專利名稱：一種大氣臭氧濃度光學測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及大氣監(jiān)測領域，更具體而言涉及一種大氣臭氧濃度光學測量系統(tǒng)。
背景技術：
近年來南極臭氧空洞以及對流層臭氧增加等的觀測事實，引起人們對臭氧以及由臭氧引起的環(huán)境問題的高度重視。研究表明，自然排放、人為影響以及其他一些因素都會對空氣臭氧濃度的變化產生重要影響。空氣中臭氧濃度過高，將加快城市光化學反應頻率、加快材料老化、影響人類健康、導致農作物減產，對生態(tài)環(huán)境造成嚴重影響。最近的科學研究表明，臭氧對波長253. 7nm的紫外線具有最大吸收系數，在此波長下紫外線通過臭氧會產生衰減，這符合蘭波特-比爾定律，而目前該原理已被美國等國家作為臭氧標準分析方法。目前，在空氣監(jiān)測領域，通常是通過測量被測氣體氣流經過測量裝置的光學測量系統(tǒng)過程中對紫外光被吸收的程度來實現(xiàn)的。如圖1所示，臭氧測量裝置的光學測量系統(tǒng)主要是由紫外光模塊1A、臭氧吸收室2A和探測器模塊6A組成。紫外光模塊和探測器模塊分別固定在臭氧吸收室的兩端，相對設立。其中紫外光模塊IA產生穩(wěn)定的紫外光，穿過充滿被測氣體的吸收室2A，最后到達探測器模塊6A，探測器模塊6A測得紫外光的強度后，測量系統(tǒng)結合實時測量的被測氣體的壓力、流量等數據，進而與標準濃度氣體樣品的數據做對比，就可以根據現(xiàn)有的數學模型和原理得出被測氣體所含臭氧的濃度。隨著電子技術的發(fā)展，各種電子儀器的集成程度越來越高，外形也越來越小，實際工作時對便攜式儀器的需求也日益強烈，這對于臭氧分析儀器也一樣。但是，在儀器集成化、小型化及便攜式臭氧分析儀的設計過程中，存在一個比較大的制約因素，那就是光學系統(tǒng)中臭氧吸收室的測量行程問題。通常臭氧吸收室的測量行程越長，臭氧測量的精度就越高，測量的量程也會更寬，但是這樣就會導致儀器的設計嚴重地受到臭氧的制約要保證測量行程的長度、以保證一定的測量精度和量程，勢必會增加儀器的長度和尺寸，就會難以實現(xiàn)集成化的目的。所以現(xiàn)有的很多儀器為了達到集成的效果，不惜縮短光學測量系統(tǒng)臭氧吸收室的測量行程，從而就會犧牲臭氧測量儀器的測量精度和量程，同時也會嚴重影響儀器的質量和性能。為了克服臭氧分析儀器集成化、小型化、以及在便攜式臭氧分析儀器設計中受到吸收室測量行程制約這個問題，就需要一種新型的光學測量系統(tǒng)結構，它既能實現(xiàn)儀器集成化、小型化、以及在便攜式臭氧分析儀器設計的目標，也能保證光學測量系統(tǒng)臭氧吸收室的測量行程的長度，甚至提供更長的測量行程。本實用新型旨在解決這個制約問題，以便達到在縮小部件長度、并提高儀器集成化的同時，既保證測量行程、從而保證臭氧測量的精度，也保證了較寬的量程。

實用新型內容本實用新型提供了一種大氣臭氧濃度光學測量系統(tǒng)，包括紫外光模塊、臭氧吸收室和探測器模塊，其特征在于，所述紫外光模塊和探測器模塊設置在所述臭氧吸收室同一端，在所述臭氧吸收室的另一端設有一個中繼體模塊，在所述臭氧吸收室中設有兩個被測氣體通道，所述紫外光模塊產生紫外光，所述紫外光經過所述探測器模塊進入包含被測氣體的所述臭氧吸收室，通過所述中繼體模塊折射后再到達所述探測器模塊。所述中繼體模塊包括一個四通塊、兩個光學鏡片以及兩個光學鏡片壓板。兩個光學鏡片互為90°安裝，由光學鏡片壓板密封壓緊在四通塊的另外兩個通口平面上。在所述探測器模塊上設有兩個軸線平行的光通孔，在所述臭氧吸收室上設有兩個對應的平行的被測氣體通道，所述兩個光通孔與臭氧吸收室的兩個被測氣體通道分別同軸對應設置。所述臭氧吸收室可以是一個整體，也可以由多塊組成。所述探測器模塊與臭氧吸收室密封連接。所述中繼體模塊也整體與臭氧吸收室密封連接。根據本實用新型，在同等測量行程的條件下，本實用新型的臭氧濃度測量裝置的光學平臺與現(xiàn)有臭氧濃度測量裝置的光學系統(tǒng)的測量精度、測量量程相當，但是本實用新型的光學平臺長度可縮小45%以上，同時可以大大節(jié)省儀器的內部空間，從而可以極大地提高儀器的集成度。而在同等光學平臺長度的條件下，本實用新型光學平臺可以比現(xiàn)有光學平臺的測量精度提高一倍以上，本實用新型光學平臺的測量量程可比現(xiàn)在光學平臺精細兩倍以上。這樣即滿足了集成化的要求，也保證了測量精度。

下面將結合附圖對本實用新型做進一步說明，其中圖1是現(xiàn)有臭氧濃度測量裝置的光學平臺的一個示意圖；圖2是本實用新型臭氧濃度測量裝置的光學平臺的一個示意圖；圖3是本實用新型臭氧濃度測量裝置的光學平臺的一個立體結構圖。
具體實施方式
下面參見圖2和圖3。本實用新型的臭氧測量裝置的光學平臺也包括紫外光模塊 1、臭氧吸收室2和探測器模塊6組成。與現(xiàn)有技術不同，本實用新型的臭氧濃度測量裝置中，其光學平臺的臭氧吸收室2設計成雙通道。本實用新型的紫外光模塊1和探測器模塊6 并排設置在臭氧吸收室2的同一端。紫外光模塊1和探測器模塊6連接成一體，在探測器模塊6上設有兩個軸線平行的光通孔8。在臭氧吸收室2上設有兩個與光通孔8對應的平行的被測氣體通道9，臭氧吸收室2的兩個被測氣體通道9分別與探測器模塊6上的光通孔 8同軸對應設置。所述探測器模塊6上的兩個光通孔8中的一個光通孔與紫外光模塊1相通，同時也與被測氣體通道9相通但不與探測器模塊6內部相通；另一個光通孔既與所述探測器模塊6內部相通，同時也與被測氣體通道9相通。探測器模塊6與臭氧吸收室2密封連接。在本實用新型的一個實施例中，臭氧吸收室2可以是一個整體，兩個被測氣體通道9平行、同軸設置。當然為了加工和裝配工藝的方便，也可以將臭氧吸收室2分割成多塊， 例如在本實用新型圖3的實施例中分為兩塊。當然本領域普通技術人員可以理解，可以根
4據需要將臭氧吸收室2設置成三塊或者更多快。根據本實用新型，在臭氧吸收室2的另一端還設有一個中繼體模塊7，中繼體模塊 7的作用就是將紫外光的傳播方向做一個180°的折射。所述中繼體模塊7主要由一個四通塊3和兩個互成90°的光學鏡片4以及兩個光學鏡片壓板5組成。中繼體模塊7中設有兩個平行孔，所述兩個平行孔10與臭氧吸收室2的兩個被測氣體通道9分別同軸對應設置(未示出)。兩個光學鏡片4互為90°安裝，由光學鏡片壓板5密封壓緊在四通塊3的另外兩個通口平面上，中繼體模塊7整體與臭氧吸收室2密封連接。根據本實用新型，被測氣體由臭氧吸收室2上的一個進氣口 11進入臭氧吸收室2 中。然后，紫外光模塊1產生穩(wěn)定的紫外光，紫外光通過與其并排設置的探測器模塊6上的一個光通孔8，然后通過臭氧吸收室2中的與其相連的一個通道9，進入臭氧吸收室2中并與被測氣體接觸。之后紫外光進而到達臭氧吸收室2另一端的中繼體模塊7 (中繼體模塊的通道也充滿被測氣體)。然后接觸到被測氣體后的紫外光被中繼體模塊7 —邊的光學鏡片4將紫外光傳播方向作90°折射。紫外光穿過中繼體模塊7到達另一邊的光學鏡片4， 光學鏡片4再一次將紫外光的傳播方向作90°折射，使紫外光傳播方向與最初的傳播方向相反，繼而進入臭氧吸收室2的另一個通道9。紫外光穿過這條通道后，到達臭氧吸收室2 另一端的探測器模塊6，于是探測器模塊6則可以測得紫外光的強度。然后系統(tǒng)結合實時測量的壓力和流量數據，進而與標準濃度氣體樣品的數據做對比后，根據數學模型得出被測氣體所含臭氧的濃度。在測量完成后，被測氣體由臭氧吸收室上的另一個出氣口 12放出。根據本實用新型，臭氧濃度測量裝置的光學平臺工作時，根據系統(tǒng)發(fā)出的相關指令，紫外光模塊1則產生波長及強度穩(wěn)定的紫外光。紫外光進入臭氧吸收室2后，被測氣體開始吸收紫外光線，光線穿過充滿被測氣體的臭氧吸收室2的一個通道、例如內側通道，繼而進入充滿被測氣體的四通塊3，同時被兩個光學鏡片4做兩次90°折射后，反轉進入臭氧吸收室2的另一個通道、例如外側通道。然后紫外光穿過充滿被測氣體的臭氧吸收室2的外側通道，最后到達探測器模塊6。探測器模塊6接受紫外光，并將其轉化成電信號傳輸給系統(tǒng)，系統(tǒng)根據電信號計算并記錄紫外光線強度，同時結合實時測量的壓力和流量數據，進而與標準濃度氣體樣品的數據做對比后，根據數學模型得出被測氣體所含臭氧的濃度。根據本實用新型，在同等測量行程的條件下，本實用新型的臭氧濃度測量裝置的光學平臺與現(xiàn)有臭氧濃度測量裝置的光學平臺的測量精度、測量量程相當，但是本實用新型的光學平臺長度可縮小45%以上，同時可以大大節(jié)省儀器的內部空間，從而可以極大地提高儀器的集成度。而在同等光學平臺長度的條件下，本實用新型光學平臺可以比現(xiàn)有光學平臺的測量精度提高一倍以上，本實用新型光學平臺的測量量程可比現(xiàn)在光學平臺精細兩倍以上。顯而易見，本領域的普通技術人員可以在本實用新型的范疇內，對本實用新型及其各個部件進行各種改動和變化。但是，無論做何種改動和變化，只要這種改動和變化不超出本實用新型的范疇，則任何改動和變化都應該被視為落入本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種大氣臭氧濃度光學測量系統(tǒng)，包括紫外光模塊、臭氧吸收室和探測器模塊，其特征在于，所述紫外光模塊和探測器模塊設置在所述臭氧吸收室同一端，在所述臭氧吸收室的另一端設有一個中繼體模塊，在所述臭氧吸收室中設有兩個被測氣體通道，所述紫外光模塊產生紫外光，所述紫外光經過所述探測器模塊進入包含被測氣體的所述臭氧吸收室， 通過所述中繼體模塊折射后再到達所述探測器模塊。
2.根據權利要求1所述的臭氧濃度光學測量系統(tǒng)，其特征在于，所述中繼體模塊包括一個四通塊、兩個光學鏡片以及兩個光學鏡片壓板。
3.根據權利要求2所述的臭氧濃度光學測量系統(tǒng)，其特征在于，兩個光學鏡片互為 90°安裝，由光學鏡片壓板密封壓緊在四通塊的另外兩個通口平面上。
4.根據權利要求1所述的臭氧濃度光學測量系統(tǒng)，其特征在于，在所述探測器模塊上設有兩個軸線平行的光通孔，所述兩個光通孔與臭氧吸收室的兩個被測氣體通道分別同軸對應設置。
5.根據權利要求1所述的臭氧濃度光學測量系統(tǒng)，其特征在于，所述臭氧吸收室是一個整體。
6.根據權利要求1所述的臭氧濃度光學測量系統(tǒng)，其特征在于，所述臭氧吸收室由多塊組成。
7.根據權利要求1所述的臭氧濃度光學測量系統(tǒng)，其特征在于，在探測器模塊上設有的兩個軸線平行的光通孔中一個與紫外光模塊相通而另一個與探測器模塊內部相通。
8.根據權利要求1所述的臭氧濃度光學測量系統(tǒng)，其特征在于，在臭氧吸收室上分別設有一個被測氣體進氣口和一個被測氣體出氣口。
9.根據權利要求1所述的臭氧濃度光學測量系統(tǒng)，其特征在于，所述探測器模塊與臭氧吸收室密封連接。
10.根據權利要求1所述的臭氧濃度光學測量系統(tǒng)，其特征在于，所述中繼體模塊整體與臭氧吸收室密封連接。
專利摘要本實用新型提供了一種大氣臭氧濃度光學測量系統(tǒng)，包括紫外光模塊、臭氧吸收室和探測器模塊，其特征在于，所述紫外光模塊和探測器模塊設置在所述臭氧吸收室同一端，在所述臭氧吸收室的另一端設有一個中繼體模塊，在所述臭氧吸收室中設有兩個被測氣體通道，所述紫外光模塊產生紫外光，所述紫外光經過所述探測器模塊進入包含被測氣體的所述臭氧吸收室，通過所述中繼體模塊折射后再到達所述探測器模塊。在同等測量行程的條件下，本實用新型光學平臺與現(xiàn)有光學平臺的測量精度、測量量程相當，但是光學平臺長度可縮小45％以上，同時可以節(jié)省儀器的內部空間，大大提高了儀器的集成度，同時保證了測量精度。
文檔編號G01N21/17GK202275048SQ20112032252
公開日2012年6月13日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權日2011年8月30日
發(fā)明者馮帆, 洪俊龍, 賈鳳林 申請人:北京中晟泰科環(huán)境科技發(fā)展有限責任公司