專利名稱：氣體中油污含量的紅外三點(diǎn)檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體中油污含量的紅外三點(diǎn)檢測(cè)裝置，是一種對(duì)氣體中油污含量檢測(cè)的光學(xué)檢測(cè)分析儀。
目前，用于油蒸汽含量檢測(cè)的器件主要是陶瓷氣敏傳感器，其工作原理是根據(jù)不同的氣體樣本與特種半導(dǎo)體氧化物在300～400℃溫度下接觸時(shí)，半導(dǎo)體氧化物的電阻發(fā)生改變，通過(guò)電阻上電壓的變化可以直接測(cè)定傳感器電阻的變化。如果空氣是潔凈的，那么流經(jīng)傳感器和參考電阻組成的電阻橋輸出的電流是穩(wěn)定的。如果那些對(duì)傳感器來(lái)說(shuō)是可感知的氣體(例如油蒸汽)與傳感器表面相接觸時(shí)，隨著樣品濃度的增長(zhǎng)，傳感器的阻抗下降，則電阻橋輸出電流或電壓的變化與樣品濃度有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。
基于這種氣敏傳感器的檢測(cè)裝置需要用一些很復(fù)雜的技術(shù)解決一些關(guān)鍵問(wèn)題，例如，為了保持傳感器工作的穩(wěn)定性，需要將傳感器保持在工作溫度區(qū)(300～400℃)內(nèi)的恒定溫度，為此需要加裝加熱器，并且必須使用穩(wěn)壓電源。因此，將傳感器接入到測(cè)量電路中去時(shí)，需要有一個(gè)供傳感器的工作電壓電源和一個(gè)供加熱器的加熱電源。為了能很好保持傳感器溫度的恒定，以及保證傳感器工作的穩(wěn)定，這些電源須由傳感器制造廠家專門(mén)設(shè)計(jì)，不可避免地會(huì)帶來(lái)價(jià)格的提高和維護(hù)上的困難。
本發(fā)明提出的氣體中油污含量的紅外三點(diǎn)檢測(cè)裝置的特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)是含有油污的氣體溶于四氯化碳溶劑后，混合溶液有三個(gè)特征吸收峰，利用光學(xué)元件對(duì)溶液的透射光進(jìn)行分光，測(cè)得溶液在這三個(gè)特征吸收峰處的吸光度，即可通過(guò)計(jì)算得到測(cè)試氣體中的油污含量。
本發(fā)明的裝置主要包含照明部分，反應(yīng)池部分和光電檢測(cè)部分。在裝有四氯化碳的反應(yīng)池中通入含有油污成分的氣體，作為油污含量檢測(cè)的反應(yīng)傳感樣品池。利用油污與四氯化碳相混合，進(jìn)而測(cè)定混合液的吸光度的方法推算氣體中油污的含量。采用寬帶光源透過(guò)濾光片組照射樣品池，利用光學(xué)分光的方法，將透過(guò)混合溶液，并處于混合溶液吸收光譜段的三個(gè)光波段分離出來(lái)。用光電傳感器測(cè)量反應(yīng)樣品不同光譜段的透射光強(qiáng)度，求得各光譜段的吸光度，綜合分析各光譜段檢測(cè)的信號(hào)光強(qiáng)度，代入油污含量計(jì)算公式，得到油污成分在氣體中的含量。采用照明光源功率波動(dòng)補(bǔ)償修正系統(tǒng)，利用參考光路的光強(qiáng)度對(duì)探測(cè)信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行修正，消除照明光源功率波動(dòng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。濾光片組根據(jù)所測(cè)樣品進(jìn)行專門(mén)設(shè)計(jì)，針對(duì)不同樣品，可更換濾光片組。
本發(fā)明的有益效果是，檢測(cè)機(jī)理先進(jìn)，裝置結(jié)構(gòu)緊湊，技術(shù)路徑簡(jiǎn)明，具有高精度和高準(zhǔn)確度，可以做到小型、輕便和低制造成本。這些特點(diǎn)有利于本發(fā)明裝置的普及應(yīng)用和推廣，
圖中，1、聚光罩，2、寬帶照明燈，3、光束準(zhǔn)直透鏡組，4、濾光鏡組，5、光分束鏡，6、光功率監(jiān)視器，7、反應(yīng)池，8、進(jìn)氣閥，9、出氣閥，10、注液閥，11、排液閥，12、聚光鏡組，13、光電探測(cè)器，14、信號(hào)處理器，15、濾光片，16、氣泵，17、液泵。
如

圖1所示，本發(fā)明裝置各組件之間的結(jié)構(gòu)位置關(guān)系為聚光罩1、寬帶照明燈2、光束準(zhǔn)直透鏡組3、濾光鏡組4上的濾光片15、聚光鏡組12和光電探測(cè)器13在同一光軸上。濾光鏡組4的軸線與光軸平行，間距為圓盤(pán)中心到各個(gè)濾光片15中心的距離，保證轉(zhuǎn)動(dòng)濾光鏡組4時(shí)，每一片濾光片15均處于光路之中。光分束鏡5的鏡面法線方向與光軸成45°角。反應(yīng)池7的入光面和出光面為石英玻璃。
照明部分聚光罩1將寬帶照明燈2發(fā)出的光反射會(huì)聚到光束準(zhǔn)直透鏡3，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直的照明光垂直照射在濾光鏡組4上的某一濾光片15上，濾光鏡組4為圓盤(pán)型，可以繞圓盤(pán)中心軸旋轉(zhuǎn)，以圓盤(pán)中心為對(duì)稱中心，在圓盤(pán)上對(duì)稱裝有3片不同波段的濾光片15。從濾光片15出射的光束光譜范圍被限制在某一光譜區(qū)間，該光束通過(guò)光分束鏡5后，透射部分照射在反應(yīng)池7上，反射部分作為參考光照射在光功率監(jiān)視器6上。
反應(yīng)池部分反應(yīng)池7上裝有進(jìn)氣閥8和出氣閥9，用來(lái)通入和排出氣體。反應(yīng)池上的注液閥10和排液閥11用來(lái)通入和排出四氯化碳液體。氣體和液體的注入分別由氣泵16和液泵17控制，進(jìn)氣閥8和注液閥10上均有流量控制器，用來(lái)控制輸入的氣體和溶液的體積。
光電檢測(cè)部分聚光鏡組12收集反應(yīng)池7的透射光，并會(huì)聚在光電探測(cè)器13上。光電探測(cè)器13和光功率監(jiān)視器12輸出的電信號(hào)由傳輸電纜傳到信號(hào)處理器14，信號(hào)處理器14將輸入的兩路電信號(hào)進(jìn)行放大、A/D轉(zhuǎn)換和比較運(yùn)算，并與存儲(chǔ)在其中的計(jì)算參數(shù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，得到油污含量的檢測(cè)結(jié)果。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，先按圖1所示的結(jié)構(gòu)圖組成系統(tǒng)，在反應(yīng)池中注入定量的四氯化碳溶液，再分別通入定量的正十六烷、姥鮫烷和甲苯，得到已知濃度的各物質(zhì)的四氯化碳溶液，濃度分別為C(H)(正十六烷)、C(P)(姥鮫烷)和C(T)(甲苯)。三個(gè)帶通濾光片的波段為3413±16nm、3378±16nm和3300±32nm。分別測(cè)得插入不同濾光片時(shí)的吸光度A3413、A3378和A3300，代入下列公式(1)-(4)，計(jì)算參數(shù)X、Y、Z和F，并存入信號(hào)處理器。
F＝A3413(H)/A3300(H)(1)C(H)＝X×A3413(H)+Y×A3378(H) (2)C(P)＝X×A3413(P)+Y×A3378(P) (3)C(T)＝X×A3413(T)+Y×A3378(T)+Z[A3300(T)-A3413(T)/F](4)再用該系統(tǒng)檢測(cè)未知?dú)怏w樣本，分別測(cè)量溶液在3413±16nm、3378±16nm和3300±32nm處的吸光度A1、A2、A3，并用下列公式(5)計(jì)算油污的濃度CC＝X×A1+Y×A2+Z(A3-A1/F)(5)
權(quán)利要求
1.一種氣體中油污含量的紅外三點(diǎn)檢測(cè)裝置，其特征在于包含照明、反應(yīng)池和光電檢測(cè)三部分，聚光罩(1)、寬帶照明燈(2)、光束準(zhǔn)直透鏡組(3)、濾光鏡組(4)上的濾光片(15)、聚光鏡組(12)和光電探測(cè)器(13)依次在同一光軸上，濾光鏡組(4)的圓盤(pán)上對(duì)稱裝有三片不同波段的濾光片(15)，濾光鏡組(4)的軸線與光軸平行，間距為圓盤(pán)中心到各個(gè)濾光片(15)中心的距離，光分束鏡(5)的鏡面法線方向與光軸成45°角，通過(guò)光分束鏡(5)后的透射光照射在反應(yīng)池(7)上，反射光照射在光功率監(jiān)視器(6)上，反應(yīng)池(7)上裝有進(jìn)氣閥(8)和出氣閥(9)，以及注液閥(10)和排液閥(11)，反應(yīng)池(7)的透射光經(jīng)聚光鏡組(12)會(huì)聚在光電探測(cè)器(13)上，光電探測(cè)器(13)和光功率監(jiān)視器(6)的輸出到信號(hào)處理器(14)。
2.如權(quán)利要求1所說(shuō)的氣體中油污含量的紅外三點(diǎn)檢測(cè)裝置，其特征在于反應(yīng)池(7)的入光面和出光面為石英玻璃。
3.如權(quán)利要求1所說(shuō)的氣體中油污含量的紅外三點(diǎn)檢測(cè)裝置，其特征在于反應(yīng)池(7)中注有四氯化碳溶液。
4.如權(quán)利要求1所說(shuō)的氣體中油污含量的紅外三點(diǎn)檢測(cè)裝置，其特征在于進(jìn)入反應(yīng)池(7)的氣體和液體分別由氣泵(16)和液泵(17)控制，進(jìn)氣閥(8)和注液閥(10)上有流量控制器。
5.如權(quán)利要求1所說(shuō)的氣體中油污含量的紅外三點(diǎn)檢測(cè)裝置，其特征在于三個(gè)帶通濾光片(15)的波段為3413±16nm、3378±16nm和3300±32nm。
全文摘要
一種氣體中油污含量的紅外三點(diǎn)檢測(cè)裝置，主要包含照明，反應(yīng)池和光電檢測(cè)三部分。在裝有四氯化碳的反應(yīng)池中通入含有油污成分的氣體，作為油污成分的反應(yīng)傳感樣品池，采用寬帶光源透過(guò)濾光片組照射樣品池，用光電傳感器測(cè)量反應(yīng)樣品不同光譜段的透射光強(qiáng)度，綜合分析各光譜段檢測(cè)的信號(hào)光強(qiáng)度，計(jì)算得到油污成分在氣體中的含量。本發(fā)明采用照明光源功率波動(dòng)補(bǔ)償修正系統(tǒng)，利用參考光路的光強(qiáng)度對(duì)探測(cè)信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行修正，消除照明光源功率波動(dòng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，具有技術(shù)實(shí)施路徑簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠，受環(huán)境因素影響小，檢測(cè)靈敏度高等特點(diǎn)，可以做到小型、輕便和低制造成本，有利于普及應(yīng)用和推廣。
文檔編號(hào)G01N21/31GK1400460SQ02136508
公開(kāi)日2003年3月5日 申請(qǐng)日期2002年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月15日
發(fā)明者竇曉鳴, 莊松林, 倪爭(zhēng)技, 于常青, 趙海鷹 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)