一种具备气体检前预转化装置的大气分子检测系统制造方法及图纸

一种具备气体检前预转化装置的大气分子检测系统，该大气分子检测系统包括由两面高反射镜组成的光腔结构，该两面高反射镜的镜面相互正对，光腔结构上设有进气口和出气口；该气体检前预转化装置包括气体三通管和电磁阀；气体三通管的第一支路与进气口连通，第二支路用于输入外界待分析大气，第三支路用于输入外加气体；电磁阀设置在气体三通管的第三支路上，电磁阀用于将外加气体添加到气路中与外界待分析大气进行化学反应，以实现在光腔结构内充满含有待定浓度的大气分子的气体。本申请能够将NO和O3等对340‑900nm波长不具有显著吸收的大气分子转化为如NO2等对上述波长光线具有显著吸收的分子，从而实现对前一类化学物浓度的有效检测。

An Atmospheric Molecular Detection System with Pre-conversion Device for Gas Detection

An atmospheric molecule detection system with a gas pre-detection pre-conversion device consists of an optical cavity structure consisting of two high mirrors, the mirrors of which are opposite to each other, and the optical cavity structure is provided with an air inlet and an air outlet; the gas pre-detection pre-conversion device includes a gas three-way pipe and an electromagnetic valve; the first branch of the gas three-way pipe is connected with the air inlet. The second branch is used to input the atmosphere to be analyzed, and the third branch is used to input the additional gas. The solenoid valve is set on the third branch of the gas three-way pipe. The solenoid valve is used to add the additional gas to the gas path and react with the atmosphere to be analyzed, so as to fill the optical cavity with the gas containing atmospheric molecules of undetermined concentration. This application can transform the atmospheric molecules such as NO and O3 which have no significant absorption at 340 900 nm wavelength into molecules such as NO2 which have significant absorption to the above wavelength light, thus realizing the effective detection of the concentration of the preceding class of chemicals.

【技术实现步骤摘要】
一种具备气体检前预转化装置的大气分子检测系统
本申请涉及环境监测
，尤其涉及一种具备气体检前预转化装置的大气分子检测系统。
技术介绍
伴随着社会、经济的不断发展，大气污染在世界大部分地区，尤其是在发展中国家地区越来越引起人们的重视。为了检测大气污染的严重程度，通常需要利用检测仪器对大气分子的浓度进行检测。在实践中发现，大气分子中通常存在一些不具备被检测条件的分子(如NO、O3等对340-900nm波长不具有显著吸收的大气分子)，这类分子无法被检测仪器检测到，进而无法确定这类分子的浓度。
技术实现思路
本申请实施例公开的一种具备气体检前预转化装置的大气分子检测系统，该具备气体检前预转化装置的大气分子检测系统能够有效通过所述检前预转化装置，将NO和O3等对340-900nm波长不具有显著吸收的大气分子转化为如NO2等对上述波长光线具有显著吸收的分子，从而实现对前一类化学物浓度的有效检测。本申请实施例第一方面公开一种具备气体检前预转化装置的大气分子检测系统，所述大气分子检测系统包括由两面高反射镜组成的光腔结构，所述两面高反射镜的镜面相互正对，所述光腔结构上设有进气口和出气口；所述光腔结构的一端布设有第一凸透镜，所述光腔结构的另一端布设有第二凸透镜；第一光纤的一端用于连接光源的光发射口，所述第一光纤的另一端被放置在所述第一凸透镜的焦点上；第二光纤的一端用于连接光谱仪，所述第二光纤的另一端被放置在所述第二凸透镜的焦点上；所述光谱仪通过数据线与控制电脑连接；其中，所述气体检前预转化装置包括气体三通管和电磁阀；所述气体三通管的第一支路与所述进气口连通，所述气体三通管的第二支路用于输入外界待分析大气，所述气体三通管的第三支路用于输入外加气体；所述电磁阀设置在所述气体三通管的第三支路上，所述电磁阀用于将外加气体添加到气路中与所述外界待分析大气进行化学反应，以实现在所述光腔结构内充满含有待定浓度的大气分子的气体。基于本申请实施例第一方面，在本申请实施例第一方面的第一种实施方式中，所述气体检前预转化装置还包括流量控制器，所述流量控制器设置在所述电磁阀所在的所述气体三通管的第三支路上。基于本申请实施例第一方面的第一种实施方式，在本申请实施例第一方面的第二种实施方式中，所述大气分子检测系统还包括：抽气设备，用于按照设定好的流速将所述外界待分析大气通过所述气体三通管的第二支路抽进所述气路中。基于本申请实施例第一方面的第二种实施方式中，在本申请实施例第一方面的第三种实施方式中，所述抽气设备是一个计量抽气泵，或者所述抽气设备是泵加质量流量计的组合，或者所述抽气设备是泵加节流管的组合。基于本申请实施例第一方面的第三种实施方式中，在本申请实施例第一方面的第四种实施方式中，所述大气分子检测系统还包括：设在所述进气口的一个颗粒物过滤器，用于对颗粒物进行过滤。基于本申请实施例第一方面，或本申请实施例第一方面的第一种实施方式，或本申请实施例第一方面的第二种实施方式，或本申请实施例第一方面的第三种实施方式，或本申请实施例第一方面的第四种实施方式，在本申请实施例第一方面的第五种实施方式中，所述光源是由恒温器对非相干性强光源进行恒温构成的恒温光源，所述大气分子检测系统还包括：光源及恒温器驱动模块，用于通过数据线驱动所述恒温光源工作。基于本申请实施例第一方面的第五种实施方式，在本申请实施例第一方面的第六种实施方式中，所述恒温器包括热电冷却器，所述非相干性强光源包括一个或多个发光二极管。基于本申请实施例第一方面的第六种实施方式，在本申请实施例第一方面的第七种实施方式中，所述非相干性强光源焊在可打印电路板上，所述可打印电路板固定在所述热电冷却器上，所述非相干性强光源与所述可打印电路板之间的间隙涂上高性能的导热胶，以及所述可打印电路板与所述热电冷却器之间的间隙涂上高性能的导热胶。基于本申请实施例第一方面，或本申请实施例第一方面的第一种实施方式，或本申请实施例第一方面的第二种实施方式，或本申请实施例第一方面的第三种实施方式，或本申请实施例第一方面的第四种实施方式，或本申请实施例第一方面的第五种实施方式，或本申请实施例第一方面的第六种实施方式，或本申请实施例第一方面的第七种实施方式，在本申请实施例第一方面的第八种实施方式中，在所述光腔结构内充满含有待定浓度的大气分子的气体时，所述光源发射出的光线由经所述第一光纤导出至所述第一凸透镜的焦点上，以使所述第一凸透镜对光线准直后射入所述光腔结构；其中，成功进入所述光腔结构的光线在所述两面高反射镜之间来回反射多次后离开所述光腔结构，并经由所述第二凸透镜聚焦到所述第二光纤上，再经由所述第二光纤导入所述光谱仪进行分光和光子检测，以得到覆盖一定波长范围的光强度图I(λ)并传输给所述控制电脑，所述λ表示所述光线的波长；所述控制电脑用于结合所述光强度图I(λ)和如下的预设公式计算出所述待定浓度的大气分子的浓度c，即：其中，所述λ表示所述光线的波长；所述c为所述待定浓度的大气分子的浓度；所述σ(λ)为所述待定浓度的大气分子的吸收截面，且所述σ(λ)已知；所述R(λ)为所述高反射镜对所述光线的反射率，且所述R(λ)已知；所述d为所述光腔结构内充满所述含有待定浓度的大气分子的气体的那部分体积的长度，且所述d已知；所述I0(λ)为所述光腔结构内先充满不含所述待定浓度的大气分子的零气时所述光谱仪测得的光强度图。基于本申请实施例第一方面的第八种实施方式，在本申请实施例第一方面的第九种实施方式中，所述待定浓度的大气分子包括所有在340-900nm波长范围内具有特征结构吸收的分子。从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：本申请实施例中，通过该气体检前预转化装置可以有效地将NO和O3等对340-900nm波长不具有显著吸收的大气分子转化为如NO2等对上述波长光线具有显著吸收的分子，从而实现对前一类化学物浓度的有效检测。此外，本申请实施例中，通过直接测量大气分子的光吸收来测定大气分子的浓度，所以不需要用已知浓度的标准气体来标定检测仪器的灵敏系数，从而可以有效、便捷地检测大气分子的浓度及大气颗粒物的消光；此外，本申请实施例中，光线在两面高反射镜之间来回反射，可以显著增加吸收光程，增加的倍数为1/(1-R)，其中R为高反射镜的镜面反射率，假设R为0.9999，且两面高反射镜之间的距离为1米，则可以(在该1米的间距内)实现10000米(即10公里)的吸收光程，根据Beer-Lambert光吸收定律，这种超长的吸收光程可以显著地增加大气分子的吸收(即消光)，从而可以有效地检测超低浓度的大气分子的浓度。本申请实施例可以实现化学转化，例如可以实现将NO和O3定量转化为NO2，从而使得大气分子检测系统可以发挥其能高度准确测量NO2(是已知的最灵敏且最准确地测量痕量NO2的技术)的优势，以高精度及高准确度(准确到几个ppt，ppt＝万亿分之一)测量NO和O3这两种大气中重要的痕量污染气体。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具备气体检前预转化装置的大气分子检测系统，其特征在于，所述大气分子检测系统包括由两面高反射镜组成的光腔结构，所述两面高反射镜的镜面相互正对，所述光腔结构上设有进气口和出气口；所述光腔结构的一端布设有第一凸透镜，所述光腔结构的另一端布设有第二凸透镜；第一光纤的一端用于连接光源的光发射口，所述第一光纤的另一端被放置在所述第一凸透镜的焦点上；第二光纤的一端用于连接光谱仪，所述第二光纤的另一端被放置在所述第二凸透镜的焦点上；所述光谱仪通过数据线与控制电脑连接；其中，所述气体检前预转化装置包括气体三通管和电磁阀；所述气体三通管的第一支路与所述进气口连通，所述气体三通管的第二支路用于输入外界待分析大气，所述气体三通管的第三支路用于输入外加气体；所述电磁阀设置在所述气体三通管的第三支路上，所述电磁阀用于将外加气体添加到气路中与所述外界待分析大气进行化学反应，以实现在所述光腔结构内充满含有待定浓度的大气分子的气体。

【技术特征摘要】
1.一种具备气体检前预转化装置的大气分子检测系统，其特征在于，所述大气分子检测系统包括由两面高反射镜组成的光腔结构，所述两面高反射镜的镜面相互正对，所述光腔结构上设有进气口和出气口；所述光腔结构的一端布设有第一凸透镜，所述光腔结构的另一端布设有第二凸透镜；第一光纤的一端用于连接光源的光发射口，所述第一光纤的另一端被放置在所述第一凸透镜的焦点上；第二光纤的一端用于连接光谱仪，所述第二光纤的另一端被放置在所述第二凸透镜的焦点上；所述光谱仪通过数据线与控制电脑连接；其中，所述气体检前预转化装置包括气体三通管和电磁阀；所述气体三通管的第一支路与所述进气口连通，所述气体三通管的第二支路用于输入外界待分析大气，所述气体三通管的第三支路用于输入外加气体；所述电磁阀设置在所述气体三通管的第三支路上，所述电磁阀用于将外加气体添加到气路中与所述外界待分析大气进行化学反应，以实现在所述光腔结构内充满含有待定浓度的大气分子的气体。2.根据权利要求1所述的大气分子检测系统，其特征在于，所述气体检前预转化装置还包括流量控制器，所述流量控制器设置在所述电磁阀所在的所述气体三通管的第三支路上。3.根据权利要求2所述的大气分子检测系统，其特征在于，所述大气分子检测系统还包括：抽气设备，用于按照设定好的流速将所述外界待分析大气通过所述气体三通管的第二支路抽进所述气路中。4.根据权利要求3所述的大气分子检测系统，其特征在于，所述抽气设备是一个计量抽气泵，或者所述抽气设备是泵加质量流量计的组合，或者所述抽气设备是泵加节流管的组合。5.根据权利要求4所述的大气分子检测系统，其特征在于，所述大气分子检测系统还包括：设在所述进气口的一个颗粒物过滤器，用于对颗粒物进行过滤。6.根据权利要求1～5任一项所述的大气分子检测系统，其特征在于，所述光源是由恒温器对非相干性强光源进行恒温构成的恒温光源，所述大气分子检...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳彬，王玉政，
申请(专利权)人：深圳市卡普瑞环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44