双光路光离子化气体探测器及检测仪的制作方法

本实用新型涉及一种光学检测元件，特别设计一种双光路光离子化气体探测器及包括该探测器的检测仪，属于光电仪器仪表制造业。

背景技术：

光离子化检测器(Photoionization Detector，简称pid)是一种通用性兼选择性的检测器。主要由紫外光源和电离室组成，中间由可透紫外光的光窗相隔，光窗材料采用碱金属或碱土金属的氟化物制成。在电离室内待测组分的分子吸收紫外光能量发生电离，选用不同能量的灯和不同的晶体光窗，可选择性地测定各种类型的化合物。电离后产生微量的电流，被电极捕捉，电流信号经放大器放大后传递给处理器分析。光离子化检测器的线性范围最宽，灵敏度高，越来越受到欢迎。

现有的光离子化检测器均为单光源结构。如图1所示，包括一个Pid光源，光窗正对着电离室，电极在电离室的位置，尽可能地贴近Pid光源。由于Pid光源自身的先天性原因，输出光子波长短、大气中衰减快，加上Pid光源制作工艺的难度大，该结构很难大幅提高光源的光输出辐射强度。而光输出的强度决定着进入电离室大气体被电离的程度，是检测精度的关键。因电离室内的气体不能被全部、彻底地光致电离，则探测到的气体浓度是否真实，也就无从谈起。

因pid光源的光输出光程在大气中传播距离短，所以探测器的收集电离带电粒子的探测电极必须尽可能的贴近pid光源的窗口，图1所示探测器电极，都是以平行方式贴着pid光源的广窗。受限于电极本身的结构和电离室的设计布局，探测器电极薄而有一定宽度。但如此设计，造成收集电子并形成弱电流的电极截面却不可能增加。事实上，收集电子的电极截面越大，越有利于带电离子的收集。pid单光源的特性需将电极尽可能的贴近光源出光窗口，光输出的距离又短，故一味的增加截面并不能增加电极收集电子形成弱电流的能力。这就是目前在单光源pid探测器设计中不可调和的一对矛盾。这种结构因为电极接受截面小的限制和被检气体进气流速的影响，还会产生让被光离子化的带电粒子溢出而不被收集到的可能，造成探测到的气体浓度与实际气体浓度有偏差。而为了纠正该变差，在实际使用中，需要大量实验来做不同气体的浓度校正，以给出不同气体的测量校正分数。

另外，现有多数传感器中，气体电离室中的进气口，均是在pid光源的正上方，出气口在侧边，如图2所示，这种结构，气体流动的方向是在光源1的正上方进入电离室2，然后直转弯，由侧向流出，受到光照射的气体由于要在有电极4遮挡的光源窗口处直转弯。不仅是进入电离室的气体电离受影响，而且由于探测电极遮挡的影响，很难让pid光源的光输出完全被用于照射到气体，光损失较大。在图1结构中，虽然将进入电离室的气流方向做了改变，进入电离室的气体转过三道弯进入电离室，同样地受到探测电极的遮光影响，而且这种结构还造成了加工制作工艺上的复杂。

现有的单灯pid探测器，在长期使用过程中，由于光离子化的作用，在pid光源的窗口上会产生光化学作用后产生的沉积物，这种沉积物会严重阻碍pid光源的光子输出。所以使用一段时间后必须进行人工清洁，无法自洁。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种用双灯对射，配合精巧的电离室设计，来大幅提高pid光源的辐射强度，且能够自清洁光窗的光离子化气体探测器及检测仪。

本实用新型是通过如下技术方案来实现上述目的：

本实用新型公开一种双光路光离子化气体探测器，包括两个光离子化光源、基板以及电极；所述基板上设置通孔；所述两个光离子化光源的光窗隔着所述通孔相对设置，所述通孔内壁与所述两个光离子化光源围成的空间为电离室，所述电离室通过进气通道、出气通道与外界连通；所述电极伸入所述电离室。

具体来说，本实用新型两个光离子化光源和基板之间的连接关系是通过两套连接单元与固定连接为一体；每套所述连接单元包括法兰盘部和套筒部，所述套筒部套设在所述光离子化光源外，所述法兰盘部间隔所述基板与另一连接单元的法兰盘部固定，压紧所述基板。

本实用新型采用立式电极收集电子形成的弱电流：立式电极为长条片状体，所述长条片状体的端部固定于两个所述法兰盘部之间；所述长条片状体的中部位于所述电离室内，且片状体的平面平行于所述光离子化光源的轴线。

本实用新型的所述进气通道和所述出气通道与所述电离室连通的两开口之间连线，与所述电极的走向一致，使得在所述电离室内形成的气流平行于所述电极，避免了电极对光离子化光源发出的光的阻挡，充分电离气流中的成分。

本实用新型立式电极设计可以是双极或多极，即所述电极为两条或多条，彼此平行设置。可进一步增加电极截面，提高收集电子形成弱电流的能力。

作为一种优选的实施方式，所述连接单元包括灯筒固定座、压紧套筒、测试灯筒和内塞；所述灯筒固定座为圆筒状，在圆筒的一端设有所述法兰盘部，另一端设有外螺纹；所述压紧套筒的底部设有开孔，另一端为开放端，所述开放端设有内螺纹；所述测试灯筒为上下等径的套筒；内塞为一具有一定高度的圆环；其中，所述压紧套筒、所述测试灯筒以及所述灯筒固定座的圆筒部，构成所述的套筒部；当安装所述光离子化光源后，所述光离子化光源被套设在所述测试灯筒内，所述光离子化光源尾部抵顶所述内塞，并容纳于所述内塞的内环空腔内；所述灯筒固定座和所述压紧套筒套在所述测试灯筒外，并通过所述内螺纹、外螺纹连接。

为了阻止光离子化光源由灯筒固定座脱离出来，在所述法兰盘部的端面，设有向端面中心延伸的阻挡部。

所述灯筒固定座和所述压紧套筒的材质为金属或非金属等硬质材料，如钢、黄铜或硬质橡胶、硬质塑料等。所述测试灯筒和所述内塞的材质为聚四氟乙烯。

作为优选实施方式，所述基板包括：两个以上I型垫片，II型垫片；所述I型垫片设有不相连通的通气孔以及位于中心孔；所述II型垫片设置一长圆孔；按照I型垫片-II型垫片-I型垫片顺序叠加，形成所述基板，并且位于所述II型垫片两侧的I型垫片的通气孔对称设置；所述长圆孔与对称设置的所述通气孔、中心孔同时连通。

本实用新型还提供一种双光路光离子化气体检测仪，包括上述任一种所述的探测器。

本实用新型提供的双光路光离子化气体探测器，光源辐射强度成倍提高；电极接收电子的截面积成倍增大；由于光强度的大幅度提高和电极接收面积的成倍增大，因此用本实用新型制造出来的pid检测仪检测的结果，可以提高一个测量精度等级，测量的响应时间也大幅度缩短，反应更快；并且，本实用新型两对立设置的光源互相照射，可冲击掉光窗上的沉积物，具有自清洁功能，不再需要定期拆卸pid光源，人工清洁，给设备维护维修带来极大便利、增长使用寿命。

附图说明

图1为现有单光源pid探测器结构示意图；

图2为现有另一种单光源pid探测器的结构示意图；

图3为本实用新型双光路pid探测器一实施例的剖视结构示意图；

图4为本实用新型双光路pid探测器一实施例的另一角度剖视结构示意图；

图5为本实用新型连接单元一实施例的分解示意图；

图6A为本实用新型I型垫片结构示意图；

图6B为本实用新型II型垫片结构示意图；

图6C为本实用新型I型垫片-II型垫片-I型垫片叠加成基板的结构示意图。

附图标记说明

1 pid光源

11 光窗

2 电离室

3 基板

31 通孔

32 I型垫片

321 通气孔

322 中心孔

33 II型垫片

331 长圆孔

4 电极

5 连接单元

51 灯筒固定座

511 法兰盘部

5111 进气口

5112 出气口

512 外螺纹

513 阻挡部

52 压紧套筒

521 开孔

522 内螺纹

53 测试灯筒

54 内塞

具体实施方式

本实用新型公开一种双光路光离子化气体探测器及包括该探测器的检测仪。

本实用新型的发明构思是在同样的气体流动环境下，采用两个pid光源以相对立的角度来电离通过电离室的气体，使得进入电离室的气体完全地、彻底地被光致电离成带电粒子。

由于本实用新型将两个pid光源对立设置，两个pid光源对射，除了自身的光输出还有照射到对面pid光源出光窗口上产生的反射光子，如此在双光路pid光源窗口间形成了比单光源光子强度两倍以上的光子场，完全可以让气体充分稳定的被完全电离，使得探测器的响应速度更快。

两个pid光源的对立设置的方式，改变了电离室的结构，因此可改变电极的布置方式。同样成分、体积的气体被光电离后，在现有技术中，单光源pid探测器中是用卧式的电极进行收集光离子化后的带电粒子，主要由电极靠近光窗的一面进行收集；在本实用新型设计中，电极的两面都参与收集。与现有技术相比较，本实用新型接收光致电离所产生的带电粒子的截面积要成倍增大，收集电子的速度更快，收集得更彻底。因此本实用新型设计的探测器反应更快，测量更准，精度更高。

下面以图3、图4所示结构为例，对本实用新型的构思作进一步说明。但所做说明仅为了说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，所述领域的技术人员，在本实用新型的说明与启发下，所思及的变形和替换，理应属于本实用新型的保护范畴，特此说明。

本实用新型公开的一种双光路光离子化气体探测器，如图2并结合图3所示，探测器包括两个pid光源1、基板3以及电极4。基板的中间设置一较大的通孔31，两个pid光源1的光窗11隔着通孔31相对设置，通孔的内壁与两个pid光源的光窗11围成的空间即为电离室2。电离室2相对密封，仅通过进气通道、出气通道与外界连通。电极4伸入电离室2。电离室相对密封是本领域的基本要求，来保障其内的气体在电离时的相对稳定，以及电极及时、充分的收集电子，本实用新型不做特别说明。

待检测气体由进气通道进入电离室2，在两个pid光源1的照射下被电离，电极4及时收集电子，形成微弱电子流，经与电极4连接的放大器放大后，将电信号传输给外部具有分析等功能的处理器做进一步处理。

本实用新型打破现有技术固有偏见，摒弃一个光源的设计，采用两个相对设置的pid光源电离，相对于单光路探测仪，光源辐射强度增加了一倍，解决了光源辐射强度难以增加的技术难题。通过两光源对射，可冲击掉光窗上的沉积物，本实用新型具有自清洁功能。

本实用新型两个pid光源和基板之间的连接，是通过两套连接单元与固定连接为一体。总的来说，每套连接单元包括连接的法兰盘部和套筒部，套筒部套设在光离子化光源外，将pid光源圆周向定位，且在轴向一个方向上限定pid光源的位置。法兰盘部间隔基板与另一连接单元的法兰盘部固定压紧。进气通道的进气口和出气通道的出气口可以分别开设在法兰盘部。

本实用新型提供如图5所示的优选实施例，对连接单元的结构进行说明。

每套连接单元5包括一灯筒固定座51，一压紧套筒52、一测试灯筒53和一内塞54。

灯筒固定座51为圆筒状，在圆筒的一端设有法兰盘部511，另一端设有外螺纹512。

压紧套筒52的底部开孔521，开孔521为走线用开孔，开口端设有内螺纹522。灯筒固定座51和压紧套筒52通过螺纹连接。筒固定座51和压紧套筒52可以为钢或黄铜或其他常见硬质金属，也可以是其他非金属硬质材质，如硬质橡胶、硬质塑料等。

特别地，本实用新型在法兰盘部的端面，设有向端面中心延伸的阻挡部513。阻挡部513的结构如图5中的A处放大图所示，当装配好pid光源时，pid光源的光窗外围抵顶在阻挡部513，防止pid光源脱离连接单元。

测试灯筒53为上下等径的套筒，套设在pid光源1外，对pid光源圆周保护。为了防止pid光源在测试灯筒内产生径向晃动，一般测试灯筒套和光离子化光源紧密配合。内塞54为一具有一定高度的圆环。测试灯筒53和内塞54的材质为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯性质稳定、具有一定弹性变形，与pid光源1软接触，防止在安装、维护等过程中磕损坏pid光源的灯罩。

在该实施例中，压紧套筒、测试灯筒以及灯筒固定座的圆筒部，相当于上述的套筒部，与法兰盘部，共同起到对pid光源的全方位定位作用。

参考图3至图5，在装配时，内塞54塞入测试灯筒53内的一端，在将pid光源1塞入测试灯筒的另一端内，使得pid光源灯罩的尖端容纳在内塞54的内环空间内，故上述内塞的一定高度，是指内塞的高度大于pid光源灯罩的尾部尖端的高度；再将灯筒固定座51和压紧套筒52分别从两端套在测试灯筒52外，拧紧，使得pid光源的光窗11抵顶在灯筒固定座的阻挡部513，全方位的固定pid光源1的位置，即得到一套内置一路pid光源1的连接单元5。

如上述方法装配得到两套同样的连接单元后，将基板3置于两套连接单元5的法兰盘部511的端面上，旋转连接单元5，使得对准法兰盘部上的进气口5111和出气口5112，对准基板3的通孔31，形成与电离室2连通的气道，调整好角度后，用螺钉压紧两套连接单元的法兰盘部511，使得垫板3与法兰盘部端面密封，基板中间的通孔31，仅通过进气通道、出气通道与外界连通，形成电离室2。

上述说明是本实用新型提出的优选实施方式，本实用新型的灯筒固定座和压紧套筒也可以为一体成型，测试灯筒和内塞为一体成型的结构。

本实施例的基板的一个作用，是用来在两pid光源之间形成相对密封的电离室，另一作用是固定电极。因要两pid光源密闭结合形成相对密封的电离室，故，一般情况，本领域技术人员选择能够弹性变形的材质，如聚氨酯、聚四氟乙烯等作为基板材质；但也可将基板的部分材质采用硬质材料，与法兰盘部接触的部分材质选择能够弹性变形的材质的设计；或者，采取硬质材质结合密封圈来密封电离室的结构，凡本领域技术人员能够从现有技术中寻找的现有设计，均理应包括在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型的一个优选实施例，是采用多个中心带有孔的薄片状聚四氟乙烯等软质垫片叠加形成上述基板。电极的端头位于相邻的垫片之间，被压紧固定。在叠加垫片形成基板时，需要使得基板的中心形成通孔，以便形成电离室。

更优选的，请参照图6A至图6C，基板包括两类垫片，其中一种是排列在基板表面的垫片，也称I型垫片，I型垫片32设有通气孔321与中心孔322。中心孔322形成电离室，通气孔321形成进气通道或出气通道。通气孔321与中心孔322独立设置，彼此不相连通。而排列在基板中间层的一种垫片，也称II型垫片。I型垫片33上仅设置一个长圆孔331。按照I型垫片-II型垫片-I型垫片的顺序叠加，形成基板3，并且位于II型垫片两侧的I型垫片的通气孔321对称设置，该长圆孔331与I型垫片的通气孔321、中心孔322同时连通：I型垫片的通气孔与法兰盘部上的进气口(或出气口)连通形成进气通道；另一侧I型垫片的通气孔与法兰盘部上的出气口连通形成出气通道。I型垫片的中心孔与II型垫片的长圆孔，形成具有一定高度的电离室2。

在上述例举的实施例中，电极可以如2所示的现有技术尽量贴近光窗的卧式设置。当电极为卧式设置时，其两面同时接受电子，接收电子的能力也要比单光源的电极高两倍。由于发明采用两路pid光源对立设置在电离室的两个方向，该结构的改变使得电极的设置有了更优的立式设置方式：

本实用新型采用立式电极，如图3、图4所示，立式电极4为长条片状体，长条片状体的端部固定于基板3内，或者固定于基板3和法兰盘部511之间。为了方便安装以及电离室2气密性的考虑，长条片状体的端部扁平压在各垫片之间，或者压在基板和法兰盘部之间。长条片状体处于电离室内的部分，被扭转近90度，使得片状体的宽面平面平行于Pid光源1的轴线。图2和图3可清晰显示该立式电极的安装。这样，当两Pid光源被激发，产生紫外光照射电离室内的气体时，立式的电极无遮光的副作用，电离室内的气体将完全被电离。立式电极可以是双极或多极，即电极为两条或多条，彼此平行设置。本实施例中，采用了三条平行设置的电极，等距平行竖直设置在电离室中。

为了避免了电极对气流的阻挡，本实用新型的进气通道和出气通道与电离室连通的两开口之间的连线，与电极的走向一致，使得在电离室内形成的气流平行于立式电极。pid光源发出的光可照射到电离室内的所有空气。

本实用新型还提供一种双光路光离子化气体检测仪，包括上述任一种探测器。将探测器探测到的电信号，通过放大后，传递给处理器处理，经显示屏显示。

本实用新型提供的光离子化气体探测器，打破本领域的固有思路，采用双光源，光源辐射强度成倍提高；电极接收截面积成倍增大；由于光强度的大幅度提高和电极接收面积的成倍增大，用本实用新型的设计制造出来的pid探测器气体检测仪，可以提高一个测量精度等级，测量的响应时间也大幅度缩短，反应更快；并且，本实用新型两对立设置的光源互相照射，可冲击掉光窗上的沉积物，具有自清洁功能，不再需要定期拆卸pid光源，人工清洁，给设备维护维修带来极大便利。

本实用新型在说明书中所例举的连接单元、基板的材质，仅是用来举例说明，只要能够完成本实用新型连接单元中各组件以及基板作用的材质，理应属于本实用新型的保护范围。

本实用新型公开的内容论及的是示例性实施例，在不脱离权利要求书界定的保护范围的情况下，可以对本申请的各个实施例进行各种改变和修改。因此，所描述的实施例旨在涵盖落在所附权利要求书的保护范围内的所有此类改变、修改和变形。本实用新型说明书或权利要求书中所述的“电极平行”，并非严格要求两平行电极无线延长后无焦点的数学定义“平行”的状态，是指平行电极之间具有一定的平行度公差要求的接近“平行”；所述的“对称”，是指大致对称。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分使用。