面开有出气口，腔室上另一侧面开有出射光口，第一石英片粘结在腔室底面外部，滤波片设置在第一石英片的底面，第二石英片粘结在腔室侧面外部，支架倾斜设置在腔室内，积分球架设在支架的中心孔中，积分球上开有通气口、入射光孔和出射光孔，且积分球入射光孔中心线与腔室入射光口中心线为同一直线，积分球出射光孔中心线与腔体出射光口中心线为同一直线，金属筒的一端与积分球的出射光孔连接，另一端插接在腔室的出射光口。本发明克服了低气压下气体浓度检测困难的问题，且相较于气相色谱、质谱等方法，更为便捷和低廉。
Description
技术领域
本发明属于等离子体放电气体产物检测领域，具体涉及一种适用于低气压环境的气体检测装置。
背景技术
目前气体检测方法主要包括化学法和光谱法，化学法包括气相色谱法、质谱法、化学发光检测法等，化学检测法一般属于单点检测，需要对气体进行取样，化学试剂有一定挥发性，一般不适合连续和长期检测。光谱法相对于化学法具有响应速度快、灵敏度高、抗干扰能力强、无需取样，单次测量可以检测区域内气体的平均浓度等优点。根据比尔朗伯定律，增加光路探测路径可以提高气体检测极限和灵敏度，因此基于积分球的气体检测技术逐渐成为气体检测领域的研究热点。
中国专利201822046551.8公开了一种“基于积分球的多次反射式气体检测装置”，该方案中气体在积分球内分布不均匀，且积分球的开孔过多，会影响光在积分球内的反射，减小等效光程，从而引起检测灵敏度下降。同时，该方案没有考虑到低气压气体环境下的气体检测造成积分球内外压差，会损坏积分球的问题，限制了此方案只能在大气压环境下使用。
王焱等在传感技术学报[J]2011,24(2):5.发表的“基于积分球算法的多气体检测系统研究”一文中，提出了利用波长调制获得较窄的反射出射光，通过计算光强衰减差得出气体的体积分数。该方案虽然优化了气体检测的选择性和灵敏度，但是仍然没有解决低气压环境下气体检测的难题，同时该方案采用的是四孔积分球结构，仍会影响积分球内反射。
发明内容
为解决现有的技术问题，本发明提供一种适用于低气压环境的气体检测装置，克服了低气压下气体浓度检测困难的问题，且相较于气相色谱、质谱等方法，更为便捷和低廉。
本发明中主要采用的技术方案为：
一种适用于低气压环境的气体检测装置，包括腔室、第一石英片、滤波片、第二石英片、积分球、金属筒和支架，所述腔室的顶面开有进气口，所述腔室的底面开有入射光口，所述腔室的侧面开有出气口，所述腔室上与设有出气口的侧面相对的侧面开有出射光口，所述第一石英片采用密封胶粘结在腔室底面外部，且覆盖入射光口，所述滤波片设置在第一石英片的底面，所述第二石英片采用密封胶粘结在腔室侧面外部，且覆盖出射光口，所述支架倾斜设置在腔室内，所述支架上开有中心孔，所述积分球架设在支架的中心孔中，所述积分球上开有通气口、入射光孔和出射光孔，且所述积分球上的入射光孔中心线与所述腔室上的入射光口中心线为同一直线，所述积分球上的出射光孔与所述腔室的出射光口为同一直线，所述金属筒的一端与积分球的出射光孔连接，另一端插接在腔室的出射光口。
优选地，所述积分球的外部沿周向设有环形凸起，且环形凸起的直径大于中心孔直径，所述中心孔直径与积分球的外径相同。
优选地，所述积分球上的通气口与腔室的进气口成45°角相对设置。
优选地，所述支架与腔室底面成45°角倾斜设置。
优选地，所述第一石英片和第二石英片均为全透石英片。
优选地，所述积分球为内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体。
优选地，所述腔室为聚四氟乙烯腔室。
有益效果：本发明提供一种适用于低气压环境的气体检测装置，具有如下优点：
（1）本发明可保证积分球内部的气压与气体成分和腔室内的气压与气体成分保持一致，没有内外压差，因此可实现低气压，大气压多种环境下的气体检测。
（2）本发明中根据积分球内涂层的朗伯散射特性，延长光路吸收的长度，从而提高气体检测的灵敏度；
（3）本发明中积分球进气口与腔室之间没有阻挡，从而保持积分球与经过腔室的气体浓度一致。
（4）本发明中腔室进气口与积分球的通气口呈一定角度，从而使气体更充分地分布在积分球体内；
（5）本发明提出的基于积分球的气体检测装置，相对于电化学检测法、质谱法、气相色谱法等气体检测方法，造价更加低廉，使用也更加简单。
附图说明
图1是实施例1的气体检测装置结构示意图（透视）；
图2是实施例1的气体检测装置的立体装配图；
图3是实施例1的具体原理示意图；
图4是内置积分球的立体装配图。
图中：腔室1、进气口1-1、入射光口1-2、出气口1-3、出射光口1-4、第一石英片2、滤波片3、第二石英片4、积分球5、环形凸起5-1、通气口5-2、入射光孔5-3、出射光孔5-4、金属筒6、支架7、中心孔7-1。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1
如图1-3所示，一种适用于低气压环境的气体检测装置，包括腔室1、第一石英片2、滤波片3、第二石英片4、积分球5、金属筒6和支架7，其中，腔室1为聚四氟乙烯腔室，其外部尺寸为100mm×85mm×80mm，内部尺寸为90mm×75mm×75mm，腔室1的顶面开有进气口1-1，且进气口的直径为20mm。腔室1的底面开有入射光口1-2，且入射光口1-2的直径为11mm，腔室1的侧面开有出气口1-3，且出气口的直径为20mm，腔室1上与设有出气口1-3的侧面相对的另一侧面开有出射光口1-4，且出射光口1-4的直径为7.4mm，第一石英片2采用密封胶粘结在腔室1底面外部，且覆盖入射光口1-3，滤波片3设置在第一石英片2的底面，滤波片3可以使用支撑架以作支撑（未在图中画出），第二石英片4采用密封胶粘结在腔室1侧面外部，且覆盖出射光口1-4，第二石英片4的直径为12mm。支架7倾斜设置在腔室内，且与腔室1底面成45°角倾斜设置，支架7上开有中心孔7-1，且中心孔7-1的直径为积分球5的外部直径，用以固定积分球5；
积分球5为内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体，积分球5的外部沿周向设有环形凸起5-1，且环形凸起5-1的直径大于中心孔直径，用于架设在支架7的中心孔7-1上，积分球5的内径为50mm，且积分球上开有通气口5-2、入射光孔5-3和出射光孔5-4，入射光孔5-3与入射光口1-2的中心线为同一直线，出射光孔5-4与出射光口1-4的中心线为同一直线，积分球5上的通气口5-2与腔室1的进气口1-1成45°角相对设置，从而更充分地使积分球5充满气体；
金属筒6的外直径为7.4mm，且金属筒6的一端与积分球5的出射光孔5-4连接，另一端插接在腔室1的出射光口1-4，但并不超出腔室外部。
本实施例中，第一石英片2和第二石英片4均为全透石英片。
实施例1的工作原理如下：
如图3所示，当需要测量的气体环境是低压状态，则需先将腔室1抽成真空状态。然后通过进气口1-1往腔室1里面通气，积分球5的通气口5-2与腔室1的进气口1-1呈一定角度相对（45°），并于腔室1之间无阻挡，从而使气体更好的充满积分球体内。采用标准光源作为入射光源。入射光源经过滤波片3后形成气体吸收光谱范围的入射光，依次通过入射光口1-2和入射光孔5-3进入到积分球5内，经过积分球内壁的漫反射，光路吸收路径延长至10m左右。最后依次经出射光孔5-4和金属筒6，从腔室的出射光口1-4射出。由光电二极管探测光强的变化，光电二极管与单片机相连，由单片机将光强变化转化为电信号传递给集成电路，利用差分吸收光谱法，通过对比待测气体与纯目标气体情况下电信号的强弱，从而得出待测气体内目标气体的浓度值。
本发明中，光电二极管、单片机以及集成电路均为现有技术，故而未加详述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种适用于低气压环境的气体检测装置，其特征在于，包括腔室、第一石英片、滤波片、第二石英片、积分球、金属筒和支架，所述腔室的顶面开有进气口，所述腔室的底面开有入射光口，所述腔室的侧面开有出气口，所述腔室上与设有出气口的侧面相对的侧面开有出射光口，所述第一石英片采用密封胶粘结在腔室底面外部，且覆盖入射光口，所述滤波片设置在第一石英片的底面，所述第二石英片采用密封胶粘结在腔室侧面外部，且覆盖出射光口，所述支架倾斜设置在腔室内，所述支架上开有中心孔，所述积分球架设在支架的中心孔中，所述积分球上开有通气口、入射光孔和出射光孔，且所述积分球上的入射光孔中心线与所述腔室上的入射光口中心线为同一直线，所述积分球上的出射光孔与所述腔室的出射光口为同一直线，所述金属筒的一端与积分球的出射光孔连接，另一端插接在腔室的出射光口；所述积分球上的通气口与腔室的进气口成45°角相对设置；所述支架与腔室底面成45°角倾斜设置。
2.根据权利要求1所述的适用于低气压环境的气体检测装置，其特征在于，所述积分球的外部沿周向设有环形凸起，且环形凸起的直径大于中心孔直径，所述中心孔直径与积分球的外径相同。
3.根据权利要求1所述的适用于低气压环境的气体检测装置，其特征在于，所述第一石英片和第二石英片均为全透石英片。
4.根据权利要求1所述的适用于低气压环境的气体检测装置，其特征在于，所述积分球为内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体。
5.根据权利要求1所述的适用于低气压环境的气体检测装置，其特征在于，所述腔室为聚四氟乙烯腔室。
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