一种VOCs在线实时监测系统技术方案

本实用新型专利技术一种VOCs在线实时监测系统，包括壳体、设置在壳体内的光路系统、计算机运算系统；所述光路系统具有红外光源、激光器、分束器、动镜、定镜组件、凹面集光反射镜、光电探测器、红外探测器和气体吸收池；所述所述气体吸收池内部设置有改变光程的光学元件。本方案所述VOCs在线实时监测系统，其红外光源通过分束器、动镜和定镜组件产生红外干涉信号，同步的激光信号对红外干涉信号进行等光程间隔采样，通过计算机运算系统将离散化的红外干涉信号傅里叶变换后可得红外光谱信号，然后对红外光谱信号的检测分析，即可得到检测物质的种类浓度，工作原理和系统结构简单，监测速度快。

A VOCs online real-time monitoring system

【技术实现步骤摘要】
一种VOCs在线实时监测系统
本技术涉及VOCs检测领域，具体涉及一种VOCs在线实时监测系统。
技术介绍
VOCs是一类在常温下以蒸气形式存在于空气中的挥发性有机化合物，该类化合物的沸点一般在在50-250℃，室温下饱和蒸气压超过133.32Pa。VOCs会伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，当其超过一定浓度时，在短时间内会引起头痛、恶心、呕吐、四肢乏力；严重时会导致抽搐、昏迷、记忆力减退。例如甲醛，对皮肤粘膜有强烈的刺激作用。当甲醛在室内达到一定浓度时，人就有不适感，当浓度大于0.08mg/m3时即可引起眼红、眼痒、咽喉不适或疼痛、声音嘶哑、喷嚏、胸闷、气喘、皮炎等症状。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。又如四氢呋喃，具有刺激和麻醉作用，高浓度的四氢呋喃蒸气对眼有刺激性，吸入后可引起上呼吸道感染、恶心、头晕、头痛和中枢神经系统抑制，会损害肝、肾。而苯类化合物已经被世界卫生组织确定为强烈致癌物质，人在短时间内吸入高浓度的甲苯、二甲苯，可出现中枢神经系统麻醉作用，轻者出现头晕、胸闷、乏力、意识模糊，严重者可致昏迷以致呼吸、循环衰竭而死亡。由于挥发性有机化合物对人体健康和环境的严重危害，高效、快速、实时检测这些气体则显得尤为重要。目前，检测有机气体常用的方法是气相色谱法或者气相色谱与质谱联用方法，但这类方法不适用于高沸点及热不稳定的物质，对多组分的分析耗时长，不能实时监测。
技术实现思路
本技术的目的在于：基于傅里叶变换红外光谱技术，设计一种全新结构的VOCs在线实时监测系统，用于多组分气体的同步分析检测，解决气相色谱法不适用于高沸点及热不稳定的物质，对多组分的分析耗时长，不能实时监测的技术问题。本技术采用的技术方案如下：一种VOCs在线实时监测系统，包括壳体、设置在壳体内的光路系统、计算机运算系统；所述光路系统具有红外光源、激光器、分束器、动镜、定镜组件、凹面集光反射镜、光电探测器、红外探测器和气体吸收池；所述定镜组件包括第一固定反射镜、第二固定反射镜、第三固定反射镜和第四固定反射镜；所述动镜位于分束器左侧；凹面集光反射镜位于分束器右侧，且凹面集光反射镜的反射凹面朝向分束器；第一固定反射镜水平设置在分束器后方；第二固定反射镜与分束器平行并设置在分束器前方；所述第三固定反射镜设置在分束器与凹面集光反射镜之间，且与分束器平行；所述第四固定反射镜设置在分束器与第二固定反射镜之间，且与分束器垂直；所述红外光源设置在凹面集光反射镜的反射凹面内侧，所述激光器设置在第三固定反射镜前方；所述光电探测器设置在第四固定反射镜左侧，并与动镜电连接；所述气体吸收池设置在第二固定反射镜右侧；所述红外探测器设置在气体吸收池右侧；所述红外探测器与计算机运算系统电连接。进一步地，所述红外光源为发射两束宽光谱红外光的光源，红外光源发射的两束宽光谱红外光相隔一定间距照射在凹面集光反射镜的反射凹面上，并沿水平方向发生反射至分束器。进一步地，第三固定反射镜和第四固定反射镜的长度小于两束平行传播的红外光之间的间距，且第三固定反射镜和第四固定反射镜分别位于两束平行传播的红外光之间。进一步地，所述分束器与水平方向呈45度夹角设置。进一步地，所述动镜具有两个立体角反射镜和摆动型音圈电机，所述摆动型音圈电机与两个立体角反射镜连接。进一步地，所述气体吸收池的左右两侧壁上相对设置有透镜；所述气体吸收池上设置有气泵抽气口、氮气进气口、有机气体进气口和出气口；所述气体吸收池内部设置有改变光程的光学元件。进一步地，所述光学元件具有第一球面镜、第二球面镜、第三球面镜、第一平面反射镜和第二平面反射镜；第一平面反射镜和第二平面反射镜向内倾斜设置并分别位于两透镜之间；所述第一球面镜和第二球面镜成排设置；第三球面镜设置在第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一球面镜和二球面镜共同围成的内部区域内。进一步地，所述光学元件在气体吸收池形成的光程为8-10米，使目标气体对红外光进行了充分的吸收，提升了系统的精度。进一步地，气体吸收池底部架设有温控系统。用于维持吸收池温度在50摄氏度以上。所述温控系统外接加热源，对有机气体进气口的气路进行加热，可采用加热套包覆有机气体进气口的气路进行加热，也可采用其他热传导或热辐射的方式对有机气体进气口的气路进行加热。本方案所述VOCs在线实时监测系统，其红外光源通过分束器、动镜和定镜组件产生红外干涉信号，同步的激光信号对红外干涉信号进行等光程间隔采样，通过计算机运算系统将离散化的红外干涉信号傅里叶变换后可得红外光谱信号，然后对红外光谱信号的检测分析，即可得到检测物质的种类浓度，工作原理和系统结构简单，监测速度快，可针对性地应用于化工、喷涂等行业排放的挥发性有机物的在线监测。同时，光学元件在气体吸收池内部形成8-10米的光程，目标气体对红外光进行了充分的吸收，提升了系统的精度。附图说明图1是实施例1所述VOCs在线实时监测系统的结构示意图；图2是实施例2设置VOCs预处理装置后监测系统的结构示意图；图3是实施例2所述VOCs预处理装置的结构示意图。图中标记为：1-红外光源，2-激光器，3-分束器，4-动镜，5-凹面集光反射镜，6-第一固定反射镜，7-第二固定反射镜，8-第三固定反射镜，9-第四固定反射镜，10-光电探测器，11-摆动型音圈电机，12-气体吸收池，13-有机气体进气口，14-出气口，15-气泵抽气口，16-氮气进气口，17-透镜，18-第一平面反射镜，19-第二平面反射镜，20-第一球面镜，21-第二球面镜，22-第三球面镜，23-红外探测器，24-计算机运算系统，25-VOCs预处理装置，251-净化腔室，252-过滤区，253-干燥区，254-隔板，255-VOCs进口，256-VOCs出口，257-惰性过滤材料，258-惰性干燥剂，259-顶盖，260-密封橡胶。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。下面结合附图对本技术作详细说明。实施例1如图1所示的一种VOCs在线实时监测系统，包括壳体、设置在壳体内的光路系统、计算机运算系统24。所述光路系统具有红外光源1、激光器2、分束器3、动镜4、定镜组件、凹面集光反射镜5、光电探测器10、红外探测器23和气体吸收池12。所述分束器3设置在动镜4和凹面集光反射镜5之间，且分束器3与水平方向呈45度夹角设置。动镜4位于分束器3左侧，凹面集光反射镜5位于分束器3右侧。所述凹面集光反射镜5的反射凹面朝向分束器3设置。所述红外光源1设置在凹面集光反射镜5的反射凹面内侧。所述红外光源1为能够发射两束宽光谱红外光的光源。红外光源1发射的两束宽光谱红外光相隔一定间距照射在凹面集光反射镜5的反射凹面上，并沿水平方向发生反射至分束器3。所述分束器3以KBr为材料制成，分束器3渡有半透半反膜，具有半透射和半反射的作用。红外光源1发射的两束宽光谱红外光被分束器3半透射和半反射处理，透射的红外光照射在动镜4上，发射的光照在定镜组件上。具体地讲，所述动镜4具有两个立体角反射镜和摆动型音圈电机11，所述摆动型音圈电机11与两个立体角反射镜连接。所述定镜组件包括第一固定反射镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种VOCs在线实时监测系统，包括壳体、设置在壳体内的光路系统、计算机运算系统(24)，其特征在于：所述光路系统具有红外光源(1)、激光器(2)、分束器(3)、动镜(4)、定镜组件、凹面集光反射镜(5)、光电探测器(10)、红外探测器(23)和气体吸收池(12)；所述定镜组件包括第一固定反射镜(6)、第二固定反射镜(7)、第三固定反射镜(8)和第四固定反射镜(9)；所述动镜(4)位于分束器(3)左侧；凹面集光反射镜(5)位于分束器(3)右侧，且凹面集光反射镜(5)的反射凹面朝向分束器(3)；第一固定反射镜(6)水平设置在分束器(3)后方；第二固定反射镜(7)与分束器(3)平行并设置在分束器(3)前方；所述第三固定反射镜(8)设置在分束器(3)与凹面集光反射镜(5)之间，且与分束器(3)平行；所述第四固定反射镜(9)设置在分束器(3)与第二固定反射镜(7)之间，且与分束器(3)垂直；所述红外光源(1)设置在凹面集光反射镜(5)的反射凹面内侧，所述激光器(2)设置在第三固定反射镜(8)前方；所述光电探测器(10)设置在第四固定反射镜(9)左侧，并与动镜(4)电连接；所述气体吸收池(12)设置在第二固定反射镜(7)右侧；所述红外探测器(23)设置在气体吸收池(12)右侧；所述红外探测器(23)与计算机运算系统(24)电连接。...

【技术特征摘要】
1.一种VOCs在线实时监测系统，包括壳体、设置在壳体内的光路系统、计算机运算系统(24)，其特征在于：所述光路系统具有红外光源(1)、激光器(2)、分束器(3)、动镜(4)、定镜组件、凹面集光反射镜(5)、光电探测器(10)、红外探测器(23)和气体吸收池(12)；所述定镜组件包括第一固定反射镜(6)、第二固定反射镜(7)、第三固定反射镜(8)和第四固定反射镜(9)；所述动镜(4)位于分束器(3)左侧；凹面集光反射镜(5)位于分束器(3)右侧，且凹面集光反射镜(5)的反射凹面朝向分束器(3)；第一固定反射镜(6)水平设置在分束器(3)后方；第二固定反射镜(7)与分束器(3)平行并设置在分束器(3)前方；所述第三固定反射镜(8)设置在分束器(3)与凹面集光反射镜(5)之间，且与分束器(3)平行；所述第四固定反射镜(9)设置在分束器(3)与第二固定反射镜(7)之间，且与分束器(3)垂直；所述红外光源(1)设置在凹面集光反射镜(5)的反射凹面内侧，所述激光器(2)设置在第三固定反射镜(8)前方；所述光电探测器(10)设置在第四固定反射镜(9)左侧，并与动镜(4)电连接；所述气体吸收池(12)设置在第二固定反射镜(7)右侧；所述红外探测器(23)设置在气体吸收池(12)右侧；所述红外探测器(23)与计算机运算系统(24)电连接。2.根据权利要求1所述的VOCs在线实时监测系统，其特征在于：所述红外光源(1)为发射两束宽光谱红外光的光源，红外光源(1)发射的两束宽光谱红外光相隔一定间距照射在凹面集光反射镜(5)的反射凹面上，并沿水平方向发生反射至分束器(3)。3.根据权利要求2所述的VOCs在线实时监...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旗超，
申请(专利权)人：四川省宏茂环保技术服务有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51