CN203881653U - 粉尘中游离二氧化硅自动分析仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供粉尘中游离二氧化硅自动分析仪，包括光源结构、电源驱动结构以及数据处理结构，且三者集中放置于自动分析仪的一体化腔体内。该自动分析仪具有投资较少、操作简便、机器一体机显示操作，仪器自动分析等优势，适合广大职业卫生检测机构，煤矿安全企业，大型医院，电力行业等。
Description
技术领域
本实用新型属于仪器分析领域，尤其是涉及一种粉尘中游离二氧化硅自动分析仪。
背景技术
电力和煤炭行业生产环境中粉尘的种类较多,主要有矽尘、煤尘、锅炉尘、石棉尘、水泥尘、电焊烟尘等,其特点是粉尘中二氧化硅含量较高,粉尘的分散度也比较高,即多为呼吸性粉尘,因此对接尘人员的危害较大。根据生产性粉尘的理化性质、空气中浓度、进入人体的量和作用部位,产生的危害也有不同,主要包括鼻炎、咽炎、气管炎、支气管炎等呼吸系统疾病。
我国政府以及电力和煤炭行业部门对防尘工作高度重视,因此,加强对粉尘中游离二氧化硅含量的检测是一件非常重要和紧迫的工作。以往检测粉尘中游离二氧化硅含量,均采用《作业场所空气中粉尘测定方法》(GB5748—85)规定的“焦磷酸重量法”,该方法存在操作步骤复杂、使用试剂种类繁多、检测周期长、准确性差、试验室条件要求苛刻等一系列问题,难以满足现场批量检测的要求。另外，早期使用红外分光光度计原理检测二氧化硅的含量需要单独配置电脑，并且红外分光光度计只能提供一个谱图，根据国标的要求需要手动计算标准曲线，需手动计算数值，最后通过公示推导出结果。操作流程比较麻烦，手工运算太大，易出错，效率太低等问题。
虽然，目前的光谱仪有很多种，但大多数光谱仪还是采用将计算机打印机与光源部分等采用外部连接的方式结合在一起，这种光谱仪不但不方便，经常使用或挪动会降低光谱仪的工作稳定型和影响其测量精度，并且使用过程中电脑经常U盘拷贝数据，或者上网中病毒，平时使用软件驱动程序连接不上，光盘找不到等问题，因此，解决上述技术问题变得尤为重要。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题是为了提高检测的准确性,实现批量检测的目的,专门提供粉尘中游离二氧化硅自动分析仪用来检测粉尘中游离二氧化硅含量。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
粉尘中游离二氧化硅自动分析仪，包括光源结构、电源驱动结构以及数据处理结构，所述电源驱动结构分别与光源结构、数据处理结构相连，为其提供工作电源和驱动力，光源结构与数据处理结构相连，光源结构、电源驱动结构以及数据处理结构集中放置于自动分析仪的一体化腔体内，所述数据处理结构包括由计算机和打印机组合而成的仪器终端，所述一体化腔体中与数据处理结构、光源结构相对应的位置分别设有一个可拆卸抽屉。
所述一体化腔体中与数据处理结构相对应的位置设有第一抽屉，抽屉内固定设置有冷却装置，所述冷却装置为若干个导热钢板或半导体冷却板。
所述一体化腔体中与光源结构相对应的位置设有第二抽屉，抽屉内设置有干燥装置或净化装置或两者的组合。
所述干燥装置内装配有变色硅胶，所述净化装置内装配有活性炭。
所述光源结构包括光源室、样品室、光度计、单色器和狭缝结构，所述数据处理结构包括探测器、放大器和仪器终端，所述电源驱动结构包括总电源、步进电机和涡轮转动装置。
所述光源室中发出的光通过样品室进入光度计，从光度计射出的光束通过狭缝结构进入单色器，由单色器调制后再通过狭缝结构射出，探测器将接受到的光信号转换为电信号并经由放大器将信号放大并传递给仪器终端进行数据处理；所述电源驱动结构中的总电源用于提供整个仪器各个结构所需要的动力源，驱动整机系统中各个步进电机的转动，并通过控制步进电机的转动来控制光路的走向与调制。
本实用新型还提供一种自动分析仪的光路装置，包括1个LS光源、14个反射镜、一个扇形镜、一个闪耀光栅和干涉滤光片；上述光路装置均设置在自动分析仪的一体化腔体内，且所有光学元件位于以LS光源为坐标原点，LS所在的水平直线为x轴，LS所在的竖直直线为y轴，建立的直角坐标系的二三象限内，具体位置是：
第一反射镜的中心点坐标为(-2，-1)，且其反光面与LS光源相对应，镜平面与竖直方向的夹角为5°，第三反射镜与第一反射镜关于x轴对称；第二反射镜的中心点坐标为(0，-2)，且其反光面与第一反射镜的反光面相对应，镜平面与竖直方向夹角为5°，第四反射镜与第二反射镜关于x轴对称；样品S坐标为(4,2)，参考样R的位置与样品S的位置同样关于x轴对称；第五反射镜的中心点坐标为(5,2)，其镜平面与竖直方向夹角为60°；第六反射镜的中心点坐标为(5.5,3)，其镜平面水平设置，且其反光面与第五反射镜的反光面相对应；第七反射镜的中心点坐标为(5.5,2)，其镜平面与竖直方向夹角为60°；第八反射镜的中心点坐标为(6,2.1)，其镜面水平设置，第九反射镜的中心点坐标为(7.5,2.2)；第十反射镜的中心点坐标为(5,0.8)，其镜面与竖直方向夹角为5°，扇形镜水平设置且其中心点坐标为(7.5,0.8)，第十一反射镜的中心点坐标为(9.5,0.7)，其镜面与竖直方向夹角为45°；第十二反射镜的中心点坐标为(11,6.5)，其镜面与竖直方向夹角为60°，沿第十二反射镜的反射光路设置有一块闪耀光栅(OG)，其中心点坐标为(8,3.5)；干涉滤光片水平设置，且其中心点坐标为(10,1.5)，第十三反射镜的中心点坐标为(10，0.5)，其镜面与竖直方向夹角为45°，第十四反射镜的中心点坐标为(12,0.5)，其镜面与竖直方向夹角为45°；探测器的坐标为(12,6)，其沿第十四反射镜的反射光路设置；
上述坐标系中的每个单位刻度的长度均为3cm。
所述的自动分析仪的光路装置的光学元件中所述第三反射镜和第四反射镜均为球面镜，第九反射镜为三维角镜、第八反射镜为光程补偿镜、第十二反射镜为抛物镜，其余反射镜均为平面反射镜；所述干涉滤光片的个数为3个。
本实用新型具有的优点和积极效果是：与现有技术相比，本实用新型将光谱仪的光源结构、电源驱动结构以及数据处理结构组合在一起形成一体化的分析仪，并在一体化腔体内设有可拆卸的冷却装置、干燥装置和净化装置，上述措施不仅简化了光谱仪的结构，同时大大减小了电气元件工作时产生的热量对光学器件的传导，提高了红外光谱仪分析的准确性、使得光谱测试更稳定，更准确，结果显示更直观、方便。同时，本实用新型还光学模块的光路装置进行了改进，通过设置一些反射镜将光谱仪的结构尽量简化，同时设有闪耀光栅和干涉滤光片，滤出了光线中的高次光谱，得到更加清晰准确的光谱分析图。因此本实用新型能具有快速、灵敏地鉴别游离二氧化硅的含量,且其设备具有投资较少、操作简便、机器一体机显示操作，仪器自动分析等优势，适合广大职业卫生检测机构，煤矿安全企业。
附图说明
图1是本实用新型自动分析仪的外部腔体结构示意图；
图2是本实用新型自动分析仪内部结构示意图；
图3是本实用新型自动分析仪的光路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作详细说明。
本实用新型二氧化硅自动分析仪采用一体化结构，包括光源结构9、电源驱动结构10以及数据处理结构11，电源驱动结构10分别与光源结构9、数据处理结构11相连，为其提供工作电源和驱动力，光源结构9与数据处理结构11相连，光源结构9、电源驱动结构10以及数据处理结构11集中放置于自动分析仪的一体化腔体1内。该一体化腔体1的外部结构中与数据处理结构11对应的设有计算机3、键盘4以及打印机出口5；一体化腔体1的外部结构中与光源结构9相对应的位置设置有光源室开口2；一体化腔体1的外部结构中与电源驱动结构10对应的设有电源开关2部分。除此以外，一体化腔体中1与数据处理结构11相对应的位置设有第一抽屉6，抽屉内通过固定连接方式设置有冷却装置，该冷却装置为若干个导热钢板或或半导体冷却板；一体化腔体1中与光源结构9相对应的位置设有第二抽屉8，抽屉内设置有干燥装置或净化装置或两者的组合，且干燥装置内装配有变色硅胶，净化装置内装配有活性炭。
上述一体化的分析仪的内部光源结构包括光源室101、样品室102、光度计、单色器103和狭缝结构，数据处理结构11包括探测器M15、放大器和仪器终端，电源驱动结构10包括总电源、步进电机和涡轮转动装置；光源室101中发出的光通过样品室进入光度计，从光度计射出的光束通过狭缝结构进入单色器，由单色器调制后再通过狭缝结构射出，探测器将接受到的光信号转换为电信号并经由放大器将信号放大并传递给仪器终端进行数据处理；电源驱动结构10中的总电源用于提供整个仪器各个结构所需要的动力源，驱动整机系统中各个步进电机的转动，并通过控制步进电机的转动来控制光路的走向与调制。
在工作时，先打开光源室的开口2，将待测样品放入样品室，闭合光源室的开口2，然后打开电源开光2，自动分析仪便开始进入工作。由光源LS发出的光，被分为能量均等对称的两束。一束为样品光S通过样品，另一束为参考光R作为基准，这两束光通过样品室102进入光度计后，被扇形镜以10Hz的频率所调制，形成交变信号，然后两束光合为一束，并交替通过入射狭缝进入单色器103中，经离轴抛物镜将光束平行地投射在光栅上，色散并通过出射狭缝之后，被滤光片滤除高级次光谱，再经椭球镜聚焦在探测器的接收面上。
探测器将上述交变的光信号转换为相应的电信号，经放大器进行电压放大后，馈入A/D转换单元，将模拟电信号转换为相应的数字量，并进入数据处理系统的计算单元，计算单元将计算后的结果通过仪器的终端计算机显示出来，也可运用终端绘图、打印。这样，就可连续地显示或记录被测样品的红外吸收谱图了。
该自动分析仪在工作时的光学系统原理如图3所示：其中光学室1由平面镜M1、M2，球面镜M3、M4，以及光源LS等组合而成。光源为特种镍铬丝，其长18mm，直径光源点燃时，温度高达1150℃左右。光度计的主要任务是将参考光束和样品光束在空间上合为一路，而在时间上互相交替，光度计是反射镜M5、M6、M7、M10以及三维角镜M9、补偿镜M8以及扇形镜M11组合而成。
扇形镜M11是光度计中的重要部门，使得被调制的参考信号R及样品光信号S，相位相差180o，所以虽然它们在空间上合为一路，在时间上却是交替进入单色器103。
单色器103由入射狭缝，平面反射镜M12，抛物镜M13，光栅OG及出射狭缝组合而成。采用一块双闪耀光栅，覆盖整个波段。光栅刻线为66.6条/mm，闪耀波长分别为3μm和10μm。
为获得一级光谱的单色器，所以在出射狭缝之后，采用三块干涉滤光片M14，滤除光线中的高次光谱。
狭缝机构主要由步进电机，狭缝凸轮及狭缝片等组成，本仪器由软件实现狭缝宽度及倍率变换的控制，且该软件程序与现有技术中的红外光谱仪的软件程序一致，数据处理单元在控制仪器进行波数扫描的同时，不断发出指令控制狭缝电机的运转并通过凸轮而改变狭缝的宽度，这样就实现了在不同的波数位置具有相应的狭缝宽度，狭缝宽度范围0.1-5mm。仪器通过程序预置狭缝电机具有不同的起始转角，实现了狭缝宽度的倍率变换，变换设置5档。
探测器将调制后的光信号转换为相应的电信号，并传递给数据处理单元，数据处理单元的计算机将接受到的电信号转化成图像或数据，并经由与其相连接的打印机打印出来。
由于该一体化分析仪中设置可拆卸式的冷却装置、干燥装置和净化装置，所以在长期使用后干燥可以通过将装配冷却装置的第一抽屉6和第二抽屉8拆卸下来，更换相应的冷却或部件。
以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.粉尘中游离二氧化硅自动分析仪，包括光源结构(9)、电源驱动结构(10)以及数据处理结构(11)，所述电源驱动结构(10)分别与光源结构(9)、数据处理结构(11)相连，为其提供工作电源和驱动力，光源结构(9)与数据处理结构(11)相连，光源结构(9)、电源驱动结构(10)以及数据处理结构(11)集中放置于自动分析仪的一体化腔体(1)内，其特征在于：所述数据处理结构(11)包括由计算机和打印机组合而成的仪器终端，所述一体化腔体(1)中与数据处理结构(11)、光源结构(9)相对应的位置分别设有一个可拆卸抽屉。
2.根据权利要求1所述的自动分析仪，其特征在于：所述一体化腔体中(1)与数据处理结构(11)相对应的位置设有第一抽屉(6)，抽屉内固定设置有冷却装置，所述冷却装置为若干个导热钢板或半导体冷却板。
3.根据权利要求1所述的自动分析仪，其特征在于：所述一体化腔体(1)中与光源结构(9)相对应的位置设有第二抽屉(8)，抽屉内设置有干燥装置或净化装置或两者的组合。
4.根据权利要求3所述的自动分析仪，其特征在于：所述干燥装置内装配有变色硅胶，所述净化装置内装配有活性炭。
5.根据权利要求1所述的自动分析仪，其特征在于：所述光源结构(9)包括光源室(101)、样品室(102)、光度计、单色器(103)和狭缝结构，所述数据处理结构(11)包括探测器(M15)、放大器和仪器终端，所述电源驱动结构(10)包括总电源、步进电机和涡轮转动装置。
6.根据权利要求5所述的自动分析仪，其特征在于：所述光源室中发出的光通过样品室进入光度计，从光度计射出的光束通过狭缝结构进入单色器，由单色器调制后再通过狭缝结构射出，探测器将接受到的光信号转换为电信号并经由放大器将信号放大并传递给仪器终端进行数据处理；所述电源驱动结构(10)中的总电源用于提供整个仪器各个结构所需要的动力源，驱动整机系统中各个步进电机的转动，并通过控制步进电机的转动来控制光路的走向与调制。
7.一种如权利要求1所述的自动分析仪的光路装置，其特征在于：包括1个LS光源、14个反射镜、一个扇形镜、一个闪耀光栅和干涉滤光片；上述光路装置均设置在自动分析仪的一体化腔体(1)内，且所有光学元件位于以LS光源为坐标原点，LS所在的水平直线为x轴，LS所在的竖直直线为y轴，建立的直角坐标系的二三象限内，具体位置是：
第一反射镜(M1)的中心点坐标为(-2，-1)，且其反光面与LS光源相对应，镜平面与竖直方向的夹角为5°，第三反射镜(M3)与第一反射镜(M1)关于x轴对称；第二反射镜(M2)的中心点坐标为(0，-2)，且其反光面与第一反射镜(M1)的反光面相对应，镜平面与竖直方向夹角为5°，第四反射镜(M4)与第二反射镜(M2)关于x轴对称；样品S坐标为(4,2)，参考样R的位置与样品S的位置同样关于x轴对称；第五反射镜(M5)的中心点坐标为(5,2)，其镜平面与竖直方向夹角为60°；第六反射镜(M6)的中心点坐标为(5.5,3)，其镜平面水平设置，且其反光面与第五反射镜(M5)的反光面相对应；第七反射镜(M7)的中心点坐标为(5.5,2)，其镜平面与竖直方向夹角为60°；第八反射镜(M8)的中心点坐标为(6,2.1)，其镜面水平设置，第九反射镜(M9)的中心点坐标为(7.5,2.2)；第十反射镜(M10)的中心点坐标为(5,0.8)，其镜面与竖直方向夹角为5°，扇形镜(M11)水平设置且其中心点坐标为(7.5,0.8)，第十一反射镜(M12)的中心点坐标为(9.5,0.7)，其镜面与竖直方向夹角为45°；第十二反射镜(M13)的中心点坐标为(11,6.5)，其镜面与竖直方向夹角为60°，沿第十二反射镜(M13)的反射光路设置有一块闪耀光栅(OG)，其中心点坐标为(8,3.5)；干涉滤光片(M14)水平设置，且其中心点坐标为(10,1.5)，第十三反射镜(M15)的中心点坐标为(10，0.5)，其镜面与竖直方向夹角为45°，第十四反射镜(M16)的中心点坐标为(12,0.5)，其镜面与竖直方向夹角为45°；探测器(TC)的坐标为(12,6)，其沿第十四反射镜(M16)的反射光路设置；
上述坐标系中的每个单位刻度的长度均为3cm。
8.根据权利要求7所述的自动分析仪的光路装置，其特征在于：上述光学元件中所述第三反射镜(M3)和第四反射镜(M4)均为球面镜，第九反射镜(M9)为三维角镜、第八反射镜(M8)为光程补偿镜、第十二反射镜(M13)为抛物镜，其余反射镜均为平面反射镜；所述干涉滤光片(M14)的个数为3个。
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