CN204613096U - 便携式臭氧浓度在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
一种便携式臭氧浓度在线监测装置，包括壳体，壳体内设置有抽气系统、过滤系统、气体吸收池以及数据处理系统；壳体的面板上设置有数据显示模块以及启动装置的启动按钮；所述过滤系统、抽气系统和气体吸收池之间通过密闭的PTFE管连通，所述气体吸收池和数据处理系统之间通过光纤连接。本实用新型具有结构简单、高度集成、操作方便、测量精度高、测量速度快、实时在线监测的特点，不仅能够适用于对变电站环境中臭氧浓度的监测，而且还能够间接判断变电站中带电设备的运行状态。
Description
技术领域
本实用新型涉及环境监测技术领域，特别是一种用于对汽车、燃料、石化等主要臭氧污染源进行臭氧浓度在线监测的装置。
背景技术
日常生活中，常常看到空气略带浅棕色，又有一股辛辣刺激的气味，这就是通常所称的光化学烟雾。臭氧是光化学烟雾的主要成分，是由大气中的氮氧化物和挥发性有机物经光化学反应形成的，大气中的氮氧化物和挥发性有机物则主要来源于机动车尾气和化工生产等。臭氧是一把双刃剑，浓度低时有杀菌作用，但浓度只要到0.43mg/m3以上，就会对人体健康产生危害，主要体现在：强烈刺激呼吸道、造成肺功能改变、呼吸机能降低、引起气道反应、气道炎症增加、哮喘加重等。
2013年1月1日起，细颗粒物(PM2.5)、臭氧(O3)和一氧化碳(CO)三项污染物，同时被纳入北京市空气质量监测项目。而按照新国标，臭氧8小时平均浓度在160 mg/m3以下，空气质量为优，160~200 mg/m3为良好，超过200 mg/m3则造成污染。因此对臭氧浓度进行实时在线监测是控制环境质量便显得尤为重要。
目前，市面上对于臭氧浓度的监测主要有以下几种方式：一是采用气敏传感器，但由于臭氧具有强氧化性，长期使用会降低气敏传感器的灵敏度甚至造成氧化性损坏而不能运行。二是采用紫外光吸收法对臭氧浓度进行监测，紫外光吸收法是以 Beer-Lambert 定律为基础，利用臭氧在波长为253.7 nm 处具有最大的吸收值来对其浓度进行的监测，其优点是可以进行非接触式监测，避免因为化学反应而降低监测的准确度，且测量周期短，不会受到强氧化的影响，因此可适用于在线监测。三是采用差分吸收光谱（DOAS）法，差分吸收光谱（DOAS）法可以对多组分气体进行监测，排出除臭氧外其他气体的干扰比如二氧化氮，并能得到比直接测量法相对准确的臭氧浓度。
尽管目前臭氧的监测方法很多，但是不是测量不准确，就是结构较为复杂，不方便携带，尤其不能适用于变电站的臭氧浓度在线监测。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种高度集成、操作方便、易于携带的在线监测系统，不仅能够适用于对变电站环境中臭氧浓度的监测，而且还能够间接判断带电设备的运行状态。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。
便携式臭氧浓度在线监测装置，包括壳体，所述壳体内设置有用于抽取被监测气体的抽气系统、用于对被监测气体进行过滤的过滤系统、用于采用被监测气体吸收测试光的气体吸收池以及用于对测试光进行数据处理的数据处理系统；所述壳体的面板上设置有用于显示测试结果的数据显示模块以及启动装置的启动按钮；所述过滤系统、抽气系统和气体吸收池之间通过密闭的PTFE管连通，所述气体吸收池和数据处理系统之间通过光纤连接。
上述便携式臭氧浓度在线监测装置，所述抽气系统包括设置在壳体内的抽气泵和用于调节和控制气体流速的调速盒，调速盒通过支撑架架设在面板下方，所述调速盒里设置有用于控制抽气泵工作状态的电源开关、调速开关以及调速旋钮；所述抽气泵的进气端通过PTFE管与过滤系统连通，抽气泵的出气端通过PTFE管与气体吸收池连通，抽气泵的受控端连接控制盒。
上述便携式臭氧浓度在线监测装置，所述数据处理系统包括光纤光谱仪和控制模块，光纤光谱仪包括通过控制接口线连接的光纤光谱仪发射端与光纤光谱仪接收端，光纤光谱仪发射端的输出端经光纤连接气体吸收池的进光口，气体吸收池的出光口经光纤连接光纤光谱仪接收端；所述光纤光谱仪接收端经USB接口线与控制模块的输入端连接，控制模块的DVI1端口与数据显示模块连接。
上述便携式臭氧浓度在线监测装置，所述数据处理系统还包括移动硬盘，移动硬盘通过SATA线与控制模块连接。
上述便携式臭氧浓度在线监测装置，所述数据显示模块包括液晶平板显示器，液晶平板显示器通过DVI1端口与控制模块连接。
上述便携式臭氧浓度在线监测装置，所述过滤系统包括安装在抽气系统进气端的过滤网，所述过滤系统两端分别通过PTFE管与抽气泵进气端和被监测气体连通。
由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得的技术进步如下。
本实用新型在打开电源后便可自动进入采集状态，数据会实时显示，并可根据数据的突变进行报警，提示变电站巡检人员进行检查；具有结构简单、高度集成、操作方便、测量精度高、测量速度快、实时在线监测的特点，不仅能够适用于对变电站环境中臭氧浓度的监测，而且还能够间接判断变电站中带电设备的运行状态。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型所述气体吸收池的结构示意图；
图3为本实用新型所述臭氧吸光度变化曲线图。
图中各标号表示为：1、过滤网，2、抽气泵，3、气体吸收池，4、控制模块，5、数据显示模块，6、移动硬盘，10、光纤光谱仪发射端，11、光纤光谱仪接收端。
图中，粗实线为被监测气体流向，细实线为电信号走向，虚线为光信号走向。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。
本实用新型提供了一种便携式臭氧浓度在线监测装置，包括壳体，壳体内设置有过滤系统、抽气系统、气体吸收池3、数据处理系统以及电源模块，壳体的面板上设置有数据显示模块5、控制盒以及启动按钮；上述模块间的连接关系具体为：过滤系统、抽气系统和气体吸收池之间通过密闭的PTFE管连通，形成被监测气体通路；气体吸收池和数据处理系统之间通过光纤连接，形成光信号通路；电源模块的输入端通过启动按钮连接220V交流电，电源模块的输出端通过绝缘线分别与抽气系统、数据处理系统以及数据显示模块连接，形成供电电路；数据处理系统的输出端连接数据显示模块，实现数据信号传输。
过滤系统，用于对被监测气体进行过滤，防止大块颗粒进入抽气泵；过滤系统两端分别通过PTFE管与抽气泵进气端和被监测气体连通。本实施例中，过滤系统中包括过滤网1，过滤网1可采用铁丝网，铁丝网安装在抽气系统进气端的PTFE管中。PTFE管为聚四氟乙烯管，是使用高质量的柱塞工挤出管，采用特殊加工工艺，使钢管和塑料管紧密结合，能承受正压1.6Mpa，负压：77Kpa；可在－60℃～+260℃内正常使用，具有可靠优良的耐腐蚀性，适合输送强氧化性的臭氧气体。
抽气系统，用于抽取被监测气体，并将被监测气体送入气体吸收池。抽气系统包括抽气泵2和调速盒。抽气泵2设置在壳体内，抽气泵2的进气端通过PTFE管与过滤系统连通，抽气泵2的出气端通过PTFE管与气体吸收池3连通，抽气泵2的受控端连接控制盒。本实施例中，抽气泵采用无刷微型真空泵，无刷微型真空泵采用特制进口无刷电机，可通过改变占空比来调节电机转速，从而达到改变泵输出流量的目的，具有过热保护和过载保护功能，干扰低，使用寿命长。
调速盒用于通过控制抽气泵来调节和控制气体流速。调速盒通过支撑架架设在面板下方，调速盒里设置有用于控制抽气泵工作状态的电源开关、调速开关以及调速旋钮，电源开关的输入端通过绝缘线连接电源模块的输出端，电源开关的输出端依次经调速开关和调速旋钮连接抽气泵，用于控制抽气泵的电机转速，进一步改变抽气泵的气流量。
气体吸收池3，用于采用被监测气体吸收测试光，其结构如图2所示。气体吸收池3的进气口通过PTFE管与抽气泵的输出端连通，出气口通过PTFE管连通大气；气体吸收池3的进光口通过光纤与光纤光谱仪发射端10连接，出光口通过光纤与光纤光谱仪接收端11连接。本实施例中，气体吸收池为铝合金材质，内表面惰化处理，内径10mm，有效光程为100mm。
数据处理系统用于通过对测试光进行数据处理，并通过分析计算获得被监测气体中臭氧的浓度。
数据处理系统包括光纤光谱仪和控制模块4，光纤光谱仪包括光纤光谱仪发射端10与光纤光谱仪接收端11，光纤光谱仪发射端10通过控制接口线与光纤光谱仪接收端11连接；光纤光谱仪接收端11经USB接口线与控制模块4的输入端连接，控制模块4的DVI1端口与数据显示模块5连接。本实施例中，控制模块采用EC7-1818工控机主板，EC7-1818工控机主板为Intel 第三代 Atom D2550/N2600高性能Mini-ITX主板，CPU为Intel NM10+Intel Atom N2600 ，提供2个10/100/1000Mbps网络接口，LAN1可支持网络唤醒功能，12V供电。
光纤光谱仪发射端10用于发出测试光，测试光经光纤传送至气体吸收池3的进光口；光纤光谱仪接收端11用于接收经被监视气体吸收后的测试光，并对测试光进行分析，被监视气体吸收后的测试光从气体吸收池3的出光口输出后经光纤连接至光纤光谱仪接收端11。
本实施例中，光纤光谱仪发射端采用的是AvaLight-XE脉冲氙灯，脉冲氙灯利用贮存的电能或化学能在极短时间内发生高强度的闪光作为测试光。光纤光谱仪接收端采用Avantes AvaSpec-2048光纤光谱仪，AvaSpec-2048光纤光谱仪是荷兰Avantes公开开发的一款微小型光纤光谱仪，测量速度快，分辨率为0.15nm。AvaLight-XE脉冲氙灯通过附加的控制接口线——AvaSpec-USB2光谱仪用IC-DB26-2与AvaSpec-2048光纤光谱仪连接，使AvaLight-XE脉冲氙灯发出的闪光信号与AvaSpec光纤光谱仪的数据进行采集同步。AvaSpec-2048光纤光谱仪包括入射狭缝、准直物镜、光栅、成像反射镜、滤色片和阵列探测器，能够对光信号数据进行采集与初步处理。
本实施例中，数据处理系统还包括移动硬盘6，移动硬盘6通过SATA线与控制模块4连接，用于存储数据。
数据显示模块5，用于显示测试结果。本实施例中，数据显示模块采用液晶平板显示器，液晶平板显示器通过数据线与控制模块4的 DVI1端口连接。液晶平板显示器对控制模块处理的数据进行显示。
电源模块为各系统进行供电，其输入端通过启动按钮连接交流220V电源，输出为12V工作电源，功率为100W。电源模块通过绝缘线分别与抽气泵2、光纤光谱仪发射端10、光纤光谱仪接收端11、控制模块4、移动硬盘6、液晶平板显示器连接。
本实施例模拟监测变电站高压开关柜中的气体臭氧浓度变化，通过对固定容器中的气体改变充入氮气的流速而引发容器中臭氧浓度发生变化。具体工作原理如下所述。
实验开始时，连接交流220V电源，按下启动按钮，抽气泵、光纤光谱仪、控制模块、液晶平板显示器也将开始工作；当内置系统启动后，控制模块启动并开始采集数据。
抽气泵工作后，将被监测气体送入气体吸收池，不同时间的臭氧浓度自气体吸收池进气口进入气体吸收池之后，通过气体吸收池出气口排入大气；被监测气体在经过气体吸收池时，AvaLight-XE脉冲氙灯发出的测试光经光纤照射进吸收池内，测试光经被监测气体中臭氧吸收后，再经光纤送入AvaSpec-2048光纤光谱仪。AvaSpec-2048光纤光谱仪接收的光信号经入射狭缝投射到准直物镜上，将发散光变成准平行光反射到光栅上，色散后经成像反射镜将光谱呈在阵列探测器的接收面上，形成光谱谱面；光谱谱面既是单色光的序列排布（有高级次光谱影响），让整个光谱中任一个微小谱带照射到相对应探测器的像元上，在此将光信号转换成电信号后，经模拟数字转换、A/D放大、最后输出给控制模块，从而完成光谱信号测量。
经AvaSpec-2048光纤光谱仪初步处理输出的电信号经USB接口线传输给控制模块后，控制模块对电信号进行分析，得到臭氧浓度值。
本实施例模拟的实验环境中气体的臭氧吸光度变化曲线如图3所示。可见随着放电时间的增加，臭氧浓度也随着增加，但持续几个小时后，由于放电产生的臭氧吸光度与臭氧自身的分解达到了一个平衡，因此臭氧吸光度达到一个恒定值，该值即为被监测气体的臭氧浓度值。
本实用新型可用于对被监测气体中的臭氧浓度进行在线监测，尤其适用于对变电站中电气设备所处环境中的臭氧浓度进行在线监测。由于变电站中，高压电气设备由于绝缘老化等问题容易发生放电，放电过程中会直接导致气体中的臭氧浓度增加，因此采用本实用新型通过对高压电气设备周边的臭氧浓度进行监测即可获知高压电气设备是否发生放电，进一步获知电气设备的运行状态。
Claims (6)
1.便携式臭氧浓度在线监测装置，其特征在于：包括壳体，所述壳体内设置有用于抽取被监测气体的抽气系统、用于对被监测气体进行过滤的过滤系统、用于采用被监测气体吸收测试光的气体吸收池（3）以及用于对测试光进行数据处理的数据处理系统；所述壳体的面板上设置有用于显示测试结果的数据显示模块以及启动装置的启动按钮；所述过滤系统、抽气系统和气体吸收池之间通过密闭的PTFE管连通，所述气体吸收池和数据处理系统之间通过光纤连接。
2.根据权利要求1所述的便携式臭氧浓度在线监测装置，其特征在于：所述抽气系统包括设置在壳体内的抽气泵（2）和用于调节和控制气体流速的调速盒，调速盒通过支撑架架设在面板下方，所述调速盒里设置有用于控制抽气泵工作状态的电源开关、调速开关以及调速旋钮；所述抽气泵（2）的进气端通过PTFE管与过滤系统连通，抽气泵（2）的出气端通过PTFE管与气体吸收池（3）连通，抽气泵（2）的受控端连接控制盒。
3.根据权利要求1所述的便携式臭氧浓度在线监测装置，其特征在于：所述数据处理系统包括光纤光谱仪和控制模块（4），光纤光谱仪包括通过控制接口线连接的光纤光谱仪发射端（10）与光纤光谱仪接收端（11），光纤光谱仪发射端（10）的输出端经光纤连接气体吸收池（3）的进光口，气体吸收池（3）的出光口经光纤连接光纤光谱仪接收端（11）；所述光纤光谱仪接收端（11）经USB接口线与控制模块（4）的输入端连接，控制模块（4）的DVI1端口与数据显示模块（5）连接。
4.根据权利要求3所述的便携式臭氧浓度在线监测装置，其特征在于：所述数据处理系统还包括移动硬盘（6），移动硬盘（6）通过SATA线与控制模块（4）连接。
5.根据权利要求1所述的便携式臭氧浓度在线监测装置，其特征在于：所述数据显示模块（5）包括液晶平板显示器，液晶平板显示器通过DVI1端口与控制模块（4）连接。
6.根据权利要求1所述的便携式臭氧浓度在线监测装置，其特征在于：所述过滤系统包括安装在抽气系统进气端的过滤网（1），所述过滤系统两端分别通过PTFE管与抽气泵进气端和被监测气体连通。
Priority Applications (1)
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| CN201520302989.1U CN204613096U (zh) | 2015-05-12 | 2015-05-12 | 便携式臭氧浓度在线监测装置 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN104833640A (zh) * | 2015-05-12 | 2015-08-12 | 华北电力大学（保定） | 一种便携式臭氧浓度在线监测装置及监测方法 |
| CN106646162A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-05-10 | 河北省机电体化中试基地 | 一种高压开关柜电缆局部放电监测模拟系统 |
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2015
- 2015-05-12 CN CN201520302989.1U patent/CN204613096U/zh not_active Expired - Fee Related
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