[發(fā)明專利]一種便攜式多組分氣體檢測裝置

在審

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• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN107219180A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 童晶晶;高閩光;李勝;王亞萍;石建國;劉建國;李相賢;李妍;魏秀麗;陳軍;劉文清
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: G01N21/33
• 分類號: G01N21/33
• 代理公司: 合肥市浩智運(yùn)專利代理事務(wù)所(普通合伙)34124
• 代理人: 吳向青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于大氣環(huán)境檢測技術(shù)及光譜測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種便攜式多組分氣體檢測裝置。

背景技術(shù)

環(huán)境變化、環(huán)境污染及其對生態(tài)的影響已經(jīng)成為全球關(guān)注的重要問題。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，保護(hù)環(huán)境資源、加強(qiáng)環(huán)保監(jiān)督、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的任務(wù)十分艱巨。我國在大氣環(huán)境監(jiān)測與預(yù)警方面尚未形成健全和完整的監(jiān)測技術(shù)體系，無法對大氣環(huán)境的現(xiàn)狀和趨勢給出全面、清晰的分析與判斷，不能滿足我國宏觀污染控制決策的需要。因此研究環(huán)境大氣的監(jiān)測技術(shù)，建立基于多種探測手段的大氣環(huán)境監(jiān)測平臺，實(shí)時(shí)獲得由于人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)所引起的大氣污染程度狀況，將有助于研究區(qū)域性、突發(fā)性、災(zāi)害性環(huán)境污染形成的機(jī)理和條件，了解污染傳輸過程及其對生態(tài)環(huán)境的危害，從而推動(dòng)預(yù)防預(yù)報(bào)理論的建立，為大氣污染防治政策和法規(guī)的制定提供相應(yīng)的決策依據(jù)。

目前應(yīng)用于大氣環(huán)境污染和環(huán)境安全監(jiān)測的技術(shù)主要有光學(xué)技術(shù)，質(zhì)譜技術(shù)和色譜技術(shù)，其中，基于光學(xué)原理的在線監(jiān)測技術(shù)，具有非接觸、無需采樣、高靈敏、大范圍快速監(jiān)測等特點(diǎn)，是國際上環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。

差分吸收光譜技術(shù)DOAS是以大氣中的痕量污染氣體對紫外和可見波段的特征吸收為基礎(chǔ)，通過特征吸收光譜對大氣中污染氣體進(jìn)行定性識別和定量檢測。 DOAS技術(shù)具有靈敏度高、時(shí)間分辨率高、非接觸測量等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于大氣痕量氣體成份探測及污染源煙氣在線監(jiān)測。與其它光譜學(xué)測量方法相比，DOAS 測量系統(tǒng)的探測器件體積較小，更容易做成小便攜式儀器，性價(jià)比高。

相比于臺式機(jī)使用方式，便攜式監(jiān)測儀器具有體積小、質(zhì)量輕、攜帶方便、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、操作簡單等特點(diǎn)，特別適用于野外大氣環(huán)境監(jiān)測，以及國家和地方環(huán)境監(jiān)測站使用。便攜式監(jiān)測儀器可應(yīng)用于突發(fā)性大氣污染事故現(xiàn)場應(yīng)急監(jiān)測，也可應(yīng)用于日常大氣環(huán)境連續(xù)在線監(jiān)測。因此，開發(fā)具有測量速度快、測量精度高、操作使用簡單的便攜式多組分氣體在線檢測儀器，對于提高我國大氣環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，實(shí)時(shí)掌握環(huán)境空氣質(zhì)量的變化情況，為環(huán)境污染控制提供數(shù)據(jù)支撐，改善大氣環(huán)境具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有大氣環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的不足，提供了一種便攜式多組分氣體檢測裝置，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測人員方便快捷的攜帶設(shè)備進(jìn)入到具體應(yīng)用現(xiàn)場，如突發(fā)大氣事故應(yīng)急監(jiān)測、固定污染源煙氣排放監(jiān)測、化工園區(qū)大氣環(huán)境監(jiān)測等，對被測區(qū)域的氣體進(jìn)行快速準(zhǔn)確的定性和定量監(jiān)測，為大氣環(huán)境監(jiān)測提供可靠監(jiān)測設(shè)備，為生產(chǎn)環(huán)境的大氣安全性提供預(yù)警，為大氣環(huán)境的督查和監(jiān)察提供有效數(shù)據(jù)支撐。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：一種便攜式多組分氣體檢測裝置，包括便攜式箱體以及安裝在便攜式箱體內(nèi)的：紫外光源、準(zhǔn)直單元、樣品池、氣泵、匯聚單元、光纖、光譜儀、計(jì)算機(jī)以及電源模塊；所述樣品池上接有進(jìn)氣管和排氣管，所述氣泵串接在排氣管上，所述進(jìn)氣管和排氣管貫通至便攜式箱體外部，并在便攜式箱體的外壁上設(shè)有進(jìn)氣接口和排氣接口，所述進(jìn)氣接口上接有氣體采樣頭；紫外光源發(fā)射出的紫外光線經(jīng)過準(zhǔn)直單元準(zhǔn)直后入射到樣品池，紫外光在樣品池內(nèi)被目標(biāo)氣體選擇性吸收之后由出射口發(fā)射出去，出射光束經(jīng)匯聚單元準(zhǔn)直和匯聚后通過光纖耦合后進(jìn)入光譜儀，光譜儀完成紫外光色散和紫外吸收光譜探測，然后通過USB接口方式將探測信號送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)完成光譜數(shù)據(jù)處理和目標(biāo)氣體濃度反演。

所述便攜式箱體由箱槽和箱蓋構(gòu)成，箱槽和箱蓋的其中一側(cè)通過鉸鏈鉸接，另一側(cè)即鉸鏈所在側(cè)的對側(cè)設(shè)有搭扣和把手；所述紫外光源、準(zhǔn)直單元、樣品池、氣泵、匯聚單元、光纖、光譜儀以及電源模塊安裝在箱槽內(nèi)，所述計(jì)算機(jī)安裝在箱蓋上，且箱蓋上開設(shè)有一通孔，使計(jì)算機(jī)的顯示模塊能夠暴露在箱蓋的外側(cè)。

氣體采樣頭可拆卸的連接在所述進(jìn)氣接口上，氣體采樣頭內(nèi)包含粉塵過濾器；所述氣泵采用配置無刷電機(jī)的微型抽氣泵。

所述紫外光源選用氘燈。

準(zhǔn)直單元由順序布置的兩塊凸透鏡和一塊凹透鏡構(gòu)成，三塊透鏡之間的距離被裝配為能夠?qū)⒆贤夤庠窗l(fā)出的散射光匯聚成準(zhǔn)直的平行光，透鏡材料選用石英玻璃材料。

所述樣品池采用多次反射式懷特型結(jié)構(gòu)樣品池(懷特池)，利用三塊球面鏡實(shí)現(xiàn)紅外光多次折返；樣品池的氣路進(jìn)出口安裝有卡套接頭，光路進(jìn)出口安裝有密封硅橡膠，樣品池池體采用整體鋁合金加工而成，側(cè)面和底面有減輕槽，池體重量在3kg以內(nèi)，池體內(nèi)部進(jìn)行表面耐腐蝕處理；三塊球面鏡鍍紫外高反膜和保護(hù)膜。

匯聚單元由同軸順序布置的三塊凸透鏡以及連接底座構(gòu)成，匯聚單元的三塊凸透鏡安裝在連接底座上開設(shè)的通光孔內(nèi)，連接底座與便攜式箱體的底壁固接，匯聚后的紫外光入射到所述光纖。