本发明专利技术公开了一种长光程痕量有毒有害气体检测装置，属于红外气体检测技术领域，包括：红外光源、充气旋光轮、池体、主反射镜、次反射镜、第一反射镜、第二反射镜、滤光片及红外探测器；红外光源发出的红外光照射在转动的充气旋光轮后，形成红外调制信号光，进入池体的内腔中；第一反射镜用于将红外调制信号光反射至次反射镜；光路在主反射镜和次反射镜之间反复反射；第二反射镜用于将经过次反射镜反射的红外调制信号光通过出光口射出；经过出光口射出的红外调制信号光通过滤光片后，照射在红外探测器上；本发明专利技术只需更换针对测试不同有毒有害气体的滤光片及测试该有毒有害高纯度样品气体的旋光轮，就可实时在线对单组分ppb级有毒有害气体测量探测。
【技术实现步骤摘要】
一种长光程痕量有毒有害气体检测装置
本专利技术属于红外气体检测
，具体涉及一种长光程痕量有毒有害气体检测装置。
技术介绍
随着突发性污染事故危害日趋增大，例如812天津大爆炸、自然灾害、恐怖事件和工业污染物排放等，突发性的向大气排放有毒有害气，给人类生活生命安全造成极大的威胁，因此污染气体在线监测备日益倍受人关注。目前污染气体的监测技术主要有电离法、电化学法、红外吸收光谱法。其中电离法主要包括电火花法、离子迁移谱谱法等，化学法主要包括热催化法、电化学法以及气相色谱法等，但是这些方法可靠性低、成本高、测量精度低、误报率高、操作繁琐、故障率高，并且需要专业人员定期维护更新，更重要的是不能准确测试出气体浓度。相比之下，红外吸收光谱方法能够满足在线监测的要求，具有测量精度高、可靠性高、成本低、误报率低、维护量小等优点，并可同时在线连续监测多种气体成分及其浓度。因此，采用红外光谱学方法对气体污染物进行分析已经成为排放污染物的重要监测手段。长光程吸收池是光谱检测的重要装置，根据朗伯-比尔特定律，气体经过的光程和气体的吸收度成线性关系，随着光程的增加，测试灵敏度也随之提高。目前，大气环境中的有毒有害气体浓度相对较低，一般在ppb到ppm级之间，因此测试低浓度的气体，需要吸收池的长度相对较长；另外，依据Lambert-Beer定律，吸收池内气体的温度、压力及流量对特征红外光谱吸收有毒有害气体的能力有较大的影响，因此严重影响到测量有毒有害测量精度；除此之外，传统的White型吸收池结构需要5块反射镜片，结构复杂、成本相对较高，每一块镜片需要与机械结构进行安装固定，并且同体积下光程较短，光路调试较为复杂，需要时间长，需要专业人员操作，严重影响装配与生产效率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种长光程痕量有毒有害气体检测装置，结构简单、使用寿命长、测量精度高、光程长、操作调试容易、无需专业人员装配，只需更换针对测试不同有毒有害气体(如CO、CO2、SO2、NO、CH4、NH3、VOC等)的滤光片及充有纯N2样品气体以及测试该有毒有害高纯度样品气体的旋光轮(如探测CO气体的浓度，可采用在特征峰4.65um带通滤光片与充入纯N2气体和高纯度CO气体的旋光轮)，就可实时在线对单组分ppb级有毒有害气体测量探测。本专利技术是通过下述技术方案实现的：一种长光程痕量有毒有害气体检测装置，包括：红外光源、充气旋光轮、池体、主反射镜、次反射镜、第一反射镜、第二反射镜、滤光片及红外探测器；所述池体为两相对端开口的矩形壳体，池体上设有与池体内腔相通的进气口、出气口、入光口、出光口、第一反射镜安装口及第二反射镜安装口；外界的大气通过池体的进气口、出气口在池体的内腔中流动；所述充气旋光轮包括同轴安装的压环、垫环、第一窗口片、基体、第二窗口片及信号调制叶片；所述基体上加工有两个相互隔离的圆弧状的通孔；透明状的第一窗口片和第二窗口片分别固定在基体的两端面，并将两个圆弧状的通孔封闭，形成两个密封腔体，两个密封腔体内分别充入纯N2样品气体和待检测有毒有害气体的纯样品气体；信号调制叶片固定在第二窗口片上，且信号调制叶片上加工有两圈窗口组，内圈窗口组与外圈窗口组中的窗口一一相对；垫环压紧在第一窗口片的边缘上；压环穿过第一窗口片的中心孔后，同轴固定在基体上，用于与驱动充气旋光轮转动的外部驱动单元相连；整体连接关系如下：充气旋光轮和红外光源分别安装在池体的入光口外部，充气旋光轮能够在外部驱动单元的作用下转动；红外光源发出的红外光照射在转动的充气旋光轮后，形成红外调制信号光，该红外调制信号光通过池体的入光口进入池体的内腔中；主反射镜和次反射镜分别安装在池体的两个开口端，且两者的镜面相对；第一反射镜和第二反射镜分别对应安装在池体的第一反射镜安装口和第二反射镜安装口中，并均位于池体的内腔中，第一反射镜用于将经过入光口的红外调制信号光反射至次反射镜；光路在主反射镜和次反射镜之间反复反射，形成长光程；第二反射镜用于将经过次反射镜反射的红外调制信号光反射到出光口，通过出光口射出；池体的出光口外部安装有滤光片和红外探测器，经过出光口射出的红外调制信号光通过滤光片后，照射在红外探测器上；其中，滤光片用于过滤除吸收所述有毒有害气体特征吸收峰的其他波段的光，只通过吸收该有毒有害气体特征吸收峰的光；红外探测器将接收到的红外调制信号光转化为电信号，并发送给外部的处理中心，处理中心根据所述电信号实时分析得出待检测的有毒有害气体的浓度。进一步的，外部驱动单元为伺服电机，伺服电机通过连接座及隔热外腔座安装在池体上，具体为：隔热外腔座安装在池体上，隔热外腔座上加工有用于安装充气旋光轮的安装槽，且安装槽的底面加工有与所述池体上的入光口相对的通孔；伺服电机通过连接座安装在隔热外腔座上，且伺服电机的输出轴穿过连接座后，与充气旋光轮同轴连接；充气旋光轮位于隔热外腔座的安装槽内；红外光源固定在连接座上。进一步的，所述连接座的侧边设有梳齿状结构，用于增大连接座与空气接触面积。进一步的，所述隔热外腔座采用黑色的ABS材料隔热材料制成。进一步的，还包括：加热装置和温度传感器；加热装置安装在池体的后侧面，与加热装置电性连接的温度传感器安装在池体上侧面，温度传感器用于检测池体内腔的温度，当池体内腔的温度大于设定温度时，加热装置停止加热，使池体内腔的温度为设定温度的恒温状态。进一步的，所述主反射镜为单球面反射镜，次反射镜为双球面反射镜，二者的曲率相同，第一反射镜与第二反射镜为平面反射镜。进一步的，所述第一反射镜、第二反射镜、主反射镜、次反射镜、红外探测器与池体的连接端面均采用O型圈密封。有益效果：(1)本专利技术适用于检测大气环境中的多种有毒有害气体，如CO、CO2、SO2、NO、CH4、NH3、VOC等，只需更换测试不同气体峰值的滤光片及充入测试该有毒有害高纯度样品气体的旋光轮，结合Lambert-Beer定律与池体内样品气体的温度、压力及气体流量补偿算法，可实时在线分析单组分ppb级浓度有毒有害气体浓度检测。(2)本专利技术相比传统怀特吸收池结构简单，装配调试容易，无需专业光学机械人士装配调试光路，且能够形成15m的长光程吸收池，满足实现低浓度有毒有害气体探测。(3)本专利技术的四种反射镜均采用单点金刚石加工工艺，且四种反射镜和池体的内表面均镀金，使仪器设备具备高反射率与高耐腐蚀性，具备更高的使用寿命。(4)本专利技术采用加热装置和温度传感器控制池体内腔的温度为50度的恒温状态，不受外接温度影响，保证在不同外界环境温度下，实现对有毒有害气体的高灵敏度测量。(5)本专利技术的第一反射镜、第二反射镜、主反射镜、次反射镜、红外探测器与池体的连接端面均采用氟橡胶O型圈密封；防止外接环境气体对池体内大气的干扰，实现对有毒有害气体的高准确度测量。附图说明图1是本专利技术装置的结构俯视爆炸图；图2为本专利技术装置的结构俯视组装图；图3是图1的主视示意图；图4是图1的左视示意图；图5是本专利技术的池体的结构示意图；图6是本专利技术的充气旋光轮的结构示意图；图7是本专利技术的四种反射镜的结构示意图；其中，2-伺服电机，3-连接座，4-红外光源，5-充气旋光轮，6-轴套，7-隔热外腔座，8-池体，9-加热装置，10-温度传感器，11-主反射镜，12-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种长光程痕量有毒有害气体检测装置，其特征在于，包括：红外光源(4)、充气旋光轮(5)、池体(8)、主反射镜(11)、次反射镜(12)、第一反射镜(13)、第二反射镜(14)、滤光片(15)及红外探测器(16)；所述池体(8)为两相对端开口的矩形壳体，池体(8)上设有与池体(8)内腔相通的进气口(801)、出气口(802)、入光口(803)、出光口(804)、第一反射镜安装口(805)及第二反射镜安装口(806)；外界的大气通过池体(8)的进气口(801)、出气口(802)在池体(8)的内腔中流动；所述充气旋光轮(5)包括同轴安装的压环(501)、垫环(502)、第一窗口片(503)、基体(504)、第二窗口片(505)及信号调制叶片(506)；所述基体(504)上加工有两个相互隔离的圆弧状的通孔；透明状的第一窗口片(503)和第二窗口片(505)分别固定在基体(504)的两端面，并将两个圆弧状的通孔封闭，形成两个密封腔体，两个密封腔体内分别充入纯N2样品气体和待检测有毒有害气体的纯样品气体；信号调制叶片(506)固定在第二窗口片(505)上，且信号调制叶片(506)上加工有两圈窗口组，内圈窗口组与外圈窗口组中的窗口一一相对；垫环(502)压紧在第一窗口片(503)的边缘上；压环(501)穿过第一窗口片(503)的中心孔后，同轴固定在基体(504)上，用于与驱动充气旋光轮(5)转动的外部驱动单元相连；整体连接关系如下：充气旋光轮(5)和红外光源(4)分别安装在池体(8)的入光口(803)外部，充气旋光轮(5)能够在外部驱动单元的作用下转动；红外光源(4)发出的红外光照射在转动的充气旋光轮(5)后，形成红外调制信号光，该红外调制信号光通过池体(8)的入光口(803)进入池体(8)的内腔中；主反射镜(11)和次反射镜(12)分别安装在池体(8)的两个开口端，且两者的镜面相对；第一反射镜(13)和第二反射镜(14)分别对应安装在池体(8)的第一反射镜安装口(805)和第二反射镜安装口(806)中，并均位于池体(8)的内腔中，第一反射镜(13)用于将经过入光口(803)的红外调制信号光反射至次反射镜(12)；光路在主反射镜(11)和次反射镜(12)之间反复反射，形成长光程；第二反射镜(14)用于将经过次反射镜(12)反射的红外调制信号光反射到出光口(804)，通过出光口(804)射出；池体(8)的出光口(804)外部安装有滤光片(15)和红外探测器(16)，经过出光口(804)射出的红外调制信号光通过滤光片(15)后，照射在红外探测器(16)上；其中，滤光片(15)用于过滤除吸收所述有毒有害气体特征吸收峰的其他波段的光，只通过吸收该有毒有害气体特征吸收峰的光；红外探测器(16)将接收到的红外调制信号光转化为电信号，并发送给外部的处理中心，处理中心根据所述电信号实时分析得出待检测的有毒有害气体的浓度。...
【技术特征摘要】
1.一种长光程痕量有毒有害气体检测装置，其特征在于，包括：红外光源(4)、充气旋光轮(5)、池体(8)、主反射镜(11)、次反射镜(12)、第一反射镜(13)、第二反射镜(14)、滤光片(15)及红外探测器(16)；所述池体(8)为两相对端开口的矩形壳体，池体(8)上设有与池体(8)内腔相通的进气口(801)、出气口(802)、入光口(803)、出光口(804)、第一反射镜安装口(805)及第二反射镜安装口(806)；外界的大气通过池体(8)的进气口(801)、出气口(802)在池体(8)的内腔中流动；所述充气旋光轮(5)包括同轴安装的压环(501)、垫环(502)、第一窗口片(503)、基体(504)、第二窗口片(505)及信号调制叶片(506)；所述基体(504)上加工有两个相互隔离的圆弧状的通孔；透明状的第一窗口片(503)和第二窗口片(505)分别固定在基体(504)的两端面，并将两个圆弧状的通孔封闭，形成两个密封腔体，两个密封腔体内分别充入纯N2样品气体和待检测有毒有害气体的纯样品气体；信号调制叶片(506)固定在第二窗口片(505)上，且信号调制叶片(506)上加工有两圈窗口组，内圈窗口组与外圈窗口组中的窗口一一相对；垫环(502)压紧在第一窗口片(503)的边缘上；压环(501)穿过第一窗口片(503)的中心孔后，同轴固定在基体(504)上，用于与驱动充气旋光轮(5)转动的外部驱动单元相连；整体连接关系如下：充气旋光轮(5)和红外光源(4)分别安装在池体(8)的入光口(803)外部，充气旋光轮(5)能够在外部驱动单元的作用下转动；红外光源(4)发出的红外光照射在转动的充气旋光轮(5)后，形成红外调制信号光，该红外调制信号光通过池体(8)的入光口(803)进入池体(8)的内腔中；主反射镜(11)和次反射镜(12)分别安装在池体(8)的两个开口端，且两者的镜面相对；第一反射镜(13)和第二反射镜(14)分别对应安装在池体(8)的第一反射镜安装口(805)和第二反射镜安装口(806)中，并均位于池体(8)的内腔中，第一反射镜(13)用于将经过入光口(803)的红外调制信号光反射至次反射镜(12)；光路在主反射镜(11)和次反射镜(12)之间反复反射，形成长光程；第二反射镜(14)用于将经过次反射镜(12)反射的红外调制信号光反射到出光口(804)，通过出光口(804)射出；池体(...
【专利技术属性】
技术研发人员：尤兴志，隋峰，兰江，苏超，魏东，
申请(专利权)人：中船重工安谱湖北仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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