粉塵中游離二氧化硅自動分析儀的制作方法

粉塵中游離二氧化硅自動分析儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供粉塵中游離二氧化硅自動分析儀，包括光源結構、電源驅動結構以及數據處理結構，且三者集中放置于自動分析儀的一體化腔體內。該自動分析儀具有投資較少、操作簡便、機器一體機顯示操作，儀器自動分析等優勢，適合廣大職業衛生檢測機構，煤礦安全企業，大型醫院，電力行業等。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于儀器分析領域，尤其是涉及一種粉塵中游離二氧化硅自動分析 儀。 粉塵中游離二氧化硅自動分析儀

【背景技術】
[0002] 電力和煤炭行業生產環境中粉塵的種類較多，主要有矽塵、煤塵、鍋爐塵、石棉 塵、水泥塵、電焊煙塵等，其特點是粉塵中二氧化硅含量較高，粉塵的分散度也比較高，即 多為呼吸性粉塵，因此對接塵人員的危害較大。根據生產性粉塵的理化性質、空氣中濃度、 進入人體的量和作用部位，產生的危害也有不同，主要包括鼻炎、咽炎、氣管炎、支氣管炎 等呼吸系統疾病。
[0003] 我國政府以及電力和煤炭行業部門對防塵工作高度重視，因此，加強對粉塵中游 離二氧化硅含量的檢測是一件非常重要和緊迫的工作。以往檢測粉塵中游離二氧化硅含 量，均采用《作業場所空氣中粉塵測定方法》（GB5748- 85)規定的"焦磷酸重量法"，該方 法存在操作步驟復雜、使用試劑種類繁多、檢測周期長、準確性差、試驗室條件要求苛刻等 一系列問題，難以滿足現場批量檢測的要求。另外，早期使用紅外分光光度計原理檢測二 氧化硅的含量需要單獨配置電腦，并且紅外分光光度計只能提供一個譜圖，根據國標的要 求需要手動計算標準曲線，需手動計算數值，最后通過公示推導出結果。操作流程比較麻 煩，手工運算太大，易出錯，效率太低等問題。
[0004] 雖然，目前的光譜儀有很多種，但大多數光譜儀還是采用將計算機打印機與光源 部分等采用外部連接的方式結合在一起，這種光譜儀不但不方便，經常使用或挪動會降低 光譜儀的工作穩定型和影響其測量精度，并且使用過程中電腦經常U盤拷貝數據，或者上 網中病毒，平時使用軟件驅動程序連接不上，光盤找不到等問題，因此，解決上述技術問題 變得尤為重要。 實用新型內容
[0005] 本實用新型要解決的問題是為了提高檢測的準確性，實現批量檢測的目的，專門 提供粉塵中游離二氧化硅自動分析儀用來檢測粉塵中游離二氧化硅含量。
[0006] 為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：
[0007] 粉塵中游離二氧化硅自動分析儀，包括光源結構、電源驅動結構以及數據處理結 構，所述電源驅動結構分別與光源結構、數據處理結構相連，為其提供工作電源和驅動力， 光源結構與數據處理結構相連，光源結構、電源驅動結構以及數據處理結構集中放置于自 動分析儀的一體化腔體內，所述數據處理結構包括由計算機和打印機組合而成的儀器終 端，所述一體化腔體中與數據處理結構、光源結構相對應的位置分別設有一個可拆卸抽屜。
[0008] 所述一體化腔體中與數據處理結構相對應的位置設有第一抽屜，抽屜內固定設置 有冷卻裝置，所述冷卻裝置為若干個導熱鋼板或半導體冷卻板。
[0009] 所述一體化腔體中與光源結構相對應的位置設有第二抽屜，抽屜內設置有干燥裝 置或凈化裝置或兩者的組合。
[0010] 所述干燥裝置內裝配有變色硅膠，所述凈化裝置內裝配有活性炭。
[0011] 所述光源結構包括光源室、樣品室、光度計、單色器和狹縫結構，所述數據處理結 構包括探測器、放大器和儀器終端，所述電源驅動結構包括總電源、步進電機和渦輪轉動裝 置。
[0012] 所述光源室中發出的光通過樣品室進入光度計，從光度計射出的光束通過狹縫結 構進入單色器，由單色器調制后再通過狹縫結構射出，探測器將接受到的光信號轉換為電 信號并經由放大器將信號放大并傳遞給儀器終端進行數據處理；所述電源驅動結構中的總 電源用于提供整個儀器各個結構所需要的動力源，驅動整機系統中各個步進電機的轉動， 并通過控制步進電機的轉動來控制光路的走向與調制。
[0013] 本實用新型還提供一種自動分析儀的光路裝置，包括1個LS光源、14個反射鏡、一 個扇形鏡、一個閃耀光柵和干涉濾光片；上述光路裝置均設置在自動分析儀的一體化腔體 內，且所有光學元件位于以LS光源為坐標原點，LS所在的水平直線為X軸，LS所在的堅直 直線為y軸，建立的直角坐標系的二三象限內，具體位置是：
[0014] 第一反射鏡的中心點坐標為（-2, -1)，且其反光面與LS光源相對應，鏡平面與堅 直方向的夾角為5°，第三反射鏡與第一反射鏡關于X軸對稱；第二反射鏡的中心點坐標 為（0, -2)，且其反光面與第一反射鏡的反光面相對應，鏡平面與堅直方向夾角為5°，第四 反射鏡與第二反射鏡關于X軸對稱；樣品S坐標為（4, 2)，參考樣R的位置與樣品S的位置 同樣關于X軸對稱；第五反射鏡的中心點坐標為（5, 2)，其鏡平面與堅直方向夾角為60° ; 第六反射鏡的中心點坐標為（5. 5, 3)，其鏡平面水平設置，且其反光面與第五反射鏡的反光 面相對應；第七反射鏡的中心點坐標為（5. 5, 2)，其鏡平面與堅直方向夾角為60° ;第八反 射鏡的中心點坐標為（6, 2.1)，其鏡面水平設置，第九反射鏡的中心點坐標為（7. 5, 2.2); 第十反射鏡的中心點坐標為（5, 0.8)，其鏡面與堅直方向夾角為5°，扇形鏡水平設置且其 中心點坐標為（7. 5, 0. 8)，第^ 反射鏡的中心點坐標為（9. 5, 0. 7)，其鏡面與堅直方向夾 角為45° ;第十二反射鏡的中心點坐標為（11，6.5)，其鏡面與堅直方向夾角為60°，沿第 十二反射鏡的反射光路設置有一塊閃耀光柵（0G)，其中心點坐標為（8, 3.5);干涉濾光片 水平設置，且其中心點坐標為（10, 1.5)，第十三反射鏡的中心點坐標為（10,0.5)，其鏡面 與堅直方向夾角為45°，第十四反射鏡的中心點坐標為（12, 0.5)，其鏡面與堅直方向夾角 為45° ;探測器的坐標為（12, 6)，其沿第十四反射鏡的反射光路設置；
[0015] 上述坐標系中的每個單位刻度的長度均為3cm。
[0016] 所述的自動分析儀的光路裝置的光學元件中所述第三反射鏡和第四反射鏡均為 球面鏡，第九反射鏡為三維角鏡、第八反射鏡為光程補償鏡、第十二反射鏡為拋物鏡，其余 反射鏡均為平面反射鏡；所述干涉濾光片的個數為3個。
[0017] 本實用新型具有的優點和積極效果是：與現有技術相比，本實用新型將光譜儀的 光源結構、電源驅動結構以及數據處理結構組合在一起形成一體化的分析儀，并在一體化 腔體內設有可拆卸的冷卻裝置、干燥裝置和凈化裝置，上述措施不僅簡化了光譜儀的結構， 同時大大減小了電氣元件工作時產生的熱量對光學器件的傳導，提高了紅外光譜儀分析的 準確性、使得光譜測試更穩定，更準確，結果顯示更直觀、方便。同時，本實用新型還光學模 塊的光路裝置進行了改進，通過設置一些反射鏡將光譜儀的結構盡量簡化，同時設有閃耀 光柵和干涉濾光片，濾出了光線中的高次光譜，得到更加清晰準確的光譜分析圖。因此本實 用新型能具有快速、靈敏地鑒別游離二氧化硅的含量，且其設備具有投資較少、操作簡便、 機器一體機顯示操作，儀器自動分析等優勢，適合廣大職業衛生檢測機構，煤礦安全企業。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本實用新型自動分析儀的外部腔體結構示意圖；
[0019] 圖2是本實用新型自動分析儀內部結構示意圖；
[0020] 圖3是本實用新型自動分析儀的光路圖。

【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖對本實用新型作詳細說明。
[0022] 本實用新型二氧化硅自動分析儀采用一體化結構，包括光源結構9、電源驅動結構 10以及數據處理結構11，電源驅動結構10分別與光源結構9、數據處理結構11相連，為其 提供工作電源和驅動力，光源結構9與數據處理結構11相連，光源結構9、電源驅動結構10 以及數據處理結構11集中放置于自動分析儀的一體化腔體1內。該一體化腔體1的外部 結構中與數據處理結構11對應的設有計算機3、鍵盤4以及打印機出口 5 ;-體化腔體1的 外部結構中與光源結構9相對應的位置設置有光源室開口 2 ;-體化腔體1的外部結構中 與電源驅動結構10對應的設有電源開關2部分。除此以外，一體化腔體中1與數據處理結 構11相對應的位置設有第一抽屜6,抽屜內通過固定連接方式設置有冷卻裝置，該冷卻裝 置為若干個導熱鋼板或或半導體冷卻板；一體化腔體1中與光源結構9相對應的位置設有 第二抽屜8,抽屜內設置有干燥裝置或凈化裝置或兩者的組合，且干燥裝置內裝配有變色硅 膠，凈化裝置內裝配有活性炭。
[0023] 上述一體化的分析儀的內部光源結構包括光源室101、樣品室102、光度計、單色 器103和狹縫結構，數據處理結構11包括探測器M15、放大器和儀器終端，電源驅動結構10 包括總電源、步進電機和渦輪轉動裝置；光源室101中發出的光通過樣品室進入光度計，從 光度計射出的光束通過狹縫結構進入單色器，由單色器調制后再通過狹縫結構射出，探測 器將接受到的光信號轉換為電信號并經由放大器將信號放大并傳遞給儀器終端進行數據 處理；電源驅動結構10中的總電源用于提供整個儀器各個結構所需要的動力源，驅動整機 系統中各個步進電機的轉動，并通過控制步進電機的轉動來控制光路的走向與調制。
[0024] 在工作時，先打開光源室的開口 2,將待測樣品放入樣品室，閉合光源室的開口 2， 然后打開電源開光2,自動分析儀便開始進入工作。由光源LS發出的光，被分為能量均等 對稱的兩束。一束為樣品光S通過樣品，另一束為參考光R作為基準，這兩束光通過樣品室 102進入光度計后，被扇形鏡以10Hz的頻率所調制，形成交變信號，然后兩束光合為一束， 并交替通過入射狹縫進入單色器103中，經離軸拋物鏡將光束平行地投射在光柵上，色散 并通過出射狹縫之后，被濾光片濾除高級次光譜，再經橢球鏡聚焦在探測器的接收面上。
[0025] 探測器將上述交變的光信號轉換為相應的電信號，經放大器進行電壓放大后，饋 入A/D轉換單元，將模擬電信號轉換為相應的數字量，并進入數據處理系統的計算單元，計 算單元將計算后的結果通過儀器的終端計算機顯示出來，也可運用終端繪圖、打印。這樣， 就可連續地顯示或記錄被測樣品的紅外吸收譜圖了。
[0026] 該自動分析儀在工作時的光學系統原理如圖3所示：其中光學室1由平面鏡Ml、 M2,球面鏡M3、M4,以及光源LS等組合而成。光源為特種鎳鉻絲，其長18mm，直徑6mm， 光源點燃時，溫度高達1150°C左右。光度計的主要任務是將參考光束和樣品光束在空間上 合為一路，而在時間上互相交替，光度計是反射鏡M5、M6、M7、M10以及三維角鏡M9、補償鏡 M8以及扇形鏡Mil組合而成。
[0027] 扇形鏡Mil是光度計中的重要部門，使得被調制的參考信號R及樣品光信號S，相 位相差180〇,所以雖然它們在空間上合為一路，在時間上卻是交替進入單色器103。
[0028] 單色器103由入射狹縫，平面反射鏡M12,拋物鏡M13,光柵0G及出射狹縫組合而 成。米用一塊雙閃耀光柵，覆蓋整個波段。光柵刻線為66. 6條/mm,閃耀波長分別為3μηι 和 10 μ m。
[0029] 為獲得一級光譜的單色器，所以在出射狹縫之后，采用三塊干涉濾光片M14,濾除 光線中的高次光譜。
[0030] 狹縫機構主要由步進電機，狹縫凸輪及狹縫片等組成，本儀器由軟件實現狹縫寬 度及倍率變換的控制，且該軟件程序與現有技術中的紅外光譜儀的軟件程序一致，數據處 理單元在控制儀器進行波數掃描的同時，不斷發出指令控制狹縫電機的運轉并通過凸輪 而改變狹縫的寬度，這樣就實現了在不同的波數位置具有相應的狹縫寬度，狹縫寬度范圍 0. 1-5_。儀器通過程序預置狹縫電機具有不同的起始轉角，實現了狹縫寬度的倍率變換， 變換設置5檔。
[0031] 探測器將調制后的光信號轉換為相應的電信號，并傳遞給數據處理單元，數據處 理單元的計算機將接受到的電信號轉化成圖像或數據，并經由與其相連接的打印機打印出 來。
[0032] 由于該一體化分析儀中設置可拆卸式的冷卻裝置、干燥裝置和凈化裝置，所以在 長期使用后干燥可以通過將裝配冷卻裝置的第一抽屜6和第二抽屜8拆卸下來，更換相應 的冷卻或部件。
[0033] 以上對本實用新型的一個實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本實用新型的 較佳實施例，不能被認為用于限定本實用新型的實施范圍。凡依本實用新型申請范圍所作 的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本實用新型的專利涵蓋范圍之內。
【權利要求】
1. 粉塵中游離二氧化硅自動分析儀，包括光源結構（9)、電源驅動結構（10)以及數據 處理結構（11)，所述電源驅動結構（10)分別與光源結構（9)、數據處理結構（11)相連，為 其提供工作電源和驅動力，光源結構（9)與數據處理結構（11)相連，光源結構（9)、電源驅 動結構（10)以及數據處理結構（11)集中放置于自動分析儀的一體化腔體（1)內，其特征 在于：所述數據處理結構（11)包括由計算機和打印機組合而成的儀器終端，所述一體化腔 體（1)中與數據處理結構（11)、光源結構（9)相對應的位置分別設有一個可拆卸抽屜。
2. 根據權利要求1所述的自動分析儀，其特征在于：所述一體化腔體中（1)與數據處 理結構（11)相對應的位置設有第一抽屜（6)，抽屜內固定設置有冷卻裝置，所述冷卻裝置 為若干個導熱鋼板或半導體冷卻板。
3. 根據權利要求1所述的自動分析儀，其特征在于：所述一體化腔體（1)中與光源結 構（9)相對應的位置設有第二抽屜（8)，抽屜內設置有干燥裝置或凈化裝置或兩者的組合。
4. 根據權利要求3所述的自動分析儀，其特征在于：所述干燥裝置內裝配有變色硅膠， 所述凈化裝置內裝配有活性炭。
5. 根據權利要求1所述的自動分析儀，其特征在于：所述光源結構（9)包括光源室 (101)、樣品室（102)、光度計、單色器（103)和狹縫結構，所述數據處理結構（11)包括探測 器（M15)、放大器和儀器終端，所述電源驅動結構（10)包括總電源、步進電機和渦輪轉動裝 置。
6. 根據權利要求5所述的自動分析儀，其特征在于：所述光源室中發出的光通過樣品 室進入光度計，從光度計射出的光束通過狹縫結構進入單色器，由單色器調制后再通過狹 縫結構射出，探測器將接受到的光信號轉換為電信號并經由放大器將信號放大并傳遞給儀 器終端進行數據處理；所述電源驅動結構（10)中的總電源用于提供整個儀器各個結構所 需要的動力源，驅動整機系統中各個步進電機的轉動，并通過控制步進電機的轉動來控制 光路的走向與調制。
7. -種如權利要求1所述的自動分析儀的光路裝置，其特征在于：包括1個LS光源、14 個反射鏡、一個扇形鏡、一個閃耀光柵和干涉濾光片；上述光路裝置均設置在自動分析儀的 一體化腔體（1)內，且所有光學元件位于以LS光源為坐標原點，LS所在的水平直線為X軸， LS所在的堅直直線為y軸，建立的直角坐標系的二三象限內，具體位置是： 第一反射鏡（Ml)的中心點坐標為（-2,-1)，且其反光面與LS光源相對應，鏡平面與堅 直方向的夾角為5°，第三反射鏡（M3)與第一反射鏡（Ml)關于X軸對稱；第二反射鏡（M2) 的中心點坐標為（0,-2)，且其反光面與第一反射鏡（Ml)的反光面相對應，鏡平面與堅直方 向夾角為5°，第四反射鏡（M4)與第二反射鏡（M2)關于X軸對稱；樣品S坐標為（4, 2)，參 考樣R的位置與樣品S的位置同樣關于X軸對稱；第五反射鏡（M5)的中心點坐標為（5, 2)， 其鏡平面與堅直方向夾角為60° ;第六反射鏡（M6)的中心點坐標為（5. 5, 3)，其鏡平面水 平設置，且其反光面與第五反射鏡（M5)的反光面相對應；第七反射鏡（M7)的中心點坐標 為（5. 5, 2)，其鏡平面與堅直方向夾角為60° ;第八反射鏡（M8)的中心點坐標為（6, 2. 1)， 其鏡面水平設置，第九反射鏡（M9)的中心點坐標為（7. 5, 2.2);第十反射鏡（M10)的中心 點坐標為（5, 0.8)，其鏡面與堅直方向夾角為5°，扇形鏡（Mil)水平設置且其中心點坐標 為（7. 5, 0.8)，第i^一反射鏡（M12)的中心點坐標為（9. 5, 0.7)，其鏡面與堅直方向夾角為 45° ;第十二反射鏡（M13)的中心點坐標為（11，6. 5)，其鏡面與堅直方向夾角為60°，沿第 十二反射鏡（M13)的反射光路設置有一塊閃耀光柵（OG)，其中心點坐標為（8, 3. 5);干涉濾 光片（M14)水平設置，且其中心點坐標為（10, 1.5)，第十三反射鏡（M15)的中心點坐標為 (10,0.5)，其鏡面與堅直方向夾角為45°，第十四反射鏡（M16)的中心點坐標為（12, 0.5)， 其鏡面與堅直方向夾角為45° ;探測器（TC)的坐標為（12, 6)，其沿第十四反射鏡（M16)的 反射光路設置； 上述坐標系中的每個單位刻度的長度均為3cm。
8.根據權利要求7所述的自動分析儀的光路裝置，其特征在于：上述光學元件中所述 第三反射鏡（M3)和第四反射鏡（M4)均為球面鏡，第九反射鏡（M9)為三維角鏡、第八反射 鏡（M8)為光程補償鏡、第十二反射鏡（M13)為拋物鏡，其余反射鏡均為平面反射鏡；所述干 涉濾光片（M14)的個數為3個。
【文檔編號】G01N15/06GK203881653SQ201420314256
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月13日 優先權日:2014年6月13日
【發明者】謝樟華 申請人:天津市金貝爾科技有限公司