专利名称：浸入式流体分析设备及其调试方法
技术领域：
本发明涉及气体或液体的分析，尤其涉及一种浸入式流体分析设备及其调试方法。
背景技术：
随着社会发展及生活水平的提高，人们对自身的生存环境越来越重视，对空气、饮用、食品等的质量的关注也逐步提高。光谱分析技术作为一种高精度、快速、低功耗的分析技术，如吸收光谱分析技术，可广泛应用在烟气连续分析、水质连续分析中。在烟气分析中，通常采用取样法和在位法。其中，取样法的分析过程为通过抽 气泵取样烟道内的待测烟气，之后再送入加热的气体室内，光源发出的光穿过烟道内的待测烟气，由于吸收而被衰减的光进入光谱仪内，后经电子�？榈姆治龊蠡裰唐懈鞒煞值暮�。上述加热气体室、光谱仪及复杂的流路系统、控制系统都安装在大体积的机柜内。具体做法请参见专利文献 US5621213、DE3714346A1、JP2003-14627A、CN206100518957、CN2008101215043等。在位法的分析过程为烟道外的光源穿过烟道内的烟气，由于吸收而被衰减的光进入烟道外的光谱仪内，后经电子模块的分析后获知烟气中各成分的含量。上述光谱仪及复杂控制系统都安装在大体积的机柜内，机柜体积通常超过lm3，重量超过IOOkg0 具体做法请参见 CN008137250、《DOAS for flue gas monitoring-III In-situmonitoring of sulfur dioxide, nitrogen monoxide and ammonia)) Johan MellqvistJ.Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer Vol. 56, No. 2, pp.225-240. 1996。在水质分析中，通常采用取样法，分析过程为通过泵取样待测水样，之后再送入测量池内，光源发出的光穿过测量池内的待测水样，由于吸收而被衰减的光进入光谱仪内，后经电子�？榈姆治龊蠡裰馑牟问�。上述光源、光谱仪及复杂的流路系统、控制系统都安装在大体积的机柜内，机柜体积通常超过O. 5m3,重量超过120kg具体做法请参见中国专利文献 CN2008100622678、CN2008100622682。上述分析方式具有诸多不足，如I、体积大，上述的光谱仪都是独立的�？椋涂刂葡低�、流路系统一起安装在大的机柜内；2、器件分散，生产、维护不方便。3、成本高，复杂的流路系统、独立设计的光谱仪、大体积的机柜都提高了生产成本。
发明内容
本发明解决的技术问题是克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种结构紧凑、维护方便、成本低、功能全面、能便携的浸入式流体分析设备，以及一种调节简单、方便的浸入式流体分析设备的调试方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的
浸入式流体分析设备，所述分析设备包括光源，所述光源用于发出测量光；测量池，所述测量池处于所述光源和光学�？橹洌糜谠诮胧比菽纱饬魈澹还庋？椋龉庋？榘ǖ谝磺惶澹龅谝磺惶宓哪诓恐锌眨柚迷谒霾饬砍氐囊徊啵⒂胨霾饬砍乇３諷封；会聚部件，所述会聚部件设置在所述第一腔体的内部，用于将所述光源发出的且穿过所述测量池的测量光会聚在狭缝处；
狭缝，所述狭缝设置在所述第一腔体的内部，且处于所述会聚部件的一侧；分光部件，所述分光部件通过安装部件设置在所述第一腔体内；光电检测部件，所述光电检测部件设置在所述第一腔体内，用于将穿过所述狭缝且经所述分光部件分光后的测量光信号转换为电信号，并传送到所述电子�？椋欢烁牵龆烁前沧霸谒龅谝磺惶宓脑独胨霾饬砍氐囊欢耍⒂氲谝磺惶灞３諷封；电子�？椋龅缱幽？橛糜诟莨馄追治黾际醮斫邮盏降乃龅缧藕牛佣裰龃饬魈宓牟问�。根据上述的流体分析设备，可选地，所述分析设备进一步包括调节机构，所述调节机构设置在所述第一腔体内，用于调节所述会聚部件及狭缝，或所述分光部件，或光电检测部件的位置。根据上述的流体分析设备，优选地，所述电子�？樯柚迷谒龅谝磺惶宓哪诓�。根据上述的流体分析设备，优选地，所述会聚部件和狭缝固定在一起。根据上述的流体分析设备，可选地，所述分析设备进一步包括第二腔体，所述第二腔体内部中空，设置在所述测量池的一侧，并与所述测量池保持S封；光源�？椋龉庠茨？樯柚迷谒龅诙惶迥冢藕攀涑龆擞胨龉庠戳樱坏谝欢峦罚龅谝欢峦飞柚迷谒龅诙惶宓脑独胨霾饬砍氐囊欢耍糜诠潭ㄋ龉庠茨？�。根据上述的流体分析设备，可选地，所述分析设备进一步包括第三腔体，所述第三腔体内部中空，设置在所述光源的一侧，并与所述第二腔体保持S封；电路保护�？椋龅缏繁；つ？樯柚迷谒龅谌惶迥冢糜诒；に龉庠茨？椋坏诙峦罚龅诙峦酚糜谕ü呃拢柚迷谒龅谌惶宓脑独胨霾饬砍氐囊欢耍⒂胨龅谌惶灞３置芊�。根据上述的流体分析设备，可选地，所述第二堵头或第三腔体上设有检漏孔。根据上述的流体分析设备，优选地，所述测量池呈“凹”状。根据上述的流体分析设备，可选地，所述流体是气体或液体。本发明的目的还通过以下技术方案得以实现
上述的流体分析设备的调试方法，所述调试方法为通过调节所述狭缝的位置去调节光谱分辨率，通过调节所述分光部件的位置去调节光谱范围、通过调节所述光电检测部件的位置去调节光强。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果·I、体积�。肷湎练�、分光部件及光电检测部件都集成在较小的第一腔体内，无需设置复杂的流路系统、机柜，极大地降低了分析设备的体积，仅为3. 14X10-3cm3左右，重量也仅为2kg左右，真正实现了便携性；2、器件紧凑，光源、入射狭缝、分光部件及光电检测部件的安装方式极为紧凑、科学，生产、维护很方便；3、成本低，无需设计复杂的流路系统、独立的光谱仪、大体积的机柜，大大降低了生产成本，为该分析设备的推广应用奠定了基�。�4、功能全面，为电路系统(如光源�？�)设计了专门的保护�？椋行У胤乐沽说缏酚捎谝馔�(如雷击)而损坏。还设置了固定电源�？榈亩峦罚乐沽说缭茨？樗啥鲎菜鸹祷蛞馔馔；�。
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中图I是本发明实施例I的流体分析设备的基本结构图；图2为本发明实施例I的优选的测量池的基本结构图；图3为本发明实施例I的光学�？榈幕窘峁雇迹煌�4为本发明实施例I的优选的第二、第三腔体的基本结构图。
具体实施例方式图1-4和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。实施例I :图I示意性地给出了本发明实施例的浸入式流体分析设备的基本结构图，如图I所示，所述浸入式流体分析设备包括光源1，所述光源I发出的光具有对应于待测流体的吸收光谱谱线的测量光；如氙灯、氘灯等宽谱光源。测量池2，所述测量池处于所述光源和光学�？橹洌糜谠诮胧比菽伤龃饬魈澹煌�2示意性地给出了本发明实施例的优选的测量池的基本结构图，如图2所示，所述测量池2呈“凹”状，具有光学窗口 21、22，光学窗口 21、22之间为自由空间，待测流体进CN 102944523 A
书
明
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入该自由空间内，光源I发出的光穿过光学窗口 21、22之间的距离为测量光程。光学�？椋�3示意性地给出了本发明实施例的光学�？榈幕窘峁雇迹缤�3所示，所述光学�？�3包括 第一腔体31，所述第一腔体31的内部中空，设置在所述测量池2的一侧，并与所述测量池2保持密封；所述第一腔体31可采用不锈钢或塑料，对待测气体或液体有耐腐蚀性。会聚部件32，所述会聚部件32设置在所述第一腔体31的内部，用于将所述光源I发出的且穿过所述测量池2的测量光会聚在狭缝33处；所述会聚部件可采用透镜。狭缝33，所述狭缝33设置在所述第一腔体31的内部，且处于所述会聚部件32的一侧；优选地，所述会聚部件和狭缝固定在一起。分光部件34，所述分光部件34通过安装部件37设置在所述第一腔体内；所述分光部件可采用光栅、棱镜等器件。 光电检测部件35，所述光电检测部件35设置在所述第一腔体31内，用于将穿过所述狭缝33且经所述分光部件34分光后的测量光信号转换为电信号，并传送到所述电子�？�36 ;所述光电检测部件采用光电传感器，如CCD、CMOS等。端盖39，所述端盖39通过螺纹、螺栓等方式安装在所述第一腔体31的一侧，并与第一腔体31保持密封；电子�？�36，所述电子�？�36用于根据光谱分析技术处理接收到的所述电信号，从而获知所述待测流体的参数，如气体浓度，液体的浊度等参数。优选地，所述电子模块设置在所述第一腔体内。为了更好地调节分析设备的测量精度及测量范围，可选地，所述分析设备进一步包括第一调节机构，所述第一调节机构设置在所述第一腔体内，用于调节所述会聚部件和狭缝的位置。第二调节机构，所述第二调节机构设置在所述安装部件上，用于调节所述分光部件的位置。第三调节机构，所述第三调节机构设置在所述第一腔体内，用于调节所述光电检测部件的位置。上述调节机构的具体机构是本领域的现有技术，在此不再赘述。可选地，所述分析设备进一步包括第二腔体，图4示意性地给出了本发明实施例的第二腔体的基本结构图，如图4所示，所述第二腔体41内部中空，设置在所述测量池2的一侧，并与所述测量池2保持密封；
光源模块42，所述光源�？�42设置在所述第二腔体41内，信号输出端与所述光源I连接；第一堵头43，所述第一堵头43通过螺纹等方式安装在所述第二腔体41的远离所述测量池2的一端，用于固定所述光源�？�42，与所述光源�？�42连接的线缆穿过该第一堵头43。为了更好地保护所述电源模块免受意外(如雷击或外界强信号干扰)损坏，可选地，所述分析设备进一步包括第三腔体，图4示意性地给出了本发明实施例的第三腔体的基本结构图，如图4所
7示，所述第三腔体51内部中空，设置在所述光源I的一侧，并与所述第二腔体41保持密封；电路保护模块52，所述电路保护�？�52设置在所述第三腔体51内，用于保护所述光源�？�42 ;电路保护�？�52主要用于防止所述光源�？�42由于外界雷击、强信号干扰 而损坏，具体的电路保护�？槭窍钟屑际酰诖瞬辉僮甘�。第二堵头53，所述第二堵头53用于通过线缆，通过螺纹等方式设置在所述第三腔体51的一侧，并与所述第三腔体51保持密封。为了使整个分析设备与外界待测气体或液体保持隔离，腔体之间应密封，还需对整个分析设备做检漏实验，可选地，所述第二堵头或第三腔体上设有检漏孔。实施例2 根据实施例I所述的流体分析设备及其调试方法在烟气连续监测中的应用例，在该应用例中，光源采用氙灯，发出的光中具有对应于一氧化氮、二氧化硫的吸收光谱谱线的测量光，采用透镜组作为会聚部件，利用光栅作为分光部件，探测器采用CMOS。测量池呈“凹”状，中间凹陷部位的两侧设置玻璃窗片，隔离待测烟气与腔体内部件，窗片之间为测量光程。所述光源和会聚透镜处于所述窗片的两侧，使得光源发出的光穿过窗片、待测烟气后被所述会聚透镜会聚在狭缝处。为了能进一步调节分析设备的测量精度、范围，透镜组和狭缝通过第一调节机构设置在第一腔体内，使得所述透镜组和狭缝能前后移动，以调节光谱分辨率；所述光栅通过第二调节机构设置在安装部件上，使得能三维调节所述光栅，以提高光谱检测范围；所述探测器通过第三调节机构设置在第一腔体内，以提高接收光强。如，所述安装部件通过螺栓安装在第一腔体的内部，所述安装部件和第一腔体之间设置弹性材料(如橡胶圈)，通过调节所述螺栓以调整光栅的位置，从而实现第三调节结构的功能。所述调节机构还可采用常规的一维、二维、三维光学调节架。上述腔体、端盖及堵头都采用不锈钢材料，提高了耐腐蚀、耐高温、耐冲刷能力，且
第一、第二和第三腔体都采用圆筒。在所述分析设备的出厂调试中，光学�？榈牡魇苑绞轿ü鹘谒鱿练斓奈恢萌サ鹘诠馄追直媛剩ü鹘谒龇止獠考奈恢萌サ鹘诠馄追段�、通过调节所述光电检测部件的位置去调节光强，当调试结果满足要求后，固定好狭缝、光栅、CMOS的位置并密封。在检测时，将整个分析设备浸没在烟气中，烟气充满测量池，电子�？槭涑鲅唐幸谎趸�、二氧化硫的浓度值。实施例3 根据实施例I所述的流体分析设备及其调试方法在水质分析中的应用例，在该应用例中，光源采用氙灯，采用透镜组作为会聚部件，利用光栅作为分光部件，探测器采用CCD。测量池呈“凹”状，中间凹陷部位的两侧设置玻璃窗片，隔离待测烟气与腔体内部件，窗片之间为测量光程。所述光源和会聚透镜处于所述窗片的两侧，使得光源发出的光穿过窗片、待测水样后被所述会聚透镜会聚在狭缝处。为了能进一步调节分析设备的测量精度、范围，透镜组和狭缝通过第一调节机构设置在第一腔体内，使得所述透镜组和狭缝能前后移动，以调节光谱分辨率；所述光栅通过第二调节机构设置在安装部件上，使得能三维调节所述光栅，以提高光谱检测范围；所述探测器通过第三调节机构设置在第一腔体内，以提高接收光强。如，所述安装部件通过螺栓安装在第一腔体的内部，所述安装部件和第一腔体之间设置弹性材料(如橡胶圈)，通过调节所述螺栓以调整光栅的位置，从而实现第三调节结构的功能。所述调节机构还可采用常规的一维、二维、三维光学调节架。
上述腔体、端盖及堵头都采用不锈钢材料，提高了耐腐蚀、耐高温、耐冲刷能力，且
第一、第二和第三腔体都采用圆筒。在所述分析设备的出厂调试中，光学�？榈牡魇苑绞轿ü鹘谒鱿练斓奈恢萌サ鹘诠馄追直媛剩ü鹘谒龇止獠考奈恢萌サ鹘诠馄追段А⑼ü鹘谒龉獾缂觳獠考奈恢萌サ鹘诠馇浚钡魇越峁阋蠛螅潭ê孟练�、光栅、CMOS的位置并密封。在检测时，将整个分析设备浸没在水样中，水样充满测量池，电子�？槭涑鏊�
参数值。根据本发明实施例3达到的益处在于入射狭缝、分光部件及光电检测部件都集成在较小的第一腔体内，结构紧凑，同时无需设置复杂的流路系统、机柜，体积�。ざ冉鑫�40cm，直径仅为5cm，重量仅为2kg，轻便易携带，可作为便携式分析设备，还具有电路保护功能。上述是实施例仅是示例性地给出了各部件的具体选用，如分光部件采用光栅，光源采用氙灯，当然，上述各部件还可以是其它选用，如分光部件棱镜等器件，光源采用氘灯等宽谱光源。这对于本领域的技术人员来说，是能够预料到的，是能够实现本发明的目的的。
权利要求
1.一种浸入式流体分析设备，所述分析设备包括 光源，所述光源用于发出测量光； 测量池，所述测量池处于所述光源和光学�？橹洌糜谠诮胧比菽纱饬魈澹� 光学�？椋龉庋？榘� 第一腔体，所述第一腔体的内部中空，设置在所述测量池的一侧，并与所述测量池保持密封； 会聚部件，所述会聚部件设置在所述第一腔体的内部，用于将所述光源发出的且穿过所述测量池的测量光会聚在狭缝处； 狭缝，所述狭缝设置在所述第一腔体的内部，且处于所述会聚部件的一侧； 分光部件，所述分光部件通过安装部件设置在所述第一腔体内； 光电检测部件，所述光电检测部件设置在所述第一腔体内，用于将穿过所述狭缝且经所述分光部件分光后的测量光信号转换为电信号，并传送到所述电子�？椋� 端盖，所述端盖安装在所述第一腔体的远离所述测量池的一端，并与第一腔体保持密封； 电子�？椋龅缱幽？橛糜诟莨馄追治黾际醮斫邮盏降乃龅缧藕牛佣裰龃饬魈宓牟问�。
2.根据权利要求I所述的流体分析设备，其特征在于所述分析设备进一步包括 调节机构，所述调节机构设置在所述第一腔体内，用于调节所述会聚部件及狭缝，或分光部件，或光电检测部件的位置。
3.根据权利要求I所述的流体分析设备，其特征在于所述电子�？樯柚迷谒龅谝磺惶宓哪诓�。
4.根据权利要求I所述的流体分析设备，其特征在于所述会聚部件和狭缝固定在一起。
5.根据权利要求I所述的流体分析设备，其特征在于所述分析设备进一步包括 第二腔体，所述第二腔体内部中空，设置在所述测量池的一侧，并与所述测量池保持密封； 光源模块，所述光源�？樯柚迷谒龅诙惶迥冢藕攀涑龆擞胨龉庠戳樱� 第一堵头，所述第一堵头设置在所述第二腔体的远离所述测量池的一端，用于固定所述光源�？�。
6.根据权利要求I所述的流体分析设备，其特征在于所述分析设备进一步包括 第三腔体，所述第三腔体内部中空，设置在所述光源的一侧，并与所述第二腔体保持密封； 电路保护�？椋龅缏繁；つ？樯柚迷谒龅谌惶迥冢糜诒；に龉庠茨？椋坏诙峦罚龅诙峦酚糜谕ü呃拢柚迷谒龅谌惶宓脑独胨霾饬砍氐囊欢耍⒂胨龅谌惶灞３置芊�。
7.根据权利要求6所述的流体分析设备，其特征在于所述第二堵头或第三腔体上设有检漏孔。
8.根据权利要求I所述的流体分析设备，其特征在于所述测量池呈“凹”状。
9.根据权利要求I所述的流体分析设备，其特征在于所述流体是气体或液体。
10.根据权利要求I所述的流体分析设备的调试方法，所述调试方法为 通过调节所述狭缝的位置去调节光谱分辨率，通过调节所述分光部件的位置去调节光谱范围、通过调节所述光电检测部件的位置去调节光强。
全文摘要
本发明公开了一种流体分析设备，包括光源、测量池、光学�？榧暗缱幽？椋徊桨ǖ谝磺惶澹诓恐锌眨柚迷诓饬砍氐囊徊啵⒂氩饬砍乇３置芊猓换峋鄄考柚迷诘谝磺惶宓哪诓浚糜诮庠捶⒊龅那掖┕饬砍氐牟饬抗饣峋墼谙练齑Γ幌练欤柚迷诘谝磺惶宓哪诓浚掖τ诨峋鄄考囊徊啵环止獠考ü沧安考柚迷诘谝磺惶迥冢还獾缂觳獠考柚迷诘谝磺惶迥冢糜诮┕练烨揖止獠考止夂蟮牟饬抗庑藕抛晃缧藕牛⒋偷降缱幽？椋欢烁牵沧霸诘谝磺惶宓囊徊啵⒂氲谝磺惶灞３置芊�。本发明还公开了上述流体分析设备的调试方法。本发明具有结构紧凑、维护方便、成本低、功能全面等优点。
文档编号G01N21/01GK102944523SQ201210473629
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者于志伟 申请人:于志伟
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
