臭氧浓度的监测装置的制作方法

本实用新型属于大气颗粒物监测技术领域，涉及一种臭氧浓度监测，特别是涉及臭氧浓度的监测装置。

背景技术：

臭氧具有很强的杀菌消毒、漂白、除味特性被广泛运用生活中，但是臭氧同时是一种对环境污染的物质，因此，需要监测臭氧的浓度，例如大气中的臭氧浓度。目前大多数的臭氧浓度的监测装置主要例如通过紫外吸收法进行测量，然而由于在室外易受到紫外光强烈的影响，使得往往在室内进行使用，此外，通过紫外吸收原理监测臭氧的浓度，一般通过两个感测单元分别采集气体和涤除臭氧后的气体数据信息，通过比值计算出气体中臭氧的浓度，但这不仅测试方法及测试装置设计复杂、操作成本增加，而且由于元器件本身存在的偏差，使用两个感测单元时存在一定的误差，降低准确度，尤其是对于低浓度的臭氧检测。因此，提供一种操作简便、成本低、精度高、稳定性高、可靠性强的臭氧浓度监测装置十分重要。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的之一在于提供一种臭氧浓度的监测装置，用于解决现有技术中臭氧浓度检测误差大、不准确、稳定性低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种臭氧浓度的监测装置，所述监测装置包括：管道，容纳一待测气体；电磁阀，连接所述管道，控制所述待测气体的流量以设定第一周期和第二周期；臭氧涤除单元，连接所述管道和电磁阀，在所述第一周期内，涤除所述待测气体内臭氧，获得涤除臭氧后的待测气体；感测单元，连接所述管道，在所述第一周期内，感测所述涤除臭氧后的待测气体，获得第一感测值，在所述第二周期内，感测所述待测气体获取第二感测值；数据处理单元，连接所述感测单元，根据所述第一感测值和所述第二感测值以及预设的比值关系，计算所述待测气体内的臭氧浓度。

在本实用新型公开的一实施方式中，所述感测单元包括：感测腔室，连接所述管道；

紫外光源，位于所述感测腔室的一端，照射所述待测气体；

第一光电感测单元，位于所述感测腔室的另一端，接收所述待测气体和所述臭氧涤除后的待测气体的紫外光信号并输出为电信号；

电路感测单元，所述第一光电感测单元通过所述电路感测单元连接所述数据处理单元，计算所述待测气体内的臭氧浓度。

在本实用新型公开的一实施方式中，所述监测装置还包括：聚光装置，位于所述紫外光源和所述感测腔室之间。

在本实用新型公开的一实施方式中，所述感测单元还包括：分光装置，位于所述聚光装置和所述感测腔室之间，形成多个紫外光路；第二光电感测单元，连接所述电路感测单元和所述分光装置。

在本实用新型公开的一实施方式中，所述第一光电感测单元和所述第二光电感测单元为相同或不同的硅光电二极管。

在本实用新型公开的一实施方式中，硅光电二极管的感光面积为6-13mm。

在本实用新型公开的一实施方式中，所述感测腔室内壁具有反射膜材。

在本实用新型公开的一实施方式中，所述反射膜材为单层或多层复合的树脂聚合物。

在本实用新型公开的一实施方式中，所述电磁阀为3通电磁阀。

综上所述，本实用新型提供了一种臭氧浓度的监测装置。根据本实用新型提供的臭氧浓度的监测装置，利用差值计算的监测方法，在不同的周期内，将待测待测气体以及臭氧涤除后的待测气体送至同一感测单元，以消除感测单元、机器以及周围环境等存在的误差，尤其在外界环境不稳定的情况下，可以获得精准、稳定的臭氧浓度测量数据。此外，该本实用新型的监测方法简单、操作方便。其他特征、益处和优势将通过本文详述的包括说明书和权利要求在内的本公开而显而易见。

附图说明

图1根据本实用新型的臭氧浓度的监测装置一具体实施方式的结构示意图。

图2根据本实用新型的臭氧浓度的监测装置中臭氧涤除单元一具体实施方式的结构示意图。

图3根据图2的臭氧涤除单元a-a面的剖视图。

图4根据本实用新型的臭氧浓度的监测装置中的感测腔室的结构示意图。

图5根据图4的感测腔室的剖面示意图。

图6根据本实用新型的臭氧浓度的监测装置又一具体实施方式的结构示意图。

图7根据本实用新型的臭氧浓度的监测方法的流程示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

请参阅图1至图7，本实用新型提供一种臭氧浓度监测装置100。工厂、办公室和汽车排出的污染物比如nox或烃，在受到太阳光辐照时，产生主要含有强氧化物质比如臭氧的光化学氧化剂，排放到空气中时引起污染，对环境造成影响。因此各地的测量局在多个地域范围内设置观测点，以准确地研究环境中的气体浓度。本实用新型提供的臭氧浓度监测装置100可以用于室内空气质量检测，还可以用于实验工业园区、野外大气中的臭氧检测，此外，臭氧浓度监测装置100还可以用于臭氧研究，例如手持装置、医用配件、医院废水的消毒处理，景观水、湖水除藻、脱色处理，检测和判断具有强氧化性的臭氧的有效投加量等。

请参阅图1，本实用新型提供一种臭氧浓度的监测装置100，包括箱体1、进气单元2、排气单元3、管道4、电磁阀5、臭氧涤除单元6、感测单元7，以及数据处理单元8。

请接着参阅图1，所述箱体1为具有足够的强度和刚度的壳体，具有容纳空间，所述箱体1例如可以为铸钢箱体、钢板焊接的箱体，然不限于此，所述箱体1也可以为其他的材料，例如塑胶箱体。为了便于器件的安装和拆卸，箱体1可以为可拆卸的板材组成，各板材之间通过螺栓、卡扣件等拼接。

请接着参阅图1，所述进气单元2位于所述箱体1的表面，所述进气单元2用于将所述待测气体引入所述箱体1内的感测部件，以进行测量作业，所述进气单元2包括进气口21，例如可以为橡胶管等。

请接着参阅图1，所述排气单元3是位于所述箱体1的表面，所述排气单元3用于将测试后的气体的排出。在本实用新型公开的一具体实施方式中，所述排气单元3包括泵31和排气口32，所述泵31位于箱体1表面与排气口32之间，进一步地，所述排气单元3还包括显示流量的流量计(图中未示出)，所述臭氧浓度监测装置100通过泵31对整个体系进行抽气，使得进行测试的气体按着预设定方向和恒定的流量，例如2-6l/min，例如2l/min，进行流动，排出所述箱体1外，完成所述测试作业。

请接着参阅图1，所述管道4是位于所述箱体1内部，所述进气单元2和所述排气单元3分别贯穿所述箱体1连接所述管道4的两端，从而使得所述管道4内具有流动的待测气体，同时所述管道4连接如上所述如下详述的感测单元7。

请接着参阅图1，所述电磁阀5，连接所述管道4，并与所述电源电连接。具体地，所述电磁阀5的阀管连接管道4，可以控制管道4内流动的待测气体的流量以设定第一周期和第二周期，从而利用不同周期内，感测待测气体的强度不同，基于朗伯比尔(lambert-beer)定律计算所述气体内的臭氧浓度。具体地，当一定强度的中心波长为240-260nm的紫外光束通过含有臭氧的混合气体时，入射光强度i0与出射光强度i之间关系符合以下公式：

i＝i0^(-kcl)(1)

其中，k为臭氧气体的吸收系数；c为臭氧浓度；l为感测腔室的长度。根据所获得入射光强度i0和紫外光源穿透过臭氧后的出射光强度i，计算所述臭氧的浓度c。

请接着参阅图1，所述电磁阀5例如可以为二通电磁阀、三通电磁阀、四通电磁阀。在本实用新型公开的一具体实施方式，所述电磁阀5为三通电磁阀，所述电磁阀5包括有第一通路51、第二通路52、第三通路53，电磁阀5交替的切换第一通路51和第二通路52，以及第一通路51和第三通路53之间开的状态，电磁阀5通过控制其线圈通断电控制气体在两个通路之间的切换，进行周期切换。

请接着参阅图1，在进行测量作业时，在通电时，阀门打开，第一通路51、第二通路52保持开的状态，第一通路51和第三通路53保持关的状态，所述管道4内的待测气体经如上所述如下详述的臭氧涤除单元6进行臭氧涤除，电磁阀5断电时，第一通路51和第二通路52保持关的状态，第一通路51和第三通路53保持开的状态，此时形成第一周期，将臭氧涤除后的待测气体送至感测单元7处进行感测，获得第一感测值，即获得入射光强度i0。电磁阀5断电时，第一通路51和第二通路52保持关的状态，第一通路51和第三通路53保持开的状态，此时形成第二周期，所述管道4内的待测气体直接进入感测单元7进行感测，获得第二感测值，即获得出射光强度i，计算所述气体内的臭氧浓度。所述三通电磁阀5使得本实用新型的一个周期是另一个周期的1.5倍，在所述周期内可以充分去除臭氧。

请接着参阅图1，所述臭氧涤除单元6位于所述箱体1内，连接所述管道4和电磁阀5。具体地，所述臭氧涤除单元6的一端通过管道4连接所述进气单元2，另一端通过管道4与所述电磁阀5的阀管连接。在所述电磁阀5控制形成的一个周期内，待测气体经过所述臭氧涤除单元6。

请参阅图2至图3，所述臭氧涤除单元6的结构为两端带有出口的盒体。所述臭氧涤除单元6的形状没有具体的要求，例如可以为圆形、方形或其他形状。所述臭氧涤除单元6内包括容置腔61和设置在容置腔61内的臭氧涤除片62，臭氧涤除片62例如为表面负载有臭氧涤除层的金属丝网，所述臭氧涤除层例如为铜氧化物和锰氧化物钛涂层，催化氧化所述含有臭氧的气体内的臭氧，此外，所述涤除片62具有例如5-50mm的直径、5-15mm的厚度的圆柱状金属丝网，例如可以与所述容置腔室61大小相匹配。当然所述涤除片62也可以为多片叠放在的圆形金属丝网形成，只要使得其具有一定的厚度和直径，能够对含有一定臭氧含量的气体进行过滤和臭氧涤除即可并没有特别限定。经过所述涤除单元6的结构，待测气体内的臭氧可以充分被去除，进而可以获得待测气体不含臭氧时的入射光强度i0。应当理解，此处所列举的臭氧涤除单元的结构为一具体的实施方式。其他的结构可根据实际需求进行选择和设计，并不限定于此。

请返回参阅图1，所述感测单元7，位于所述箱体1内，连接所述管道4，用于进行测试作业。所述感测单元7包括，感测腔室71、紫外光源72、第一光电感测单元73，以及电路感测单元74。

请接着参阅图1和图4，所述感测腔室71位于所述箱体1内，所述感测腔室71的两端分别与紫外光源72和第一光电感测单元73相对应。所述感测腔室71可以是表面光滑、具有良好反光性能，对紫外光线无吸收的玻璃管材，当然例如也可以是聚四氟乙烯管材。为使得所述臭氧浓度监测装置100能够在室外大气环境中获得可靠的测试数据，请参阅图5所示出的感测腔室71的剖面示意图，所述感测腔室71的内壁具有一反射膜层711，加强所述感测单元7的紫外光源72在感测腔室71内的反射，降低光吸收造成的光损失误差，提高所述测试结果的准确性。所述反射膜711的材料例如可以是单层或多层复合的树脂聚合物，表面具有无机粒子例如二氧化钛，所述无机粒子的粒径例如为0.1μm～1μm。所述反射膜层711在400nm～420nm的波长区域具有良好的光反射性。此外，所述感测腔室71的外壁还可以具有深色的不透光膜层712，降低周围环境中的紫外光对测量系统中的影响。

请返回参阅图1，所述紫外光源72设置于所述箱体内，所述紫外光源72例如为250nm的uv-led灯。在本实用新型的一具体实施方式中，所述紫外光源72为聚焦后的紫外光源，具体地，在所述感测腔室71的前端安装有聚焦装置721，所述聚焦装置721例如由对紫外光高透过率的平凸柱面透镜以及微距调整台组成，将发散的紫外光会聚成平行的紫外光照射待测气体，提高检测的灵敏度。

请接着参阅图1，第一光电感测单元73位于所述箱体1内，用于接收所述待测气体和所述臭氧涤除后的待测气体的紫外光信号并输出为电信号。具体地，所述第一光电感测单元73的一端连接所述感测腔室72，另一端连接电路感测单元74。

所述第一光电感测单元73例如可以为光电二极管，所述光电二极管的感光面积为获得准确的臭氧浓度而被严格控制，例如可以选择“6-13mm”范围的感光面积的光电二极管，当所述高于“13mm”时，所述感光面积过大，电容过大，电容对电路的输出噪声大，造成响应速度受限，测量迟缓，出现测量误差，当所述低于“6mm”时，所述感光面积过小，光斑过小，无法完全获得紫外光束，所述灵敏度过低，无法获得精准的数据，因此，在上述范围内的感光面积的硅光电二极管，可以获得理想的探测范围，而不影响测量系统的稳定性，获取可靠的测试结果。

所述硅光电二极管，在本实用新型公开的一具体方式中，例如可以购自“日本滨松光子学株式会社”的s1226型号的硅光电二极管。

请接着参阅图1，电路感测单元74，位于所述箱体1内，所述电路感测单元74的一端连接所述第一光电感测单元73，另一端连接数据处理单元8，所述电路感测单元74例如为放大器，放大电路，用于对所述第一光电感测单元73测得电信号做差分放大电路处理，实现紫外光强度与信号光之间电信号的差值放大，从而用于计算所述气体内的臭氧浓度。

在进行测量作业时，经过电磁阀5的控制，在第一周期内，臭氧涤除后的待测气体进入所述感测腔室71，所述紫外光源72照射所述感测腔室71内的臭氧涤除后的待测气体，并经过所述第一感测单元73和所述电路感测单元74输出第一电信号，经所述如上所述、如下详述的数据处理单元8采集后，获得第一感测值，并在第二周期内，待测气体直接进入所述感测腔室71，所述紫外光源72照射所述感测腔室71内的臭氧涤除后的待测气体，并经过所述第一感测单元73和所述电路感测单元74输出第二电信号，经所述如上所述、如下详述的数据处理单元8采集后，获得第二感测值。

本实用新型在测量过程中，光源波动和损失、电源噪声、感测器件本身包括电容、暗电流等形成噪声，导致测量偏差，本实用新型中通过将经过形成入射光强度i0的臭氧涤除后的待测气体和形成出射光强度i的待测气体经过同一感测单元进行感测，以差值的方式同等消除仪器在测量过程中的误差，提供了一个可靠的测试数据，尤其是对于低浓度的臭氧浓度的监测，例如臭氧浓度范围在0-10ppb，可以获得非常可靠的测试数据。

请接着参阅图1，所述数据处理单元8例如包括但不限于，桌上型或膝上型计算机、笔记本电脑、超薄型笔电、平板计算机、小笔电、或其它终端处理设备，与所述感测单元7电连接，所述数据处理单元8内存储有预设的比值关系，即所述臭氧浓度c＝ln(i/i0)/kl。具体地，在本实用新型公开的一具体实施方式中，所述数据处理单元8连接所述电路感测单元74，接收来自感测单元7的第一感测值，即入射光强度i0，和第二感测值，即出射光强度i，根据所述第一感测值和第二感测值的测量数据，计算所述待测气体内的臭氧浓度，显示数据处理单元8上。

具体地，数据处理单元8包括采集器、处理器、存储器和显示器；采集器输入端与电路感测单元74的输出端连接，采集感测感测单元7的电信号，采集器的输出端连接处理器的输入端，处理后的测量数据经处理器的输出端存储于第一存储器内；存储器连接显示器，显示所述测量结果。

请参阅图6，在本实用新型公开的又一具体实施方式中，所述感测单元还可以包括分光装置75和第二光电感测单元76。具体地，分光装置75，例如分光镜，位于所述聚光装置721和所述感测腔室71之间，用于形成多个紫外光路。所述第二光电感测单元76，设置于所述箱体1的内部并连接所述电路感测单元74，所述第二光电感测单元76用于接收所述多个紫外光路中的一个紫外光源的紫外光信号并输出为电信号，以获得第三感测值，检测所述紫外光源的稳定性。所述第二光电感测单元76与所述第一光电感测单元73例如可以为相同或不同的硅光电二极管。

在进行测量作业之前，或进行测量作业时，所述分光装置9将所述紫外光源71进行分光形成例如两个光路，一个光路经过感测腔室71，照射待测气体和臭氧涤除后的待测气体，经第一光电感测单元73及感测电路74分别获得第一电信号和第二电信号，经数据处理单元8计算所述臭氧浓度。另一个光路经第二光电感测单元76及感测电路74获得第三电信号，经数据处理单元8计算所述第三感测值。所述分光装置75和第二光电感测单元76，用于控制光源波动更小，对光源直接进行检测，并例如可以通过恒流法控制光源的功率，所述第三感测值为电流值，所述数据处理单元8经过例如pid算法控制调整第三感测值始终稳定在一定的范围内，使光源稳定。

请接着参阅图6，所述臭氧浓度100的监测装置还包括压力和温度测量装置9，连接所述感测腔室71，所述压力和温度测量装置9包括压力传感器(图中未示出)和温度传感器(图中未示出)，用于感测待测气体的压力和温度的变化。

图7示出了用于本实用新型的臭氧浓度的监测方法流程图。所述臭氧浓度的监测方法包括用于测量气体臭氧浓度的所述步骤501-504。

步骤501，提供一臭氧浓度的感测单元。具体地，所述感测单元7安装于所述箱体1内。

步骤502，在第一周期内，涤除所述待测气体内臭氧，并将涤除臭氧后的待测气体送至所述感测单元，获得第一感测值。具体地，控制电磁阀5，设定第一周期和第二周期，在第一周期内，感测单元7对通过进气单元2、管道4、电磁阀5和臭氧涤除单元6的臭氧涤除后的待测气体进行感测并输出第一电信号，所述数据处理单元8对感测单元7的第一电信号进行采集并输出第一数据，以获得第一感测值，所述测试后的气体经排气单元3排出。

步骤503，在第二周期内，将待测气体送至所述感测单元，获得第二感测值。具体地，控制电磁阀5，设定第一周期和第二周期，在第二周期内，感测单元7对通过进气单元2、管道4、电磁阀5的待测气体进行感测并输出第二电信号，所述数据处理单元8对感测单元7的第二电信号进行采集并输出第二数据，以获得第二感测值，所述测试后的气体经排气单元3排出。

步骤504，根据所述第一感测值和所述第二感测值以及预设的比值关系，计算所述待测气体内的臭氧浓度。具体地，数据处理单元8内存储臭氧浓度的计算公式，根据获得的第一感测值与第二感测值，计算得到所述待测气体内的臭氧浓度并在显示器中显示。

综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。