一种小型化NO气体检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种小型化NO气体检测装置。本发明专利技术包括实现臭氧与NO气体混合的化学反应腔体，与所述化学反应腔体相连的用于将臭氧与待测的NO气体反应产生的光子转变为数字信号的光电探测系统和用于将得出的数据进行可视化展示的数据显示系统，还具有用于调节光电探测系统温度的温度控制系统，所述光电探测系统置于所述化学反应腔体的空腔底部，其具体包括：用于采集光子的信号采集单元和用于将采集到的模拟信号转换为数字信号并处理的信号处理单元。本发明专利技术通过选择光电检测器件实现整个装置的小型化，并通过高效率的光子收集装置，提高了光子的收集效率，实现对低浓度一氧化氮气体的检测。

A Miniaturized NO Gas Detection Device

The invention provides a miniaturized NO gas detection device. The invention includes a chemical reaction chamber for mixing ozone with NO gas, a photoelectric detection system for converting photons generated by ozone reacting with NO gas to digital signals and a data display system for visualizing the obtained data, and a temperature control system for adjusting the temperature of the photoelectric detection system, which is connected with the chemical reaction chamber. The photoelectric detection system is placed at the bottom of the cavity of the chemical reaction chamber, which includes a signal acquisition unit for collecting photons and a signal processing unit for converting the collected analog signals into digital signals and processing them. The invention realizes the miniaturization of the whole device by selecting photoelectric detector devices, and improves the photon collection efficiency through high efficiency photon collection device, realizing the detection of low concentration nitric oxide gas.

【技术实现步骤摘要】
一种小型化NO气体检测装置
本专利技术涉及气体浓度检测领域，尤其涉及一种小型化NO气体检测装置。其原理是通过化学发光原理对一氧化氮气体的浓度实现探测。
技术介绍
NO气体分子作为一种对人体有害的化合物，其浓度的动态检测具有着重要的意义。其中在环境大气领域，NO气体与NOx气体分子作为温室气体的重要指标被环保部门广泛的关注，同时在工业领域热电发电厂排放大量的NO气体，其中脱硝的方式采用补充氨气实现脱硝，因此对于NO实时的检测，对工业脱硝具有着重要的意义。但是NO气体分子具有不稳定性，在空气中极易容易被氧化，因此对NO气体分子实现快速，精准的测量具有重要的意义。近年来发展了很多种针对NO气体分子的检测手段，其中包括，电化学方法，吸收光谱放大，分光光度法等。但是上述方式都无法对NO气体分子实现高灵敏，快速的测量。如今市场上最成熟的方式还是利用化学发光测量NO气体分子，其中化学发光被业界成为NO气体检测的金标准。其原理是在高浓度的臭氧与NO气体反应，产生NO2*，当NO2*放回基态的过程中释放能量并伴随着发光。在此过程中产生发光波段范围在600nm到3000nm之间的宽带光源，其中在臭氧浓度远高于NO气体浓度条件下，一氧化氮的浓度与光信号的强度成线性相关。其中产生的光信号经过光电探测器，实现光信号到电信号的转化。将得到的电信号进行放大滤波等一系列的处理最终通过显示电子设备进行显示。化学发光测量NO具有高灵敏度，测量速度快，高选择性等优点一直被业所青睐。目前商品化的NO化学发光的检测装置，虽然灵敏度较高，但检测装置及其的不笨重。无法实现移动式，手持式的测量要求。公开号为CN101162200A的《用化学发光法进行氮氧化物分析的系统》公开了一种用化学发光法分析环境空气中氮氧化物的装置，其选择的是光电倍增管，故其存在着仪器整体体积较大，无法实现小型化、便携化检测的问题。同时由于采用光电倍增管，导致化学发光反应腔体中腔体的体积也相应的较大，使的整个仪器在气流循环中消耗较多的时间，无法实现快速测量。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种小型化NO气体检测装置。该装置具有检测灵敏度高、小型化、便携等优点。本专利技术采用的技术手段如下：一种小型化NO气体检测装置，包括实现臭氧与NO气体混合的化学反应腔体，与所述化学反应腔体相连的用于将臭氧与待测的NO气体反应产生的光子转变为数字信号的光电探测系统和用于将得出的数据进行可视化展示的数据显示系统，还具有用于调节光电探测系统温度的温度控制系统，所述化学反应腔体与光电探测系统集成于金属外壳内部，所述温度控制系统贴合于金属外壳的光电探测系统侧，所述光电探测系统具体包括：用于采集光子的信号采集单元和用于将采集到的模拟信号转换为数字信号并处理的信号处理单元。进一步地，所述光电探测系统的各单元集成于一块PCB电路板上，所述信号采集单元包括：光子收集模块以及光电二极管；所述光子收集模块将待检测的光子汇聚到所述光电二极管的感光芯片端面；所述信号处理单元包括：光电转化模块，用于将臭氧与待测的NO气体反应产生的光子转变为电信号，其具体由具有滤光功能的介质材料与具有光伏功能的半导体光电二极管组成，所述介质材料置于所述半导体材料上端；信号放大模块，包括用于利用跨导电阻与跨导电容并联实现信号的电流信号向电压信号转化，并将得到的电压信号进行高增益的放大的前置放大电路和用于提高电路输入阻抗，降低输出阻抗，在电路中起到阻抗匹配的作用的电压跟随电路；信号滤波与模数转换模块，用于滤除输出的信号中频率噪声大于预设值的高频信号并将信号输出到模数转化电路，具体包括三阶低通滤波器和模数信号转换模块，所述三阶低通滤波器用于将频率噪声大于20Hz的高频信号通过滤波器有效的滤除，所述模数信号转换模块转化精度为18-24bit，系统的噪声小于100μV。进一步地，所述光电转换模块的半导体材料具体材质可以选择：Si，Ge，InGaAs，HgCdTe，PbS，InAs。进一步地，所述化学反应腔体包括腔体本体和与所述腔体本体连接的进、排气管，所述进、排气管具体为臭氧气体通路、待测样品的一氧化氮气体通路以及尾气排放通路，所述腔体本体为圆台结构或多棱台结构；所述一氧化氮气体通路连接于所述腔体本体的上方，所述臭氧气体通路和尾气排放通路分别连接于所述腔体本体的两侧，各通路与所述腔体本体的连接处均通过橡胶密封圈密封，保持良好密封，所述臭氧气体通路呈渐扩状结构，其进气端周长C1小于出气端周长C2，所述一氧化氮气体通路为等径结构，其通路任一横截面的面积均相同，所述尾气排放通路为等径结构，其通路任一横截面的面积均相同。进一步地，所述腔体本体的上顶面及侧壁均粘贴有反射率高于90％的镜片或对腔体本体的上顶面及侧壁进行精密抛光处理或在所述腔体本体上顶面及侧壁涂装反射率高于90％的反射介质，通过电镀的方式将所述反射介质涂抹于腔体本体内表面。进一步地，所述腔体本体下底面的外侧还设有用于避免自然光或者杂散光的干扰的长波通滤光片，所述滤光片设于所述光电探测系统前端或将所述滤光片与光电探测系统集合成一个器件。进一步地，在PCB板的电路布线中，采用接地覆铜的方式保证地线的完整性，对于光电探测模块，信号放大模块以及滤波模块实现模拟地，对于模数转化采用数字地，其中模拟地与数字地采用单点接地的方式，保持隔离。进一步地，所述温度控制系统包括在光电探测系统的PCB电路板上固接的导热金属，设于所述光电探测系统底部用于实时测量所述光电探测系统温度值的热敏电阻，用于为所述金属外壳底部制冷的半导体制冷片，用于为所述半导体制冷片散热的散热片和散热风扇，所述热敏电阻采用精度为1％的高精度热敏电阻构成，采用绝缘材料包裹，所述半导体制冷片的制冷端通过导热硅胶与所述金属外壳底部贴合，半导体制冷片的散热端通过导热硅胶与散热片的传热端贴合，所述散热片的散热端放置所述散热风扇，所述散热风扇具有转速调节功能，风扇的转速越大，散热的效果越明显，所述半导体制冷片一面为制冷端一面为散热端，所述散热片的散热端为栅格状的金属锯齿，所述导热金属一面与光电探测系统的PCB电路板固接，另一面通过导热硅胶与所述金属外壳底部接触。进一步地，所述数据显示系统通过得到的光信号强度，反映出一氧化氮气体的浓度值，显示方式为通过具有数据显示功能的全彩LED屏幕实现，所述LED屏幕不仅可以实现显示功能同时还具有触控功能，通过在LED显示屏点击对应的位置，实现不同指令的分发，其中包括NO气体浓度的实时显示，数据存储，制冷模块的温度控制，装置性能的参数设定等功能。进一步地，所述化学反应腔体本体采用加工中心加工的方式，或采用高精度的3D打印方式。本专利技术通过集成化的光电探测系统，实现整个装置的小型化，方便科研人员便携的携带，实时对需要检测的NO环境进行检测，通过高效率的光子收集装置，提高了光子的收集效率实现对低浓度一氧化氮气体的检测。通过采用高精度的制冷装置，增加了系统的因温度改变带来的信号波动，提高了装置的稳定性。基于上述理由本专利技术可在气体浓度检测等领域广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型化NO气体检测装置，其特征在于，包括实现臭氧与NO气体混合的化学反应腔体，与所述化学反应腔体相连的用于将臭氧与待测的NO气体反应产生的光子转变为数字信号的光电探测系统和用于将得出的数据进行可视化展示的数据显示系统，还具有用于调节光电探测系统温度的温度控制系统，所述化学反应腔体与光电探测系统集成于金属外壳内部，所述温度控制系统贴合于金属外壳的光电探测系统侧，所述光电探测系统具体包括：用于采集光子的信号采集单元和用于将采集到的模拟信号转换为数字信号并处理的信号处理单元。

【技术特征摘要】
1.一种小型化NO气体检测装置，其特征在于，包括实现臭氧与NO气体混合的化学反应腔体，与所述化学反应腔体相连的用于将臭氧与待测的NO气体反应产生的光子转变为数字信号的光电探测系统和用于将得出的数据进行可视化展示的数据显示系统，还具有用于调节光电探测系统温度的温度控制系统，所述化学反应腔体与光电探测系统集成于金属外壳内部，所述温度控制系统贴合于金属外壳的光电探测系统侧，所述光电探测系统具体包括：用于采集光子的信号采集单元和用于将采集到的模拟信号转换为数字信号并处理的信号处理单元。2.根据权利要求1所述的小型化NO气体检测装置，其特征在于，所述光电探测系统的各单元集成于一块PCB电路板上，所述信号采集单元包括：光子收集模块以及光电二极管，所述光子收集模块将待检测的光子汇聚到所述光电二极管的感光芯片端面；所述信号处理单元包括：光电转化模块，用于将臭氧与待测的NO气体反应产生的光子转变为电信号，其具体由具有滤光功能的介质材料与具有光伏功能的半导体光电二极管组成，所述介质材料置于所述半导体材料上端；信号放大模块，包括：用于利用跨导电阻与跨导电容并联实现信号的电流信号向电压信号转化，并将得到的电压信号进行高增益的放大的前置放大电路和用于提高电路输入阻抗，降低输出阻抗，在电路中起到阻抗匹配的作用的电压跟随电路；信号滤波与模数转换模块，用于滤除输出的信号中频率噪声大于预设值的高频信号并将信号输出到模数转化电路，具体包括三阶低通滤波器和模数信号转换模块，所述三阶低通滤波器用于将频率噪声大于20Hz的高频信号通过滤波器有效的滤除，所述模数信号转换模块转化精度为18-24bit，系统的噪声小于100μV。3.根据权利要求2所述的小型化NO气体检测装置，其特征在于，所述光电转换模块的半导体材料具体材质为：Si，Ge，InGaAs，HgCdTe，PbS，InAs。4.根据权利要求1所述的小型化NO气体检测装置，其特征在于，所述化学反应腔体包括腔体本体和与所述腔体本体连接的进、排气管，所述进、排气管具体为臭氧气体通路、待测样品的一氧化氮气体通路以及尾气排放通路，所述腔体本体为圆台结构或多棱台结构；所述一氧化氮气体通路连接于所述腔体本体的上方，所述臭氧气体通路和尾气排放通路分别连接于所述腔体本体的两侧，各通路与所述腔体本体的连接处均通过橡胶密封圈密封，保持良好密封，所述臭氧气体通路呈渐扩状结构，其进气端周长C1小于出气端周长C2，所述一氧化氮气体通路为等径结构，其通路任...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杭，李昕阳，刘颖，
申请(专利权)人：大连航创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21