CN214408790U - 一种用于区分气体类型的光电离化传感器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于区分气体类型的光电离化传感器，用于提高光电离化传感器在检测具有不同电离能的气体时的分类能力。本申请包括：紫外灯模块、传感器主体、离子电流接收电极对、放大电路和输出模块；传感器主体上设置有气体流通区域和信息处理区域；紫外灯模块上设置有至少两个紫外光窗口，每一个所述紫外光窗口发出的紫外光光谱成分不同，紫外灯模块设置于气体流通区域内，紫外光窗口用于在紫外灯模块生成紫外光光源后射出紫外光；气体流通区域内安装有至少两个离子电流接收电极对；信息处理区域内安装有至少两个放大电路，离子电流接收电极对与放大电路连接；输出模块设置于信息处理区域内，输出模块与放大电路连接。

Description

一种用于区分气体类型的光电离化传感器

技术领域

本申请实施例涉及检测领域，尤其涉及一种用于区分气体类型的光电离化传感器。

背景技术

光电离化传感器是当前检测气体物质的一种重要传感器。其工作原理是：待测气体吸收紫外灯发射的光子，被电离成正离子和电子，其中气体分子被成功电离，需要紫外光光子能量(根据E＝hν计算)大于气体分子的离子化能。在外加电极的作用下，离子在空间移动形成微弱电流并被收集，这个微弱电流为光离子化电流。产生的离子化电流一般通过设置10⁹Ω级别的大电阻的放大电路而被转化为便于测量的电压值，最后通过输出模块进行逻辑分析与计算，得到待测气体是否被电离的数据。

但是，在检测气体过程中，待测气体可能不只具有一种气体，它可以是多种气体的混合。在检测过程中。由于传统的光电离化传感器上的紫外灯模块只有一个紫外光光源和一个紫外光窗口，并且光电离化传感器上只有一个放大电路和输出模块，导致每一紫外光窗口所射出的紫外光的离子化能固定，只能电离电离能小于紫外光离子化能的待测气体，无法电离电离能大于紫外光离子化能的待测气体。即只能得出待测气体中存在电离能小于这一紫外光离子化能的气体类型这一分析数据，无法继续对待测气体中气体类型进行进一步分析，得到更多关于气体类型的分析数据。

当前，通过增加另一个能够射出不同能量的紫外光的紫外灯模块，并且添加新的放大电路，使得光电离化传感器可以继续对待测气体的气体类型进行进一步分析，并得到更多关于气体类型的分析数据。

但是，增加紫外灯模块的方法中，待测气体受到两个紫外灯模块分别作用，即待测气体不共用同一个紫外光光源，这些紫外光光源的气体浓度、纯度等各个方面均存在不可控的差异，在长期使用过程中光强的衰减速度也可能不同，在使用过程中，对于不同气体类型的分析数据的准确性会降低，导致传统的光电离化传感器在检测具有不同电离能的气体时的分类能力降低。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种用于区分气体类型的光电离化传感器，其特征在于，包括：

紫外灯模块、传感器主体、离子电流接收电极对、放大电路和输出模块；

所述传感器主体上设置有气体流通区域和信息处理区域；

所述紫外灯模块上设置有至少两个紫外光窗口，每一个所述紫外光窗口发出的紫外光光谱成分不同，所述紫外灯模块设置于所述气体流通区域内，所述紫外光窗口用于在紫外灯模块生成紫外光光源后射出紫外光；

所述气体流通区域内安装有至少两个所述离子电流接收电极对，所述离子电流接收电极对放置于所述紫外光窗口前，所述离子电流接收电极对用于接收待测气体电离时产生的信号；

所述信息处理区域内安装有至少两个所述放大电路，所述离子电流接收电极对与所述放大电路连接，所述放大电路用于处理所述离子电流接收电极对采集的信号；

所述输出模块设置于所述信息处理区域内，所述输出模块与所述放大电路连接，输出模块用于接收并根据所述放大电路处理后的信号生成用于区分所述待测气体气体基于电离能阈值的分析数据。

可选的，所述紫外灯模块包括交流电压模块、紫外光窗口、紫外激励电极对、紫外灯主体和工作气体；

紫外灯主体内包含所述工作气体，在所述紫外激励电极对的激励下发射紫外光；

所述紫外灯主体上设置至少两个紫外光窗口，所述工作物质产生的所述发射紫外光通过所述紫外光窗口后，每个紫外光窗口发出的光谱成分不同；

所述紫外激励电极对安装于所述紫外灯主体上，所述紫外激励电极对用于激励所述工作气体产生紫外光光源；

所述交流电压模块与所述紫外激励电极对连接，所述交流电压模块用于给所述紫外激励电极对提供高压交流电压。

可选的，所述交流电压模块包括高压电源模块和高压电源转换模块；

所述高压电源模块连接所述高压电源转换模块；

所述高压电源转换模块连接所述紫外激励电极对，所述高压电源转换模块用于向所述紫外激励电极对提供电能。

可选的，所述紫外灯模块还包括气体吸附剂；

紫外灯模块内包含所述气体吸附剂，所述气体吸附剂用于对紫外灯模块内的杂质气体进行吸附。

可选的，所述气体流通区域包括进气口、排气口和电离区域；

所述进气口设置于所述传感器主体上，将所述待测气体通过所述进气口进入所述电离区域，所述待测气体在所述电离区域电离；

所述排气口设置于所述传感器主体上，所述排气口用于将所述待测气体抽离所述电离区域。

可选的，所述气体流通区域还包括用于将所述待测气体抽入所述电离区域的抽气泵。

可选的，所述气体流通区域还包括用于将所述待测气体排出所述电离区域的排气泵。

可选的，所述离子电流接收电极对与所述紫外光窗口平行放置。

可选的，所述离子电流接收电极对与所述紫外光窗口垂直放置。

可选的，所述输出模块包括逻辑判断模块和信息输出模块；

所述逻辑判断模块与所述放大电路连接，所述逻辑判断模块用于分析所述放大电路处理后的信号；

所述逻辑判断模块与所述信息输出模块存在连接，所述信息输出模块用于用于生成指示所述待测气体的气体类型分析数据。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

在同一个紫外灯模块上同时设置了多个紫外光窗口，每一个紫外光窗口通过射出紫外光电离待测气体，通过多个离子电流接收电极对接收待测气体电离时产生的信号，离子电流接收电极对将信号传入放大电路进行信息处理，输出模块接收多个放大电路传输的信息进行逻辑分析与计算，判断紫外光窗口上的是否有待测气体电离，从而增加了气体类型分析数据。由于紫外光窗口采用的材料不同，所以紫外光窗口射出的紫外光光谱成分也不相同，导致放大电路接收到的数据存在差异，输出模块会将这些数据之间的差异进行逻辑分析与计算，得到区分所述待测气体气体基于电离能阈值的分析数据。在本申请实施例中，在同一个紫外灯模块上设置多个材质不同的紫外光窗口，使其共用一个紫外光光源，每一个紫外光窗口的紫外光光源、气体浓度、纯度等都几乎相同，提高光电离化传感器在检测具有不同电离能的气体时的分类能力。

附图说明

图1为用于区分气体类型的光电离化传感器的一个实施例结构示意图；

图2为紫外灯模块的一个实施例结构示意图；

图3为紫外灯模块一个实施例结构示意图；

图4为紫外灯模块另一个实施例结构示意图；

图5为用于区分气体类型的光电离化传感器的另一个实施例结构示意图；

图6为紫外灯与离子电流接收电极对的位置关系的一个实施例结构示意图；

图7为紫外灯与离子电流接收电极对的位置关系的另一个实施例结构示意图；

图8为双紫外灯窗口的光电离化传感器在测量IBE气体时的响应图；

图9为双紫外灯窗口的光电离化传感器在测量氨气时的响应图；

图10为双紫外灯窗口的光电离化传感器在测量氨气与IBE混合气体时的响应图。

具体实施方式

下面将结合本申请中的附图，对申请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，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例公开了一种用于区分气体类型的光电离化传感器，用于提高光电离化传感器在检测具有不同电离能的气体时的分类能力。

请参阅图1，本申请实施例提供了一种用于区分气体类型的光电离化传感器，包括：

紫外灯模块1、传感器主体2、离子电流接收电极对3、放大电路4和输出模块5；

传感器主体2上设置有气体流通区域和信息处理区域；

所述紫外灯模块1上设置有至少两个紫外光窗口，每一个所述紫外光窗口发出的紫外光光谱成分不同，所述紫外灯模块1设置于所述气体流通区域内，所述紫外光窗口用于在紫外灯模块生成紫外光光源后射出紫外光；

所述气体流通区域内安装有至少两个所述离子电流接收电极对3，所述离子电流接收电极对3放置于所述紫外光窗口前，所述离子电流接收电极对3用于接收待测气体电离时产生的信号；

所述信息处理区域内安装有至少两个所述放大电路4，所述离子电流接收电极对3与所述放大电路4连接，所述放大电路4用于处理所述离子电流接收电极对3采集的信号；

所述输出模块5设置于所述信息处理区域内，所述输出模块5与所述放大电路4连接，输出模块5用于接收并根据所述放大电路4处理后的信号生成用于区分所述待测气体气体基于电离能阈值的分析数据。

图1以双紫外光窗口的光电离化传感器为例，下面首先对双紫外光窗口的光电离化传感器的结构及其结构的作用进行说明。

双紫外光窗口的光电离化传感器有一个传感器主体2，传感器主体2是一个传感器外壳，用于安装其他的检测元件，并且为待测气体提供检测的空间。传感器主体2上可分为气体流通区域和信息处理区域两个区域，气体流通区域内的装置有紫外灯模块1和离子电流接收电极对3，信息处理区域内的装置有放大电路4和输出模块5。

实际应用中，要将待测气体通入气体流通区域中，通过紫外灯模块1对待测气体进行电离。信息处理区域用于处理并输出气体流通区域中检测到的信息数据。

紫外灯模块1是发射紫外光的装置，在双紫外光窗口的光电离化传感器上，紫外灯模块1设置有两个紫外光窗口7，这两个紫外光窗口的材质不同，所能透过的紫外光波长与能量也不同，从而导致出射紫外光谱成分不同。由于紫外灯模块1只会生成一个紫外光光源，所以这两个紫外光窗口7共用同一个紫外光光源。两个紫外光窗口7共用同一个紫外光光源，可以减少紫外光光源、气体浓度、纯度等差异。相比于使用多个紫外灯模块的光电离化传感器，双紫外光窗口的光电离化传感器只用一个紫外光光源，采集到的数据误差更小。

离子电流接收电极对3是由两个的电极板组合的，在双紫外光窗口的光电离化传感器中，设置有两组离子电流接收电极对3，分别采集两个紫外光窗口7电离的气体离子，进而形成微弱的电流信号。离子电流接收电极对3会将收集来的微弱电流信号，传输到放大电路4上。

在双紫外光窗口的光电离化传感器中，设置了两个放大电路4，两个放大电路4分别与两个离子电流接收电极对3连接。两个放大电路4用于分别接收两个离子电流接收电极对3所形成的微弱的电流信号，并将微弱的电流信号放大成一个低阻电压信号的模拟输出，这个模拟输出最终由放大电路4传输到输出电路5中。

在双紫外光窗口的光电离化传感器中，设置了一个输出模块5，输出模块5用于接收两个放大电路4传输的模拟输出，进行逻辑分析与计算，生成用于区分所述待测气体气体基于电离能阈值的分析数据。

紫外灯模块产生紫外光的方法，原理是通过激发稀有气体产生等离子发射，其发射光谱中包含特定波长的紫外光谱来实现，而特定原子的等离子发射波长取决于其内部壳层电子结构，虽然有较多的发射波长但是每种发射波长基本为定值，在选定了封装的工作物质之后难以改变。另外一种方法是通过使用对不同波长的紫外光具有不同透过率的材料制作紫外光窗口7，以此来实现紫外波长的选择。例如：常见的工作物质Kr气体，其谱线中较强的紫外波长为116.5nm和123.6nm，对应10.6eV和10.0eV光子能量，因此采用适当的紫外窗口材料便可选择以上波长不通过，或者通过一个或者均通过。

本实施例中，根据上述紫外光光源的产生方法，在同一个紫外灯模块上安装了两个制作材料不相同的紫外光窗口7，使得两个紫外光窗口7对不同波长的紫外光具有不同透过率，导致两个紫外光窗口7能够电离的气体存在差异，实现对不同气体类型的检测。

在不增加紫外灯模块的情况下，紫外灯窗口得到能够透过不同能量的紫外光，并且每一个紫外光窗口的紫外光光源、气体浓度、纯度等都几乎相同，不仅实现对不同气体类型的检测，提高光电离化传感器在检测具有不同电离能的气体时的分类能力。

其次，检测过程中无需考虑多个联用时存在诸多初始的匹配问题、校准问题和额外维护问题。由于本实施例使用同一紫外灯模块，紫外光光源只有一个，降低了成本与光电离化传感器的体积。

请参考图2，本申请实施例提供了一种，包括：

可选的，紫外灯模块1包括交流电压模块6、紫外光窗口7、紫外激励电极对8、紫外灯主体9和工作气体10；

所述紫外灯主体9上设置至少两个紫外光窗口，每个紫外光窗口7发出的紫外光光谱成分不同；

紫外灯主体9内包含所述工作气体，在所述紫外激励电极对8的激励下发射紫外光；

所述紫外激励电极对8安装于所述紫外灯主体9上，所述紫外激励电极对8用于激励所述工作气体10产生紫外光光源；

所述交流电压模块6与所述紫外激励电极对8连接，所述交流电压模块6用于给所述紫外激励电极对8提供高压交流电压。

本实施例中，以双紫外光窗口的紫外灯模块为例，对紫外灯模块1的结构进行说明。

紫外灯主体9是紫外灯模块1的框架，本实施例中，双紫外光窗口的紫外灯模块的紫外灯主体9为圆柱状。紫外灯主体9上存在两个紫外灯安装口，紫外灯安装口用于安装紫外光窗口7。

本实施例中，紫外光窗口7的制作材料可以是为MgF₂，CaF₂，LiF等，此处不作限定。但在同一个紫外灯模块1上的多个紫外光窗口7的材质各不相同，以使得紫外光窗口7发射出不同能量的紫外光。

紫外灯主体9内部需要引入紫外光光源，本申请实施例中，在紫外灯主体9内部注入工作气体10，工作气体10是一种可以通过某种条件激励，使其产生紫外光光源的气体物质，本实施例中使用的工作气体为稀有气体Kr。理论上，还存在其他稀有气体可以作为工作气体，此处不作限定。由于工作气体10的等离子状态很容易别其他杂质气体淬灭，所以紫外灯模块1制作成低压密封状态。

双紫外光窗口的紫外灯模块上还设置了紫外激励电极对8，有个紫外激励电极对8有两个电极，紫外激励电极对8用于激发工作气体10，使得工作气体10被激发出紫外光光源。将紫外激励电极对8与交流电压模块6连接，交流电压模块6给紫外激励电极对8接通高压交流电压，使其产生交替的电场环境，工作气体10在这样的电场环境下，会激发出紫外光光源，紫外光光源通过两个紫外光窗口7射出。

本实施例中，紫外激励电极对8材料可以是Cu或Au等金属或者其他材料带有导电的镀层，此处不作限定。

在本申请实施例中，以双紫外光窗口的紫外灯模块为例，对紫外灯模块1的制作过程进行说明。

在双紫外光窗口的紫外灯模块中，紫外灯主体9为一个圆柱形玻璃管，将该圆柱形玻璃管的一个紫外灯安装口在高温下先用低温玻璃粉等物质与紫外光窗口7粘结，实现半开放半封闭的结构，此处的紫外光窗口7材料为氟化镁。随后再将圆柱形玻璃管的另一个紫外灯安装口上加入低温玻璃粉等物质，将以上装置封入一个充有工作气体10的低压环境，此处的工作气体10为Kr气体，压力约为300pa，随后加热至低温玻璃粉的工作温度，将其粘贴，实现工作气体10的封闭和紫外光窗口的粘结。随后降温并联通大气，安装紫外激励电极对8后，完成真空且具有双窗口的紫外灯模块1的制作。

请参考图3和图4，需要说明的是，除了双紫外光窗口的光电离化传感器外，理论上，还可以实现更多紫外光窗口的光电离化传感器的制作，图3为三紫外光窗口的紫外灯模块的结构图，图4为四紫外光窗口的紫外灯模块的结构图，理论上，通过制作出多紫外光窗口的紫外灯模块，即可制作对应的光电离化传感器，提高光电离化传感器在增加气体类型的分析数据时的检测精细度。

请参考图5，下面对光电离化传感器的结构进行详细说明：

可选的，交流电压模块6包括高压电源模块11和高压电源转换模块12；

高压电源模块11连接高压电源转换模块12；

高压电源转换模块12连接紫外激励电极对8，高压电源转换模块12用于向紫外激励电极对8提供电能。

本实施例中，交流电压模块6分为两个部分，一个是高压电源模块11，高压电源模块11在运行过程中提供高压电能，另一个是高压电源转换模块12，高压电源转换模块12将高压电源模块11提供的高压电源转换为高压交流电压，使得紫外激励电极对8得到高压交流电压。

可选的，所述紫外灯模块1还包括气体吸附剂；

紫外灯模块内包含所述气体吸附剂，所述气体吸附剂用于对紫外灯模块内的杂质气体进行吸附。

本实施例中，气体吸附剂可以是Zr、Al、V的合金材料，此处不作限定。紫外灯模块1在制作过程中或使用过程中，工作气体中可能会渗透杂质气体，气体吸附剂会对紫外灯模块1内部的杂质气体进行吸附。

可选的，所述气体流通区域包括进气口13、排气口14和电离区域15；

所述进气口13设置于所述传感器主体1上，将所述待测气体通过所述进气口13进入所述电离区域，所述待测气体在所述电离区域15电离；

所述排气口14设置于所述传感器主体1上，所述排气口14用于将所述待测气体抽离所述电离区域15。

在气体流通区域上设置有进气口13和排气口14，进气口13与排气口14将被检测气体通入电离区域中15。其中，将被检测气体通入电离区域中15的方式主要为主动泵吸方式或被动扩散方式两种。被动扩散方式是通过改变进气口13内外两侧的浓度梯度差，使得被检测气体通过进气口13扩展至电离区域15，当检测结束后，通过改变排气口14内外两侧的浓度梯度差，使得被检测气体通过排气口14从电离区域15扩展到外部。主动泵吸方式是将气泵机安装于排气口14或者进气口13上，通过气泵机实现被检测气体进入电离区域15以及排出电离区域15。采用扩散式检测或者泵吸式检测，流量为50-1000mL/min，优选地，范围在100-400mL/min。

下面对主动泵吸方式进行说明：

可选的，所述气体流通区域还包括用于将所述待测气体抽入所述电离区域15的抽气泵16。

可选的，所述气体流通区域还包括用于将所述待测气体排出所述电离区域15的排气泵17。

本实施例中，气泵机根据安装的位置可以分为抽气泵16与排气泵17，抽气泵16用于将将待测气体抽入电离区域15，排气泵17用于将将待测气体排出电离区域15。在同一个光电离化传感器上，只需要设置抽气泵16与排气泵17其中一个即可达到主动泵吸方式的目的，也可以抽气泵16与排气泵17同时安装，此处不作限定。

可选的，输出模块5包括逻辑判断模块18和信息输出模块19；

所述逻辑判断模块18与所述放大电路4连接，所述逻辑判断模块18用于分析所述放大电路4处理后的信号；

所述逻辑判断模块18与所述信息输出模块19存在连接，所述信息输出模块19用于用于生成指示所述待测气体的气体类型分析数据。

本实施例中，逻辑判断模块18和信息输出模块19主要用于对放大电路4发送来的电信号进行逻辑判断。

请参考图6和图7，下面对离子电流接收电极对3与紫外光窗口7的放置位置进行说明：

可选的，所述离子电流接收电极对3与所述紫外光窗口7平行放置。

可选的，所述离子电流接收电极对3与所述紫外光窗口7垂直放置。

目前，在光电离化传感器中，离子电流接收电极对3与紫外光窗口7有不同的位置安装方式。图6中展示了正负电极平行于紫外光出射方向的设计，图7展示了正负电极垂直于紫外光出射方向的设计，当采用图7的设计方式时，靠近紫外光窗口7的电极上应有通光孔，使得紫外光通过电极达到两电极之间。在图6与图7中，紫外光源通过紫外光窗口7发送，其发射的紫外光方向平行向上。常见的光电离化传感器的紫外光光源是通过稀有气体的等离子发光实现的，这些紫外光透过紫外光源的透明层射出，常见的光电离化传感器的光源在紫外透明层端为圆柱形。在外光源的用途是电离在电离区域15之间的待测气体分子。在图6与图7中，离子电流接收电极对3有正负两极，用于产生电场收集被电离的待测气体分子离子。在图6中，电离区域15的气流方向可以垂直于纸面，可以通过离子电流接收电极对3上的微孔进入电离区域15，垂直于离子电流接收电极对3的正负电极，或者平行于紫外光方向从上向下或者从下向上流动。图7中，电离区域15的可以平行于离子电流接收电极对3的正负电极垂直于纸面或者在纸面内流动，或者是垂直与离子电流接收电极对3的正负电极电极板平行于紫外光方向流动。

本实施例中，当测量到待测气体中存在电离能小于某一紫外光窗口7射出的紫外光的能量后，还可以对该类型的待测气体的气体浓度进行计算。下面对实施步骤进行说明：

当高压电源模块11向高压电源转换模块12输入一个电压V，经过高压电源转换模块12中的振荡电路产生交流信号，并且该信号被高压电源转换模块12中的升压电路放大数百倍。该高频交流电压可以激发充有稀有气体的紫外灯模块1发出一定强度的紫外光。该紫外光透过不同材料制作的紫外光窗口7，发射出不同能量的紫外光，不同能量的紫外光电离附近的部分有机与无机气体分子，产生离子，这些离子通过光源附近的离子电流接收电极对3的正负电极片进行收集，产生微弱电流。该电流经过放大电路4放大，最终产生一个低阻电压信号的模拟输出，输出模块5对这个低阻电压信号的模拟输出进行分析计算与数据输出，从而完成对气体分子的检测，紫外光激发产生的气体分子离子与气体分子的浓度近似成正比，因为在已知气体种类的情况下，可以确定气体分子的浓度。从上述步骤可以看出，该光电离化传感器除了可以检测待测气体中气体的类型，还可以对待测气体的浓度进行一定程度的计算。

下面将对光电离化传感器的具体使用步骤做详细的描述，为了举例需要，使用双紫外光窗口的光电离化传感器为例。

请参考图8至图10，在使用双紫外光窗口的光电离化传感器时，分别使用CaF₂材质的紫外光窗口和MgF₂的紫外光窗口。CaF₂材质的紫外光窗口和MgF₂的紫外光窗口均产生一个输出电压，分别对应V_c和V_m，由于两侧紫外光的光谱成分不同(波长和强度不同，即使是同一种波长，其紫外光的透过率也不同)。光离子化传感器一般使用异丁烯(IBE)对其输出电压与气体浓度的关系进行标定，对于其他气体采用校准系数(CF)值进行换算，对于同一气体，其在不同紫外光波长激发时CF值不同，具体换算方法为：

C_被测气体＝CF_被测气体×C_{IBE等效浓度} 公式一

对于某种被检测气体，CaF₂窗口侧IBE等效浓度，即离子化能(IP)不超过10.0eV的IBE等效气体浓度(C_c)与输出电压(V_c)的标定关系为：

C_c＝f_c(V_c) 公式二

对于某种被检测气体，MgF₂窗口侧IBE等效浓度，即IP不超过10.6eV的IBE等效气体浓度(C_m)与输出电压的标定(V_m)关系为：

C_m＝f_m(V_m) 公式三

如果待测气体中存在多种气体，则在CaF₂侧,IP大于10.0eV的气体的CF为0，小于等于10.0eV的气体浓度与公式二中的C_c的关系为：

类似地，在MgF₂侧每种IP不大于10.6eV的气体浓度与C_m的关系为：

为当V_c和V_m均不超过最大输出电压时，IP不高于10.0eV的物质浓度以Vc计算，使用公式二进行计算：

如果已知被检测气体为一种，可以使用CF值CF_c1对C_c进行修正计算被测物浓度(C_Target)，具体公式为：

C_Target＝C_c·CF_c1 公式六

联立公式二与公式七，此时IP不高于10.0eV的气体浓度的计算式为：

C_Target＝F_c(V_c)·CF_c1 公式七

IP在10.0～10.6eV的物质浓度以V_c与V_m共同计算，当IP高于10.0eV但是不高于10.6eV的气体为一种并且IP不高于10.0eV的气体浓度也为一种时，根据以上公式连立，计算公式：

C_Target＝(F_m(V_m)-F_c(V_c)·CF_c1/CF_m1)·CF_m2 公式八

由于MgF₂侧包含10.0eV和10.6eV的紫外光，所以V_m值应大于等于V_c值。当一侧电压输出值饱和时，应为V_m值饱和V_c值不饱和。此时IP不高于10.0eV的物质浓度仍以V_c计算，而MgF₂侧饱和说明IP在10.0～10.6eV的物质浓度超过MgF₂侧最大可检测等效IBE浓度与对应CaF₂测气体经过换算后的差值。而当双侧电压输出值均饱和时，说明IP不高于10.0eV的物质浓度超过CaF₂侧最大可检测等效IBE浓度，而此时IP在10.0～10.6eV的物质浓度无法计算。

请参考图8，双紫外光窗口光电离化传感器对IBE进行检测，异丁烯的IP值为9.43eV，故CaF₂和MgF₂窗口均可以使IBE产生离子。图8展示了双紫外光窗口光电离化传感器对25ppm的IBE(平衡气为氮气)的响应，由于MgF₂侧的紫外光透过量更大，能量也更强，所以同样的IBE浓度MgF₂侧产生的离子电流更大，信号也更强。相同浓度的IBE两侧信号强度之比约为4.5倍。

请参考图9，双紫外光窗口光电离化传感器对氨气进行检测，氨气的IP值为10.18V，故仅MgF₂窗口可以使氨气产生离子，而CaF₂窗口不能有效产生离子。图9展示了双窗口PID设备对20ppm的氨气(平衡气为氮气)的响应，由于MgF₂侧的紫外光包含10.6eV的紫外光，所以MgF₂侧产生了明显的响应信号，而CaF₂侧没有产生任何信号。从而认定被测气体中不含有IP值低于10.0eV的气体，而含有电离能超过10.0eV而不超过10.6eV的气体。

请参考图10，双紫外光窗口光电离化传感器对氨气与异丁烯(IBE)的混合气体进行检测，异丁烯的IP值为9.43eV，氨气的IP值为10.18V，故仅MgF₂窗口可以使氨气和IBE产生离子，而CaF₂窗口仅能有效地使IBE产生离子。图10展示了双窗口PID设备对20ppm的氨气与25ppm的IBE的混合气(平衡气为氮气)的响应，由于MgF₂侧的紫外光包含10.6eV的紫外光，所以MgF₂侧产生了明显的响应信号，而CaF₂侧仅为IBE的信号，可以观察到双侧的信号之比为6.2，超过了仅有IBE时的比例(根据参考图8为4.5)，从而认定混合气中含有IP值超过10.0eV的气体。从而认定被测气体中含有IP值低于10.0eV的气体(异丁烯)，也含有电离能超过10.0eV而不超过10.6eV的气体(氨气)。

从以上例子中，可以看出在双紫外光窗口的光电离化传感器中，可以检测待测气体中的多种气体，增加了对被测气体基于电离能的分类信息。并且，使其共用一个紫外光光源，每一个紫外光窗口的紫外光光源、气体浓度、纯度等都几乎相同，不仅实现对不同气体类型的检测，提高了光电离化传感器在检测具有不同电离能的气体时的分类能力。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅用于说明各部件或组成部分之间的相对位置关系，并不特别限定各部件或组成部分的具体安装方位。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请中所附图式所绘制的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用于限定本申请可实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均仍应落在本申请所揭示的技术内容涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种用于区分气体类型的光电离化传感器，其特征在于，包括：

紫外灯模块、传感器主体、离子电流接收电极对、放大电路和输出模块；

所述传感器主体上设置有气体流通区域和信息处理区域；

所述紫外灯模块上设置有至少两个紫外光窗口，每一个所述紫外光窗口发出的紫外光光谱成分不同，所述紫外灯模块设置于所述气体流通区域内，所述紫外光窗口用于在紫外灯模块生成紫外光光源后射出紫外光；

所述气体流通区域内安装有至少两个所述离子电流接收电极对，所述离子电流接收电极对放置于所述紫外光窗口前，所述离子电流接收电极对用于接收待测气体电离时产生的信号；

所述信息处理区域内安装有至少两个所述放大电路，所述离子电流接收电极对与所述放大电路连接，所述放大电路用于处理所述离子电流接收电极对采集的信号；

所述输出模块设置于所述信息处理区域内，所述输出模块与所述放大电路连接，输出模块用于接收并根据所述放大电路处理后的信号生成用于区分所述待测气体气体基于电离能阈值的分析数据。

2.根据权利要求1所述的光电离化传感器，其特征在于，所述紫外灯模块包括交流电压模块、紫外光窗口、紫外激励电极对、紫外灯主体和工作气体；

紫外灯主体内包含所述工作气体，在所述紫外激励电极对的激励下发射紫外光；

所述紫外灯主体上设置至少两个紫外光窗口，所述工作物质产生的所述发射紫外光通过所述紫外光窗口后，每个紫外光窗口发出的光谱成分不同；

所述紫外激励电极对安装于所述紫外灯主体上，所述紫外激励电极对用于激励所述工作气体产生紫外光光源；

所述交流电压模块与所述紫外激励电极对连接，所述交流电压模块用于给所述紫外激励电极对提供高压交流电压。

3.根据权利要求2所述的光电离化传感器，其特征在于，所述交流电压模块包括高压电源模块和高压电源转换模块；

所述高压电源模块连接所述高压电源转换模块；

所述高压电源转换模块连接所述紫外激励电极对，所述高压电源转换模块用于向所述紫外激励电极对提供电能。

4.根据权利要求2所述的光电离化传感器，其特征在于，所述紫外灯模块还包括气体吸附剂；

紫外灯模块内包含所述气体吸附剂，所述气体吸附剂用于对紫外灯模块内的杂质气体进行吸附。

5.根据权利要求1至4中任一项中所述的光电离化传感器，其特征在于，所述气体流通区域包括进气口、排气口和电离区域；

所述进气口设置于所述传感器主体上，将所述待测气体通过所述进气口进入所述电离区域，所述待测气体在所述电离区域电离；

所述排气口设置于所述传感器主体上，所述排气口用于将所述待测气体抽离所述电离区域。

6.根据权利要求5所述的光电离化传感器，其特征在于，所述气体流通区域还包括用于将所述待测气体抽入所述电离区域的抽气泵。

7.根据权利要求5所述的光电离化传感器，其特征在于，所述气体流通区域还包括用于将所述待测气体排出所述电离区域的排气泵。

8.根据权利要求1至4中任一项中所述的光电离化传感器，其特征在于，所述离子电流接收电极对与所述紫外光窗口平行放置。

9.根据权利要求1至4中任一项中所述的光电离化传感器，其特征在于，所述离子电流接收电极对与所述紫外光窗口垂直放置。

10.根据权利要求1至4中任一项中所述的光电离化传感器，其特征在于，所述输出模块包括逻辑判断模块和信息输出模块；

所述逻辑判断模块与所述放大电路连接，所述逻辑判断模块用于分析所述放大电路处理后的信号；

所述逻辑判断模块与所述信息输出模块存在连接，所述信息输出模块用于输出区分所述待测气体气体基于电离能阈值的分析数据。

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