CN2773672Y - 六氟化硫气体浓度的光学检测装置 - Google Patents
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Abstract
六氟化硫气体浓度的光学检测装置，具有光发射装置、光路装置、气路通道选择器、进气通道、出气通道和待测气体输入通道；光路装置的内部具有窄带滤光器、功率衰减器、分光器、透光器、进气口、出气口和参考光出口；光发射装置的光发射端发射出的光线所在直线与光路装置的轴心线在同一条直线上；气路通道选择器的待测气体输入通道输入端接待测气体输入通道，气路通道选择器的待测气体输入通道输出端经进气通道接进气口；出气口接出气通道与外界相连。采用红外光光学装置对六氟化硫气体浓度进行测量，具有测量范围宽、灵敏度高、精度高、响应速度快、有良好的选择性、能进行连续分析等独特优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种检测六氟化硫气体浓度时所采用的光学检测装置。
背景技术
六氟化硫(FS6)气体浓度的测量通常采用声速测量法，如干涉仪法、比较法和脉冲法等，其测量精度通常受气体温度、流动速度等因素的影响，因而其测量精度很难提高，且测量气体的范围有一定的限制。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可精确测量六氟化硫气体浓度的光学检测装置。
实现本实用新型装置的技术方案是：具有光发射装置、光路装置、进气管道、出气管道、检测端光电转换器和参考端光电转换器；光路装置具有外壳和依照从前向后的次序依次设置在外壳中的窄带滤光器、功率衰减器、分光器和透光器，且窄带滤光器的中心、功率衰减器的中心、分光器的中心和透光器的中心在外壳的轴心线上，且分光器所在平面与外壳的轴心线的夹角为45度；按照从前向后的次序，外壳侧壁的位于功率衰减器与分光器之间的壁体上开有参考光出口，外壳的位于分光器与透光器之间的空腔形成气体室，外壳侧壁的位于气体室处的壁体上开有进气口和出气口，且分光器的中心点在参考光出口的中心线上；光发射装置位于光路装置的前侧、且其光信号发射端位于外壳(11)的轴心线上，检测端光电转换器位于光路装置的后侧、且其光信号接收端位于外壳的轴心线上，参考端光电转换器设置在外壳的侧部、且其光信号接收端位于参考光出口的中心线上；使用时光发射装置的光发射端发射出的光线经过依次经过窄带滤光器和功率衰减器后到达分光器，然后分成两路，一路继续沿外壳的轴心线穿过分光器、气体室和透光器后射至检测端光电转换器的光信号接收端，另一路经分光器分光后穿过外壳的参考光出口后射至参考端光电转换器的光信号接收端；进气管道与外壳的进气口相连，出气管道与外壳的出气口相连，出气管道的另一端与外界空气相通。
在上述技术方案中，还具有气路通道选择器和待测气体输入管道；待测气体输入管道有3至10路，气路通道选择器具有待测气体输入端口和待测气体输出端口；气路通道选择器的待测气体输出端口与进气管道相连；气路通道选择器的待测气体输入端口的数量与待测气体输入管道的数量相同，且各个待测气体输入端口与相应一个待测气体输入管道相连；使用时，各个待测气体输入管道的进气口设置在需要检测六氟化硫气体浓度的地方。
在上述技术方案中，光发射装置的光发射端与光路装置的窄带滤光器的距离为8厘米至15厘米；窄带滤光器与功率衰减器之间的距离为4至6厘米；分光器的中心与功率衰减器之间的距离为5至8厘米；外壳的进气口与参考光出口的间距为3至5厘米；进气口与出气口的间距为15厘米；出气口与外壳的轴心线的间距为3至5厘米；检测端光电转换器与透光器的间距为4至6厘米；分光器的中心点与参考端光电转换器的光信号接收端的间距为8至12厘米。
在上述技术方案中，光路装置的外壳为中空的圆柱体或中空的正三角形柱体或中空的正方形柱体或中空的正五边形柱体。
在上述技术方案中，光路装置的透光器与外壳的内壁紧密粘贴，分光器与外壳的内壁紧密粘贴，除了进气口和出气口，外壳的气体室与外界空气隔绝。
在上述技术方案中，进气口与出气口均为圆柱形且其直径为4至6毫米；出气管道和进气管道为圆柱形管且其直径与进气口的直径相配合；待测气体输入管道为圆柱形管且其直径为6至8毫米。
在上述技术方案中，光发射装置可以是红外光发射装置。
本实用新型具有积极的效果：(1)因为光线不易受环境因素的影响，待测气体的元素对光谱的吸收也不受环境因素如温度、气压、湿度和气体流速等的影响。所以本实用新型采用光学检测装置测量六氟化硫气体浓度具有较强的环境适应能力。(2)当本实用新型采用气路通道选择器对待测气体的气路进行选择时，能较好地扩大气体测量的空间范围，提高本实用新型的光学检测装置的使用效率。(3)本实用新型采用红外光光学装置对六氟化硫气体浓度进行测量，具有测量范围宽、灵敏度高、精度高、响应速度快、有良好的选择性、能进行连续分析等独特优点。(4)本实用新型工作时，穿过气体室的光能量随待测气体浓度的变化而变化，光电转换器将光信号转换成电信号，经相应电路的处理后得出待测气体的浓度。
附图说明
图1为本实用新型的光学装置的截面示意图。
图2为实现本实用新型使用目的的电路框图。
具体实施方式
(实施例1)
见图1，本实施例的六氟化硫气体浓度的光学检测装置具有光发射装置100、光路装置10、气路通道选择器20、出气管道21、进气管道22、待测气体输入管道23、检测端光电转换器31和参考端光电转换器32。光发射装置100是红外光发射装置。光路装置10具有外壳11和依照从前向后的次序依次设置在外壳11中的窄带滤光器13、功率衰减器14、分光器15和透光器16，且窄带滤光器13的中心、功率衰减器14的中心、分光器15的中心和透光器16的中心在外壳11的轴心线上，且分光器15所在平面与外壳11的轴心线的夹角为45度；按照从前向后的次序，外壳11侧壁的位于功率衰减器14与分光器15之间的壁体上开有参考光出口19，外壳11的位于分光器15与透光器16之间的空腔形成气体室12，外壳11侧壁的位于气体室12处的壁体上开有进气口17和出气口18，且分光器15的中心点在参考光出口19的中心线上；光发射装置100位于光路装置10的前侧、且其光信号发射端位于外壳11的轴心线上，检测端光电转换器31位于光路装置10的后侧、且其光信号接收端位于外壳11的轴心线上，参考端光电转换器32设置在外壳11的侧部、且其光信号接收端位于参考光出口19的中心线上；使用时光发射装置100的光发射端发射出的光线经过依次经过窄带滤光器13和功率衰减器14后到达分光器15，然后分成两路，一路继续沿外壳11的轴心线穿过分光器15、气体室12和透光器16后射至检测端光电转换器31的光信号接收端，另一路经分光器15分光后穿过外壳11的参考光出口19后射至参考端光电转换器32的光信号接收端；进气管道22与外壳11的进气口17相连，出气管道21与外壳11的出气口18相连，出气管道21的另一端与外界空气相通。
待测气体输入管道23有3至10路，气路通道选择器20具有待测气体输入端口和待测气体输出端口；气路通道选择器20的待测气体输出端口与进气管道22相连；气路通道选择器20的待测气体输入端口的数量与待测气体输入管道23的数量相同，且各个待测气体输入端口与相应一个待测气体输入管道23相连；使用时，各个待测气体输入管道23的进气口设置在需要检测六氟化硫气体浓度的地方。
光发射装置100的光发射端与光路装置10的窄带滤光器13的距离为8厘米至15厘米；窄带滤光器13与功率衰减器14之间的距离为4至6厘米；分光器15的中心与功率衰减器14之间的距离为5至8厘米；外壳的进气口17与参考光出口19的间距为3至5厘米；进气口17与出气口18的间距为15厘米；出气口18与外壳11的轴心线的间距为3至5厘米；检测端光电转换器31与透光器16的间距为4至6厘米；分光器15的中心点与参考端光电转换器32的光信号接收端的间距为8至12厘米。
光路装置10的外壳11为中空的圆柱体或中空的正三角形柱体或中空的正方形柱体或中空的正五边形柱体。
光路装置10的透光器16与外壳11的内壁紧密粘贴，分光器15与外壳11的内壁紧密粘贴，除了进气口17和出气口18，外壳11的气体室12与外界空气隔绝。
进气口17与出气口18均为圆柱形且其直径为4至6毫米；出气管道21和进气管道22为圆柱形管且其直径与进气口17的直径相配合；待测气体输入管道23为圆柱形管且其直径为6至8毫米。
(应用例1)
见图2，本实用新型在应用时，还应配备相应的电路装置。本应用例除采用实施例1所得到的六氟化硫气体浓度的光学检测装置外，其电路装置还具有检测信号放大及模数转换电路33、参考信号端放大及模数转换电路34、差分及放大电路35、数据分析及控制电路36、LCD液晶显示屏38、光源电源控制电路39、红外光发射装置100、控制面板37、RS-485串口40、气路通道选择器20和报警装置41。检测信号光电转换器31的信号输出端接检测信号放大及模数转换电路33的信号输入端，参考端光电转换器32的信号输出端接参考信号放大及模数转换电路34的信号输入端。差分及放大电路35具有检测信号输入端、参考信号输入端和差分信号输出端。检测信号放大及模数转换电路33的信号输出端接差分及放大电路35的检测信号输入端，参考信号放大及模数转换电路34的信号输出端接差分及放大电路35的参考信号输入端。
数据分析及控制电路36为设有存贮器的单片机，具有差分信号输入端、光源控制信号输出端、串口网络信号端、报警信号输出端、显示信号输出端、控制信号输入端和气路选择信号输出端。差分及放大电路35的差分信号输出端接数据分析及控制电路36的差分信号输入端，数据分析及控制电路36的光源控制信号输出端接光源电源控制电路39的控制信号输入端，光源电源控制电路39的控制信号输出端接红外光发射装置100的电源端。数据分析及控制电路36的串口网络信号端接RS-485串口40的信号端，数据分析及控制电路36的报警信号输出端接报警装置41，数据分析及控制电路36的显示信号输出端接LCD液晶显示屏38。控制面板37的信号输出端接数据分析及控制电路36的控制信号输入端，数据分析及控制电路36的气路选择信号输出端接气路通道选择器20的气路选择信号输入端。
在使用时，控制面板37的信号输出端输出开启信号至数据分析及控制电路36的控制信号输入端，数据分析及控制电路36的气路选择信号输出端输出气路选择信号至气路通道选择器20的气路选择信号输入端，气路通道选择器20选择气体抽入通道23中的某个气路进行抽气。当将待检测点的气体抽入该气路中后，抽入的气体随后被送入进气通道22并通过进气口17进入气体室12；同时气体室12中原有的气体经出气口18和出气通道21排出至室外。同时数据分析及控制电路36的光源控制信号输出端输出开启控制信号至光源电源控制电路39的控制信号输入端，光源电源控制电路39的控制信号输出端输出供电信号至接红外光发射装置100的电源端，红外光发射装置100的红外光发射端开始发射出红外光至光路装置10左端的窄带滤光器13；该红外光经窄带滤光器13的窄带滤光后，射入功率衰减器14进行光线的功率衰减并射向分光器15的中心处，同时该红外光折射为两路，一路继续沿着直线射向透光器16，最后射入检测端光电转换器31的光信号接收端；另一路射出参考光出口19后射入参考端光电转换器32的光信号接收端。在检测信号光电转换器31接收到光信号并进行光电转换后产生检测电信号，检测信号光电转换器31的信号输出端输出上述检测电信号至检测信号放大及模数转换电路33的信号输入端；检测信号放大及模数转换电路33将上述检测电信号进行模数转换后产生检测数字信号，检测信号放大及模数转换电路33的信号输出端将上述检测数字信号输出至差分及放大电路35的检测信号输入端；同时在参考端光电转换器32的光信号接收端接收光信号并进行光电转换后产生参考电信号，参考端光电转换器32的信号输出端输出上述参考电信号至参考信号放大及模数转换电路34的信号输入端，参考信号放大及模数转换电路34将上述参考电信号进行模数转换后产生参考数字信号，参考信号放大及模数转换电路34的信号输出端将上述参考数字信号输出至差分及放大电路35的参考信号输入端。
差分及放大电路35将上述检测数字信号和参考数字信号进行差分及放大处理后，差分及放大电路35的差分信号输出端输出差分信号至数据分析及控制电路36的差分信号输入端；数据分析及控制电路36对上述差分信号进行数据分析(事先将通过化学方法或声速测量法等方法测得的六氟化硫的浓度与相应的差分信号的对应关系列成对应表存放于数据分析及控制电路36中，数据分析及控制电路36根据所接收的差分信号的数值再进行查表而得出六氟化硫浓度的数值)，从而算出上述气路进气端处的六氟化硫气体的浓度。同时数据分析及控制电路36的显示信号输出端输出相应的六氟化硫气体的浓度值至LCD液晶显示屏38。若六氟化硫气体的浓度超标，则数据分析及控制电路36的报警信号输出端输出报警控制信号至报警装置41进行报警。
Claims (7)
1、六氟化硫气体浓度的光学检测装置，其特征在于：具有光发射装置(100)、光路装置(10)、进气管道(22)、出气管道(21)、检测端光电转换器(31)和参考端光电转换器(32)；光路装置(10)具有外壳(11)和依照从前向后的次序依次设置在外壳(11)中的窄带滤光器(13)、功率衰减器(14)、分光器(15)和透光器(16)，且窄带滤光器(13)的中心、功率衰减器(14)的中心、分光器(15)的中心和透光器(16)的中心在外壳(11)的轴心线上，且分光器(15)所在平面与外壳(11)的轴心线的夹角为45度；按照从前向后的次序，外壳(11)侧壁的位于功率衰减器(14)与分光器(15)之间的壁体上开有参考光出口(19)，外壳(11)的位于分光器(15)与透光器(16)之间的空腔形成气体室(12)，外壳(11)侧壁的位于气体室(12)处的壁体上开有进气口(17)和出气口(18)，且分光器(15)的中心点在参考光出口(19)的中心线上；光发射装置(100)位于光路装置(10)的前侧、且其光信号发射端位于外壳(11)的轴心线上，检测端光电转换器(31)位于光路装置(10)的后侧、且其光信号接收端位于外壳(11)的轴心线上，参考端光电转换器(32)设置在外壳(11)的侧部、且其光信号接收端位于参考光出口(19)的中心线上；使用时光发射装置(100)的光发射端发射出的光线经过依次经过窄带滤光器(13)和功率衰减器(14)后到达分光器(15)，然后分成两路，一路继续沿外壳(11)的轴心线穿过分光器(15)、气体室(12)和透光器(16)后射至检测端光电转换器(31)的光信号接收端，另一路经分光器(15)分光后穿过外壳(11)的参考光出口(19)后射至参考端光电转换器(32)的光信号接收端；进气管道(22)与外壳(11)的进气口(17)相连，出气管道(21)与外壳(11)的出气口(18)相连，出气管道(21)的另一端与外界空气相通。
2、根据权利要求1所述的六氟化硫气体浓度的光学检测装置，其特征在于：还具有气路通道选择器(20)和待测气体输入管道(23)；待测气体输入管道(23)有3至10路，气路通道选择器(20)具有待测气体输入端口和待测气体输出端口；气路通道选择器(20)的待测气体输出端口与进气管道(22)相连；气路通道选择器(20)的待测气体输入端口的数量与待测气体输入管道(23)的数量相同，且各个待测气体输入端口与相应一个待测气体输入管道(23)相连；使用时，各个待测气体输入管道(23)的进气口设置在需要检测六氟化硫气体浓度的地方。
3、根据权利要求1所述的六氟化硫气体浓度的光学检测装置，其特征在于：光发射装置(100)的光发射端与光路装置(10)的窄带滤光器(13)的距离为8厘米至15厘米；窄带滤光器(13)与功率衰减器(14)之间的距离为4至6厘米；分光器(15)的中心与功率衰减器(14)之间的距离为5至8厘米；外壳的进气口(17)与参考光出口(19)的间距为3至5厘米；进气口(17)与出气口(18)的间距为15厘米；出气口(18)与外壳(11)的轴心线的间距为3至5厘米；检测端光电转换器(31)与透光器(16)的间距为4至6厘米；分光器(15)的中心点与参考端光电转换器(32)的光信号接收端的间距为8至12厘米。
4、根据权利要求1所述的六氟化硫气体浓度的光学检测装置，其特征在于：光路装置(10)的外壳(11)为中空的圆柱体或中空的正三角形柱体或中空的正方形柱体或中空的正五边形柱体。
5、根据权利要求1所述的六氟化硫气体浓度的光学检测装置，其特征在于：光路装置(10)的透光器(16)与外壳(11)的内壁紧密粘贴，分光器(15)与外壳(11)的内壁紧密粘贴，除了进气口(17)和出气口(18)，外壳(11)的气体室(12)与外界空气隔绝。
6、根据权利要求1所述的六氟化硫气体浓度的光学检测装置，其特征在于：进气口(17)与出气口(18)均为圆柱形且其直径为4至6毫米；出气管道(21)和进气管道(22)为圆柱形管且其直径与进气口(17)的直径相配合；待测气体输入管道(23)为圆柱形管且其直径为6至8毫米。
7、根据权利要求1所述的六氟化硫气体浓度的光学检测装置，其特征在于：光发射装置(100)是红外光发射装置。
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