专利名称：一种臭氧浓度测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种臭氧浓度测试仪，尤其是涉及一种双光路臭氧浓度测试仪，
属于臭氧测量技术领域。
背景技术：
随着我国臭氧技术产业的不断发展，臭氧发生器生产厂家和应用单位逐年增多， 有别于化学滴定法的快捷、准确、直观的臭氧浓度检测仪的研究已迫在眉睫。目前国内外 的臭氧浓度测试仪大多采用电化学法或紫外吸收法，电化学法致命弱点是存放寿命短并有 使用次数限制，使用成本较高，所以大多采用紫外吸收法。紫外吸收法是利用臭氧对254nm 波长的紫外线特征吸收的特性，依据比尔-朗伯定律(Beer-Lambert law)制造出的分析仪 器，既可以检测气体中臭氧浓度，也可以检测水中溶存的臭氧浓度。 图1示出了目前国内普遍采用的一种紫外吸收法臭氧浓度测试仪的结构示意图。 所述臭氧浓度测试仪包括紫外灯101和紫外线吸收腔103，所述紫外灯101发出的紫外线 经光路106至滤光单元102进行滤光，滤光后的紫外线经光路106进入所述紫外线吸收腔 103。所述紫外吸收腔103具有气路105，参比气体及测试气体通过所述气路105进入所述 紫外线吸收腔103。所述臭氧浓度测试仪还包括控制单元104，用于实现臭氧浓度的检测、 信号放大及输出和显示等功能。这种传统结构的臭氧浓度测试仪存在两方面的缺陷(l) 由于每次测量时均需要参比气体通过所述紫外线吸收腔103进行调零，参比空气直接取 自环境空气，本身存在有微量臭氧，且参比气体和含有臭氧的测试气体交替进入同一吸收 腔103，导致吸收腔中残存的微量臭氧影响参比气体，致使参比气体一致性变差，影响测试 仪的测试精度；(2)由于测试气体和参比气体交替进入紫外线吸收腔103，控制单元104检 测的紫外线经过参比气体的光强数据与经过测试气体的光强数据存在时间差，即数据不同 步，因此，由于紫外灯IOI本身的变化或其供电电源及与之有关的器件有轻微的参数变化 时，都将对臭氧浓度测试结果造成很大影响，从而影响测试仪的测试精度。 针对上述臭氧浓度测试仪存在的缺陷，国外部分仪器制造厂家提出了双光路测试 仪，图2示出了双光路臭氧浓度测试仪的结构示意图。如图所示，紫外灯201发出的紫外线 经滤光单元202过滤后进入一个分光单元203，原来的一路光路207经所述分光单元203分 成光路208和光路209两条光路。其中，光路208进入紫外线吸收腔204，而光路209进入 紫外线吸收腔205，所述两个紫外线吸收腔204和205的气隙长度相等，均为L。所述紫外 吸收腔204具有气路210，用来导入测试气体；所述紫外吸收腔205具有气路211，用来导入 参比气体。所述臭氧浓度测试仪还包括控制单元206，用于实现这个测试仪臭氧浓度的检 测、信号放大及输出和显示等功能。所述双光路臭氧浓度测试仪通过分光单元203将一个 紫外灯201发出的光分成两路，分别进入气隙长度相等的参比气体的紫外线吸收腔205和 测试气体的紫外吸收腔204，这样，可以保证参比气体和测试气体同时进行数据的测量，解 决了数据不同步的问题，避免了由于紫外光变化对测量数据的影响。但是，该测试仪仍然在 每次测量时需要来源于环境空气的参比气体来调零，参比气体易受环境影响，导致测量结果存在不可避免的误差。
发明内容本实用新型的目的是提供一种臭氧浓度测试仪，解决现有技术中臭氧浓度测试仪
由于环境影响和测试不同步造成的测量误差，提高臭氧浓度测试仪的测量精度。 为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现 —种臭氧浓度测试仪，包括紫外灯，其特征在于，还包括一个紫外线吸收腔，所述
紫外线吸收腔内部形成有两个长度不相等的气隙；所述紫外线吸收腔还具有两个光口，所
述每个光口分别对应其中一个气隙，所述紫外灯发出的光线一路通过第一光口穿过第一气
隙，另一路通过第二光口穿过第二气隙。 根据本实用新型，在所述紫外灯和所述紫外线吸收腔之间设置有滤光单元，所述 紫外灯发出的光线经所述滤光单元滤光后进入所述紫外线吸收腔的光口。 根据本实用新型，所述滤光单元优选采用滤光片实现。 根据本实用新型，所述臭氧浓度测试仪还包括控制单元，所述控制单元具有顺序 连接的光电转换电路、自动增益放大电路及主处理电路，所述自动增益放大电路输出端连 接所述主处理电路中的A/D转换电路。 所述自动增益放大电路优选采用可编程增益放大器实现。 与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是 1、紫外线吸收腔由一长、一短两个不同长度的气隙构成，形成双光路系统。 一方 面，紫外灯同一时刻发出的紫外光线经过所述双光路，很好地解决了由于测试不同步而导 致的测量误差；另一方面，在仪器使用时先通过引入纯净无臭氧的气体(如氧气)进行校 零，而在测量时，两光路同时穿过被测臭氧气体，以其中一路作为实时动态零点，通过测量 两路的差值进行运算可以得到被测臭氧气体的浓度，使得测试仪的零点取值方式不再受环 境空气质量的影响，解决了由于环境影响造成的测量误差。 2、控制单元采用自动增益放大电路实现对不同强度的测量电信号进行自动放大， 保证所有测量范围内的测量信号都可以达到设计的最高精度，测量速度快、精度高，可以实 现连续、在线测量。

图1是现有技术第一种臭氧浓度测试仪的结构示意图； 图2是现有技术第二种臭氧浓度测试仪的结构示意图； 图3是本实用新型臭氧浓度测试仪一个实施例的结构示意图； 图4是图3中控制单元的部分电路结构示意图； 图5是图4中自动增益放大电路的具体电路连接图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细的说明。 请参阅图3所示本实用新型臭氧浓度测试仪一个实施例的结构示意图。所述实施
例的臭氧浓度测试仪包括一个紫外灯301和一个紫外线吸收腔304，所述吸收腔304具有两个光口，分别为第一光口 306和第二光口 307。所述紫外线吸收腔304内部设置有导光 柱308和309，所述导光柱308和309之间形成有长度为Ll的第一气隙和长度为L2的第二 气隙，且Ll > L2。所述紫外灯301发出的光线分为两路，即第一光路310和第二光路311。 经滤光单元302滤光后的第一光路310通过所述第一光口 306穿过所述长度为Ll的第一 气隙，经滤光单元303滤光后的第二光路311通过所述第二光口 307穿过所述长度为L2的 第二气隙。所述滤光单元302和303优选采用滤光片，当然，也可以采用其他能够对紫外线 进行滤光的元器件来实现。 所述紫外线吸收腔304具有一路气路312，在使用臭氧浓度测试仪时，首先将纯净 无臭氧的气体通过所述气路312通入至所述紫外线吸收腔304中，对臭氧浓度测试仪进行 仪器调零。在测量含有臭氧的气体中的臭氧浓度时，被测臭氧气体通过所述气路312通入 至所述紫外线吸收腔304中，所述第一光路310和所述第二光路311同时穿过所述紫外线 吸收腔304中的被测臭氧气体。由于所述紫外吸收腔304中形成有两个长度分别为Ll和 L2的气隙，且Ll > L2，因此，紫外光线通过这两个气隙的被测臭氧气体后，具有两个不同的 光强数据。利用控制单元305测量这两个不同的光强数据，然后根据比尔_朗伯定律即可 计算出被测臭氧气体的浓度。由此，在测量臭氧浓度时，以穿过其中一个气隙臭氧气体的光 强数据作为实时动态零点，通过测量穿过两个气隙臭氧气体的两路光强的差值进行运算， 最终获得被测臭氧气体的浓度，既可以避免环境对零点测试气体影响而导致的测量误差， 也解决了测试数据不同步造成的测量误差，显著提高了测试仪的测量精度。 所述实施例中，控制单元305主要用于实现臭氧浓度的检测、信号放大、模数转换 及输出和显示等功能。由于该测试仪测量范围较宽，为0-200mg/1。在测量范围较宽的情况 下，如果采用固定放大倍数的硬件运放电路，会出现在对小信号进行转换时，可能出现较大 的误差；而在对较大的信号进行转换时，造成A/D转换电路的饱和，因此对较高浓度和较低 浓度的测量数据都会造成较大的误差。传统仪器采用不同放大倍数的放大电路，通过控制 面板选择不同的测量档位来选择对应的放大电路，达到提高测量精度的目的。但此种方法 操作复杂，不易实现自动、连续、在线测量。 为解决上述问题，本实用新型所述实施例的臭氧浓度测试仪采用自动增益放大电 路实现测量信号的运放。图4示出了图3实施例控制单元的部分电路结构示意图。所述控 制单元具有顺序连接的光电转换电路、自动增益放大电路及主处理电路，所述自动增益放 大电路输出端连接所述主处理电路中的A/D转换电路。 所述光电转换电路将紫外光线的光强信号转换为微弱的电信号，该电信号经初步 放大处理后传输至所述自动增益放大电路；主处理电路根据所述电信号及预先设定的基准 值，自动调整所述自动增益放大电路的放大倍数，为所述电信号提供合适的放大倍数并对 其进行放大；放大后的电信号输入至所述主处理电路中的A/D转换电路进行A/D转换，并最 终在主处理电路计算处理后，通过显示电路将被测臭氧气体的臭氧浓度值显示出来。 图5示出了图4中自动增益放大电路的具体电路连接图，在所述电路连接图中，自 动增益放大电路采用可编程增益放大器U1来实现。所述可编程增益放大器U1的电压信号 输入端VIN通过电阻R5连接光电转换电路的测量电信号输出端J2-3，所述可编程增益放大 器U1的电压信号输出端VFCD和VSEN连接主处理的ADC输入端。测量电信号经过采样保 持电路采样后，进入可编程增益放大器Ul ，系统自动将采样信号与基准电压进行比较，根据比较的结果自动调整所述可编程增益放大器Ul的放大倍数，使其适应ADC对输入的要求， 最终，经过所述可编程增益放大器Ul放大后的信号提供给ADC进行A/D转换，从而实现对 测量信号的自动、连续、在线测量，提高测试仪的测量速度、测量精度及测量自动化程度。 当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式而已，应当指出，对于本技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求一种臭氧浓度测试仪，包括紫外灯，其特征在于，还包括一个紫外线吸收腔，所述紫外线吸收腔内部形成有两个长度不相等的气隙；所述紫外线吸收腔还具有两个光口，所述每个光口分别对应其中一个气隙，所述紫外灯发出的光线一路通过第一光口穿过第一气隙，另一路通过第二光口穿过第二气隙。
2. 根据权利要求1所述的臭氧浓度测试仪，其特征在于，在所述紫外灯和所述紫外线 吸收腔之间设置有滤光单元，所述紫外灯发出的光线经所述滤光单元滤光后进入所述紫外 线吸收腔的光口。
3. 根据权利要求2所述的臭氧浓度测试仪，其特征在于，所述滤光单元采用滤光片实现。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的臭氧浓度测试仪，其特征在于，所述臭氧浓度测 试仪还包括控制单元，所述控制单元具有顺序连接的光电转换电路、自动增益放大电路及 主处理电路，所述自动增益放大电路输出端连接所述主处理电路中的A/D转换电路。
5. 根据权利要求4所述的臭氧浓度测试仪，其特征在于，所述自动增益放大电路采用 可编程增益放大器实现。
专利摘要本实用新型公开了一种臭氧浓度测试仪，包括紫外灯，还包括一个紫外线吸收腔，所述紫外线吸收腔内部形成有两个长度不相等的气隙；所述紫外线吸收腔还具有两个光口，所述每个光口分别对应其中一个气隙，所述紫外灯发出的光线一路通过第一光口穿过第一气隙，另一路通过第二光口穿过第二气隙。本实用新型所述臭氧浓度测试仪能够解决现有技术中臭氧浓度测试仪由于环境影响和测试不同步造成的测量误差，提高了测量精度。
文档编号G01N21/33GK201517991SQ20092023930
公开日2010年6月30日 申请日期2009年9月30日 优先权日2009年9月30日
发明者丁香财, 丁香鹏 申请人:青岛国林实业有限责任公司