專利名稱：一體化光學臭氧產量檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種采用光學方法檢測臭氧產量的設備。特別是涉及一種可以同 時檢測臭氧發生器所產生的臭氧濃度和流量，進而計算出實際臭氧產量的一體化光學臭氧 產量檢測裝置。
背景技術：
臭氧發生器被廣泛應用于水處理，食品保鮮，殺菌消毒等領域。目前為了準確控制 臭氧發生器的臭氧產量，一般需要檢測臭氧的濃度和流量，進而計算出臭氧產量。為了檢測 臭氧的濃度和流量，目前需要分別采用兩類不同的設備臭氧濃度計和氣體流量計。臭氧濃度檢測一般采用化學分析法(碘量法，硼酸碘化鉀吸光光度法，靛藍二黃 酸鈉分光光度法)和儀器分析法(乙烯發光光度法，紫外吸光光度法)，其中以紫外吸光光 度法最為常用。該法利用臭氧對2M納米波長的紫外線特征吸收的特性，依據朗伯-比爾 定律測量紫外線通過臭氧的光強變化來檢測臭氧濃度。氣體流量檢測一般采用壓差式，速度式或容積式流量計。壓差式流量計是根據安 裝于管道中流量檢測件產生的差壓、已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來測量流 量的儀表，由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓轉換和流量顯示儀表)組成。其測量 精度受流量檢測件的加工精度和安裝誤差影響加大，精確度難于提高，測量范圍度窄，長期 使用精度難以保證。速度式流量計易受管道震動影響，難于長期保持校準特性；流體物性對 流量特性影響較大。容積式流量計結構復雜，體積龐大，被測介質種類、口徑、介質工作狀態 局限性較大，不適用于高、低溫場合，會產生噪聲及振動。目前沒有一種設備可以同時測量臭氧的濃度和流量，因此需要多種儀器分別檢測 臭氧的濃度和氣體的流量，進而計算出臭氧產量，方法過于繁瑣，操作不便，精度有待提高。馬赫-曾德干涉儀是根據振幅干涉原理研制的。有兩個分束器和兩個平面鏡。從 光源發出的光經分分束器I的前表面分為兩束平行光，經過平面鏡反射，到第二個分束器 后相遇產生干涉。一般來說，兩個平面鏡是可調的，這種干涉儀的特點是兩光束分得很開， 雖然制造工藝和調節方面比較困難，但用途很廣泛，特別在空氣動力學中研究氣流的折射 率的變化很有價值。發明內容本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種能夠簡化檢測設備，提高檢測精度， 實現同時檢測臭氧發生器所產生的臭氧濃度和流量，基于馬赫-曾德干涉儀的一體化光學臭氧產量檢測裝置。本實用新型所采用的技術方案是一種一體化光學臭氧產量檢測裝置，包括有設 置在光學防震平臺上的光源；第一分束器，將光源分成兩束光，其中一束光射在參考臂 上，另一束光通過第一反射鏡反射在樣品臂上；第二反射鏡，接收參考臂上的光；第二分束 器，分別接收第二反射鏡的反射光和樣品臂上的光；電荷耦合器件，設置在第二分束器的輸出光路上，用于采集第二分束器的干涉條紋，并將采集到的干涉條紋圖樣轉換為可處理的 數字信號；數據處理系統連接電荷耦合器件的輸出端，用于處理接收到的數字信號；其特 征在于，在所述的第一分束器與第二反射鏡之間的參考臂的光路上設置有固定體積的參比 氣室，所述的參比氣室的內部抽成真空或充滿折射率已知的氣體或液體；在所述的第一反 射鏡和第二分束器之間的樣品臂的光路上設置有與臭氧發生器相通的樣品氣室，所述的樣 品氣室的體積隨氣體流速發生改變。所述的光源采用紫外激光器，所述的紫外激光器采用250nm 270nm波長的連續 或脈沖高相干性紫外激光器。所述的第一分束器和第二分束器采用50/50的分光比例。所述的樣品氣室為抗臭氧材料制成的，其橫截面呈矩形，所述矩形的長軸方向的 前、后氣室壁上對應設置有進氣口和出氣口，樣品氣室的長軸與入射紫外光光軸垂直；所述 樣品氣室沿光軸方向的兩氣室壁上設置有透射紫外光的入射口和與之對應的出射口，所述 的入射口上設置有光學玻璃，所述的出射口上設置有沿光軸方向移動的窗體，該窗體上設 置有光學玻璃。所述的窗體與出射口處連接的部分設置有彈性裝置，所述的彈性裝置與出射口之 間呈密封連接。該一體化光學臭氧產量檢測裝置整體置于恒溫箱內，或在構成該一體化光學臭氧 產量檢測裝置的每一部件上均設置溫控裝置以保持溫度恒定。構成該一體化光學臭氧產量檢測裝置的每一部件上均鍍有保證良好的光學透射 特性，將光學信號損失減至最低的紫外增透薄膜。本實用新型的一體化光學臭氧產量檢測裝置，通過檢測干涉條紋的改變同時實現 臭氧的濃度和流量的檢測，進而一體化實現了臭氧產量的直接測量。代替分別的臭氧濃度 計和氣體流量計，簡化檢驗設備，適合完成高精度測量。
圖1是本實用新型的-體化光學臭氧產量檢測裝置的整體結構示意圖； 圖2是本實用新型的 -體化光學臭氧產量檢測裝置中的樣品氣室的結構示意圖。[0018] 其中1 ；光源2第一分束器[0020] 3 參比氣室 4 第二反射鏡 5 第一反射鏡 6 樣品氣室7 第二分束器 8 電荷耦合器件9 數據處理系統 10 進氣口 11 出氣口 12 入射口 13 出射口14 窗體
具體實施方式下面結合實施例和附圖對本實用新型一體化光學臭氧產量檢測裝置做出詳細說明。[0027]如圖1所示，本實用新型的一體化光學臭氧產量檢測裝置，包括光學防震平臺，在 光學防震平臺上設置有光源1 ；第一分束器2，將光源1分成兩束光，其中一束光射在參考 臂上，另一束光通過第一反射鏡5反射在樣品臂上；固定體積的參比氣室3，設置在第一分 束器2與第二反射鏡4之間的參考臂的光路上，所述的參比氣室3內部抽成真空或充滿折 射率已知的氣體或液體，參比氣室3的作用在于通過改變內部折射率已知的氣體或液體， 從而增大光程差的調節范圍，便于實驗；第二反射鏡4，位于參比氣室3出射光光路上，接收 參考臂上的光；可變體積的樣品氣室6，與臭氧發生器相通，設置在所述的第一反射鏡5和 第二分束器7之間的樣品臂的光路上，所述的樣品氣室6的體積隨氣體流速發生改變；第二 分束器7，分別接收第二反射鏡4的反射光和和樣品臂上的光；電荷耦合器件8，設置在第二 分束器7的輸出光路上，用于采集第二分束器7的干涉條紋，并將采集到的干涉條紋圖樣轉 換為可處理的數字信號；數據處理系統9連接電荷耦合器件8的輸出端，用于處理接收到的 數字信號；本實用新型所述的光電耦合器，又稱之為(XD，采用的是德國EHD IMAGING GMBH 生產的型號為SC3401UV的光電耦合器，它的主要工作原理是1、感光元件負責將光信號轉 換為模擬電信號；2、數據接口卡負責將模擬電信號采樣并量化為適合計算機處理的數字信 號；3、信號處理軟件負責將數字信號的幅值轉換為光干涉條紋的亮度的灰度信號，并識別 和記錄光干涉條文中零級條紋的位置。本實用新型所述的光源1、第一分束器2、參比氣室3、第二反射鏡4、第一反射鏡5、 樣品氣室6、第二分束器7和電荷耦合器件8共同組裝一臺改進的馬赫-曾德干涉儀。構成 本實用新型的一體化光學臭氧產量檢測裝置的每一部件上均鍍有紫外增透薄膜，保證良好 的光學透射特性，將光學信號損失減至最低。所述的光源1采用紫外激光器，所述的紫外激光器采用250nm 270nm波長的連 續或脈沖高相干性紫外激光器。本實施例采用的是254納米或沈2納米或沈4納米左右。所述的第一分束器2和第二分束器7采用50/50的分光比例。如圖2所示，所述的樣品氣室6為抗臭氧材料制成的，其橫截面呈矩形，所述矩形 的長軸方向的前、后氣室壁上對應設置有進氣口 10和出氣口 11，樣品氣室6的長軸與入射 紫外光光軸垂直；所述樣品氣室6沿光軸方向的兩氣室壁上設置有透射紫外光的入射口 12 和與之對應的出射口 13，所述的入射口 12上設置有光學玻璃，所述的出射口 13上設置有沿 光軸方向移動的窗體14，該窗體14上設置有光學玻璃。所述的入射口 12和出射口 13是對 紫外光有良好透射性的窗口。所述的窗體14與出射口 13處連接的部分設置有彈性裝置，所述的彈性裝置與出 射口 13之間呈密封連接。該結構使得所述的窗體14可以隨著氣體流速變化不同沿光軸方 向移動，而向樣品氣室6的內側凹進，或向樣品氣室6的外側凸出，從而改變樣品氣室的容 積。因此，當氣體通過樣品氣室6時，窗體14產生延光軸方向的微小位移AL，從而表現為 干涉條紋位置的移動。因此通過檢測干涉條紋位置的改變可以得出含有臭氧的待檢氣體的 流量。如圖2中的虛線是表示氣體流速變化時產生位移的窗體14。在可變體積的樣品氣室6中，臭氧強烈吸收紫外激光器波長的紫外光，導致通過 可變體積的樣品氣室6的這束紫外光強度降低。[0036]所述的數據處理系統9為一臺裝有數據采集系統的計算機。計算機上運行的數據 處理軟件用于識別和檢測線陣或面陣電荷耦合器件記錄的干涉條紋，從而進一步判斷出臭氧產量。該一體化光學臭氧產量檢測裝置整體置于恒溫箱內，或在構成該一體化光學臭氧 產量檢測裝置的每一部件上均設置溫控裝置以保持溫度恒定。本實用新型的一體化光學臭氧產量檢測裝置進行臭氧濃度檢測和臭氧流量檢測 的工作原理是1.臭氧濃度檢測根據朗伯-比爾定律(Lambert-Beer Law)，當一束平行單色光 垂直通過某一均勻非散射的吸光物質時，與其吸光度A與吸光物質的濃度c及吸收層厚度 b成正比。其數學表達式為A = log(Iincidence/Itransmission) = log(l/T) = kbc, (1)其中T為透射比，為透射光強度Iteansmissim與入射光強度Iin。id·之比，k為比例系 數。在公式(1)中，對于臭氧來說，其吸光度A可由物理化學手冊得知，吸收層厚度b—定 時，通過樣品氣室后的紫外光的光強Iteansmissi。n與臭氧的濃度c成正比例關系。根據光學干 涉基本公式，
權利要求1.一種一體化光學臭氧產量檢測裝置，包括有設置在光學防震平臺上的光源(1)；第 一分束器0)，將光源(1)分成兩束光，其中一束光射在參考臂上，另一束光通過第一反射 鏡(5)反射在樣品臂上；第二反射鏡G)，接收參考臂上的光；第二分束器(7)，分別接收第 二反射鏡的反射光和樣品臂上的光；電荷耦合器件(8)，設置在第二分束器(7)的輸出 光路上，用于采集第二分束器(7)的干涉條紋，并將采集到的干涉條紋圖樣轉換為可處理 的數字信號；數據處理系統(9)連接電荷耦合器件(8)的輸出端，用于處理接收到的數字信 號；其特征在于，在所述的第一分束器( 與第二反射鏡(4)之間的參考臂的光路上設置有 固定體積的參比氣室(3)，所述的參比氣室(3)的內部抽成真空或充滿折射率已知的氣體 或液體；在所述的第一反射鏡( 和第二分束器(7)之間的樣品臂的光路上設置有與臭氧 發生器相通的樣品氣室(6)，所述的樣品氣室(6)的體積隨氣體流速發生改變。
2.根據權利要求1所述的一體化光學臭氧產量檢測裝置，其特征在于，所述的光源(1) 采用紫外激光器，所述的紫外激光器采用250nm 270nm波長的連續或脈沖高相干性紫外 激光器。
3.根據權利要求1所述的一體化光學臭氧產量檢測裝置，其特征在于，所述的第一分 束器( 和第二分束器(7)采用50/50的分光比例。
4.根據權利要求1所述的一體化光學臭氧產量檢測裝置，其特征在于，所述的樣品氣 室(6)為抗臭氧材料制成的，其橫截面呈矩形，所述矩形的長軸方向的前、后氣室壁上對應 設置有進氣口(10)和出氣口(11)，樣品氣室(6)的長軸與入射紫外光光軸垂直；所述樣品 氣室(6)沿光軸方向的兩氣室壁上設置有透射紫外光的入射口(1 和與之對應的出射口 (13)，所述的入射口(1 上設置有光學玻璃，所述的出射口(1 上設置有沿光軸方向移動 的窗體(14)，該窗體(14)上設置有光學玻璃。
5.如權利要求4所述的一體化光學臭氧產量檢測裝置，其特征在于所述的窗體(14) 與出射口(1 處連接的部分設置有彈性裝置，所述的彈性裝置與出射口(1 之間呈密封 連接。
6.根據權利要求1所述的一體化光學臭氧產量檢測裝置，其特征在于，該一體化光學 臭氧產量檢測裝置整體置于恒溫箱內，或在構成該一體化光學臭氧產量檢測裝置的每一部 件上均設置溫控裝置以保持溫度恒定。
7.根據權利要求1所述的一體化光學臭氧產量檢測裝置，其特征在于，構成該一體化 光學臭氧產量檢測裝置的每一部件上均鍍有保證良好的光學透射特性，將光學信號損失減 至最低的紫外增透薄膜。
專利摘要一種一體化光學臭氧產量檢測裝置，包括有設置在光學防震平臺上的光源；第一分束器，將光源分成兩束光，其中一束光射在參考臂上，另一束光通過第一反射鏡反射在樣品臂上；第二反射鏡；第二分束器；電荷耦合器件，設置在第二分束器的輸出光路上；數據處理系統連接電荷耦合器件的輸出端，用于處理接收到的數字信號；在第一分束器與第二反射鏡之間的參考臂的光路上設置有固定體積的參比氣室；在第一反射鏡和第二分束器之間的樣品臂的光路上設置有與臭氧發生器相通的樣品氣室，樣品氣室的體積隨氣體流速發生改變。本實用新型通過檢測干涉條紋的改變同時實現臭氧的濃度和流量的檢測，進而一體化實現了臭氧產量的直接測量。簡化檢驗設備，適合完成高精度測量。
文檔編號G01N21/01GK201837582SQ20102056682
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月19日 優先權日2010年10月19日
發明者孔文銀, 崔旭, 徐英舜, 高彤 申請人:天津天獅生命源有限公司, 天津天獅生物發展有限公司, 天獅集團有限公司