專利名稱：一種臭氧濃度測試儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種臭氧濃度測試儀，尤其是涉及一種雙光路臭氧濃度測試儀，
屬于臭氧測量技術領域。
背景技術：
隨著我國臭氧技術產業的不斷發展，臭氧發生器生產廠家和應用單位逐年增多， 有別于化學滴定法的快捷、準確、直觀的臭氧濃度檢測儀的研究已迫在眉睫。目前國內外 的臭氧濃度測試儀大多采用電化學法或紫外吸收法，電化學法致命弱點是存放壽命短并有 使用次數限制，使用成本較高，所以大多采用紫外吸收法。紫外吸收法是利用臭氧對254nm 波長的紫外線特征吸收的特性，依據比爾-朗伯定律(Beer-Lambert law)制造出的分析儀 器，既可以檢測氣體中臭氧濃度，也可以檢測水中溶存的臭氧濃度。 圖1示出了目前國內普遍采用的一種紫外吸收法臭氧濃度測試儀的結構示意圖。 所述臭氧濃度測試儀包括紫外燈101和紫外線吸收腔103，所述紫外燈101發出的紫外線 經光路106至濾光單元102進行濾光，濾光后的紫外線經光路106進入所述紫外線吸收腔 103。所述紫外吸收腔103具有氣路105，參比氣體及測試氣體通過所述氣路105進入所述 紫外線吸收腔103。所述臭氧濃度測試儀還包括控制單元104，用于實現臭氧濃度的檢測、 信號放大及輸出和顯示等功能。這種傳統結構的臭氧濃度測試儀存在兩方面的缺陷(l) 由于每次測量時均需要參比氣體通過所述紫外線吸收腔103進行調零，參比空氣直接取 自環境空氣，本身存在有微量臭氧，且參比氣體和含有臭氧的測試氣體交替進入同一吸收 腔103，導致吸收腔中殘存的微量臭氧影響參比氣體，致使參比氣體一致性變差，影響測試 儀的測試精度；(2)由于測試氣體和參比氣體交替進入紫外線吸收腔103，控制單元104檢 測的紫外線經過參比氣體的光強數據與經過測試氣體的光強數據存在時間差，即數據不同 步，因此，由于紫外燈IOI本身的變化或其供電電源及與之有關的器件有輕微的參數變化 時，都將對臭氧濃度測試結果造成很大影響，從而影響測試儀的測試精度。 針對上述臭氧濃度測試儀存在的缺陷，國外部分儀器制造廠家提出了雙光路測試 儀，圖2示出了雙光路臭氧濃度測試儀的結構示意圖。如圖所示，紫外燈201發出的紫外線 經濾光單元202過濾后進入一個分光單元203，原來的一路光路207經所述分光單元203分 成光路208和光路209兩條光路。其中，光路208進入紫外線吸收腔204，而光路209進入 紫外線吸收腔205，所述兩個紫外線吸收腔204和205的氣隙長度相等，均為L。所述紫外 吸收腔204具有氣路210，用來導入測試氣體；所述紫外吸收腔205具有氣路211，用來導入 參比氣體。所述臭氧濃度測試儀還包括控制單元206，用于實現這個測試儀臭氧濃度的檢 測、信號放大及輸出和顯示等功能。所述雙光路臭氧濃度測試儀通過分光單元203將一個 紫外燈201發出的光分成兩路，分別進入氣隙長度相等的參比氣體的紫外線吸收腔205和 測試氣體的紫外吸收腔204，這樣，可以保證參比氣體和測試氣體同時進行數據的測量，解 決了數據不同步的問題，避免了由于紫外光變化對測量數據的影響。但是，該測試儀仍然在 每次測量時需要來源于環境空氣的參比氣體來調零，參比氣體易受環境影響，導致測量結果存在不可避免的誤差。
發明內容本實用新型的目的是提供一種臭氧濃度測試儀，解決現有技術中臭氧濃度測試儀
由于環境影響和測試不同步造成的測量誤差，提高臭氧濃度測試儀的測量精度。 為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案予以實現 —種臭氧濃度測試儀，包括紫外燈，其特征在于，還包括一個紫外線吸收腔，所述
紫外線吸收腔內部形成有兩個長度不相等的氣隙；所述紫外線吸收腔還具有兩個光口，所
述每個光口分別對應其中一個氣隙，所述紫外燈發出的光線一路通過第一光口穿過第一氣
隙，另一路通過第二光口穿過第二氣隙。 根據本實用新型，在所述紫外燈和所述紫外線吸收腔之間設置有濾光單元，所述 紫外燈發出的光線經所述濾光單元濾光后進入所述紫外線吸收腔的光口。 根據本實用新型，所述濾光單元優選采用濾光片實現。 根據本實用新型，所述臭氧濃度測試儀還包括控制單元，所述控制單元具有順序 連接的光電轉換電路、自動增益放大電路及主處理電路，所述自動增益放大電路輸出端連 接所述主處理電路中的A/D轉換電路。 所述自動增益放大電路優選采用可編程增益放大器實現。 與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果是 1、紫外線吸收腔由一長、一短兩個不同長度的氣隙構成，形成雙光路系統。 一方 面，紫外燈同一時刻發出的紫外光線經過所述雙光路，很好地解決了由于測試不同步而導 致的測量誤差；另一方面，在儀器使用時先通過引入純凈無臭氧的氣體(如氧氣)進行校 零，而在測量時，兩光路同時穿過被測臭氧氣體，以其中一路作為實時動態零點，通過測量 兩路的差值進行運算可以得到被測臭氧氣體的濃度，使得測試儀的零點取值方式不再受環 境空氣質量的影響，解決了由于環境影響造成的測量誤差。 2、控制單元采用自動增益放大電路實現對不同強度的測量電信號進行自動放大， 保證所有測量范圍內的測量信號都可以達到設計的最高精度，測量速度快、精度高，可以實 現連續、在線測量。
圖1是現有技術第一種臭氧濃度測試儀的結構示意圖； 圖2是現有技術第二種臭氧濃度測試儀的結構示意圖； 圖3是本實用新型臭氧濃度測試儀一個實施例的結構示意圖； 圖4是圖3中控制單元的部分電路結構示意圖； 圖5是圖4中自動增益放大電路的具體電路連接圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行詳細的說明。 請參閱圖3所示本實用新型臭氧濃度測試儀一個實施例的結構示意圖。所述實施
例的臭氧濃度測試儀包括一個紫外燈301和一個紫外線吸收腔304，所述吸收腔304具有兩個光口，分別為第一光口 306和第二光口 307。所述紫外線吸收腔304內部設置有導光 柱308和309，所述導光柱308和309之間形成有長度為Ll的第一氣隙和長度為L2的第二 氣隙，且Ll > L2。所述紫外燈301發出的光線分為兩路，即第一光路310和第二光路311。 經濾光單元302濾光后的第一光路310通過所述第一光口 306穿過所述長度為Ll的第一 氣隙，經濾光單元303濾光后的第二光路311通過所述第二光口 307穿過所述長度為L2的 第二氣隙。所述濾光單元302和303優選采用濾光片，當然，也可以采用其他能夠對紫外線 進行濾光的元器件來實現。 所述紫外線吸收腔304具有一路氣路312，在使用臭氧濃度測試儀時，首先將純凈 無臭氧的氣體通過所述氣路312通入至所述紫外線吸收腔304中，對臭氧濃度測試儀進行 儀器調零。在測量含有臭氧的氣體中的臭氧濃度時，被測臭氧氣體通過所述氣路312通入 至所述紫外線吸收腔304中，所述第一光路310和所述第二光路311同時穿過所述紫外線 吸收腔304中的被測臭氧氣體。由于所述紫外吸收腔304中形成有兩個長度分別為Ll和 L2的氣隙，且Ll > L2，因此，紫外光線通過這兩個氣隙的被測臭氧氣體后，具有兩個不同的 光強數據。利用控制單元305測量這兩個不同的光強數據，然后根據比爾_朗伯定律即可 計算出被測臭氧氣體的濃度。由此，在測量臭氧濃度時，以穿過其中一個氣隙臭氧氣體的光 強數據作為實時動態零點，通過測量穿過兩個氣隙臭氧氣體的兩路光強的差值進行運算， 最終獲得被測臭氧氣體的濃度，既可以避免環境對零點測試氣體影響而導致的測量誤差， 也解決了測試數據不同步造成的測量誤差，顯著提高了測試儀的測量精度。 所述實施例中，控制單元305主要用于實現臭氧濃度的檢測、信號放大、模數轉換 及輸出和顯示等功能。由于該測試儀測量范圍較寬，為0-200mg/1。在測量范圍較寬的情況 下，如果采用固定放大倍數的硬件運放電路，會出現在對小信號進行轉換時，可能出現較大 的誤差；而在對較大的信號進行轉換時，造成A/D轉換電路的飽和，因此對較高濃度和較低 濃度的測量數據都會造成較大的誤差。傳統儀器采用不同放大倍數的放大電路，通過控制 面板選擇不同的測量檔位來選擇對應的放大電路，達到提高測量精度的目的。但此種方法 操作復雜，不易實現自動、連續、在線測量。 為解決上述問題，本實用新型所述實施例的臭氧濃度測試儀采用自動增益放大電 路實現測量信號的運放。圖4示出了圖3實施例控制單元的部分電路結構示意圖。所述控 制單元具有順序連接的光電轉換電路、自動增益放大電路及主處理電路，所述自動增益放 大電路輸出端連接所述主處理電路中的A/D轉換電路。 所述光電轉換電路將紫外光線的光強信號轉換為微弱的電信號，該電信號經初步 放大處理后傳輸至所述自動增益放大電路；主處理電路根據所述電信號及預先設定的基準 值，自動調整所述自動增益放大電路的放大倍數，為所述電信號提供合適的放大倍數并對 其進行放大；放大后的電信號輸入至所述主處理電路中的A/D轉換電路進行A/D轉換，并最 終在主處理電路計算處理后，通過顯示電路將被測臭氧氣體的臭氧濃度值顯示出來。 圖5示出了圖4中自動增益放大電路的具體電路連接圖，在所述電路連接圖中，自 動增益放大電路采用可編程增益放大器U1來實現。所述可編程增益放大器U1的電壓信號 輸入端VIN通過電阻R5連接光電轉換電路的測量電信號輸出端J2-3，所述可編程增益放大 器U1的電壓信號輸出端VFCD和VSEN連接主處理的ADC輸入端。測量電信號經過采樣保 持電路采樣后，進入可編程增益放大器Ul ，系統自動將采樣信號與基準電壓進行比較，根據比較的結果自動調整所述可編程增益放大器Ul的放大倍數，使其適應ADC對輸入的要求， 最終，經過所述可編程增益放大器Ul放大后的信號提供給ADC進行A/D轉換，從而實現對 測量信號的自動、連續、在線測量，提高測試儀的測量速度、測量精度及測量自動化程度。 當然，以上所述僅是本實用新型的一種優選實施方式而已，應當指出，對于本技術 領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤 飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求一種臭氧濃度測試儀，包括紫外燈，其特征在于，還包括一個紫外線吸收腔，所述紫外線吸收腔內部形成有兩個長度不相等的氣隙；所述紫外線吸收腔還具有兩個光口，所述每個光口分別對應其中一個氣隙，所述紫外燈發出的光線一路通過第一光口穿過第一氣隙，另一路通過第二光口穿過第二氣隙。
2. 根據權利要求1所述的臭氧濃度測試儀，其特征在于，在所述紫外燈和所述紫外線 吸收腔之間設置有濾光單元，所述紫外燈發出的光線經所述濾光單元濾光后進入所述紫外 線吸收腔的光口。
3. 根據權利要求2所述的臭氧濃度測試儀，其特征在于，所述濾光單元采用濾光片實現。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的臭氧濃度測試儀，其特征在于，所述臭氧濃度測 試儀還包括控制單元，所述控制單元具有順序連接的光電轉換電路、自動增益放大電路及 主處理電路，所述自動增益放大電路輸出端連接所述主處理電路中的A/D轉換電路。
5. 根據權利要求4所述的臭氧濃度測試儀，其特征在于，所述自動增益放大電路采用 可編程增益放大器實現。
專利摘要本實用新型公開了一種臭氧濃度測試儀，包括紫外燈，還包括一個紫外線吸收腔，所述紫外線吸收腔內部形成有兩個長度不相等的氣隙；所述紫外線吸收腔還具有兩個光口，所述每個光口分別對應其中一個氣隙，所述紫外燈發出的光線一路通過第一光口穿過第一氣隙，另一路通過第二光口穿過第二氣隙。本實用新型所述臭氧濃度測試儀能夠解決現有技術中臭氧濃度測試儀由于環境影響和測試不同步造成的測量誤差，提高了測量精度。
文檔編號G01N21/33GK201517991SQ20092023930
公開日2010年6月30日 申請日期2009年9月30日 優先權日2009年9月30日
發明者丁香財, 丁香鵬 申請人:青島國林實業有限責任公司