一种紫外气体监测设备校准装置的制作方法

1.本发明涉及气体分析仪器技术领域，尤其涉及一种紫外气体监测设备校准装置。


背景技术：

2.在污染气体监测、工业在线安全监测、家用气体报警等领域，以及凡是涉及气体报警或者监测的设备产品，对其进行系统性的标定和校准是其生产过程中的重要一环。任何一个没有经过标定和校准的机器设备极有可能是不准确的，无法符合监测条件。
3.当前，用于标定和校准有关气体报警或者监测的设备产品的方法主要有三种。第一种是手动配气，该方法需要购买高纯度污染气体和简易配气箱体，通过人工的方法把少量纯气体注入配气箱体内稀释。该方法主要问题是需要一定时间等待气体在配气箱内稀释均匀，所以操作时间长效率低下。操作人员的个人经验水平直接影响配气准确性。第二种是使用动态配气仪配气，该方法需要购买动态配气仪和高纯度污染气体。其主要问题是受限于动态配气仪内流量计质量和温度漂移影响，因此对于气体分析仪来讲精度不够理想。第三种是使用不同浓度标准气，该方法需要向标准气厂家购买各种浓度型号的标准气。该方法获得的气体精度高，校准的精性好，但是，气体消耗量相比前两种方法比较多，所以成本非常高。此外，当前的三种方法都存在自动化程度不高、使用成本高、造成二次污染等问题。
4.因此，如何实现高度自动化的配气，而又能降低作业成本，包括人工成本和购买样品气体的成本，同时又能避免对外排放任何造成二次污染的气体，成为本行业内的迫切需求。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种紫外气体监测设备校准装置，可以实现高度自动化的配气，又能降低人工成本和购买样品气体的成本，同时又能避免对外排放任何造成二次污染的气体，实现高效、环保且精度高的校准作业。
6.为实现上述目的，本发明实施例提供一种紫外气体监测设备校准装置，用于对紫外气体监测设备进行标定或校准，作为其中一种实施方式，所述紫外气体监测设备包括控制器、光谱分析模块、第一光源以及气体池，所述紫外气体监测设备校准装置包括模拟气池组、舵机组、主控系统以及第二光源；
7.所述控制器与所述第二光源连接，所述第二光源与所述模拟气池组连接，所述模拟气池组与所述光谱分析模块连接，以组成检测闭环进行实时数据采集，并根据实时数据采集结果对所述控制器进行标定或校准；
8.其中，所述模拟气池组包括多组模拟气池，每组模拟气池用于装载不同类型和浓度的标准气以及作为噪音扣除参比气体的氮气；所述舵机组与所述模拟气池组连接，包括与模拟气池组中各模拟气池对应的多组舵机，用于模拟气池组的光路的切入和切出；所述主控系统通过通信接口与所述舵机组和所述控制器连接，用于控制所述舵机组进行所述模拟气池的切换，并将切换信息同步至所述控制器，以使所述控制器根据切换的模拟气池进
行相应的紫外差分算法处理，以便对所述控制器进行标定或校准。
9.作为其中一种实施方式，所述紫外气体监测设备的气体池的光学长度与所述模拟气池组的光学长度相同。
10.作为其中一种实施方式，所述通信接口为串口或usb接口。
11.作为其中一种实施方式，所述模拟气池组包括恒温装置。
12.作为其中一种实施方式，所述第二光源通过光纤和光纤分配器与所述模拟气池组连接。
13.作为其中一种实施方式，所述模拟气池为jgs1石英玻璃瓶。
14.作为其中一种实施方式，所述主控系统包括标定模式和校准模式；
15.在所述主控系统为校准模式时，所述主控系统控制所述待标定模块进行零点光谱校准和各种浓度污染气体的实时数据采集，并将采集到的所述实时数据和对应的所述模拟气池内气体的特定浓度值发送至所述控制器，以使所述控制器进行多点线性校准；
16.在所述主控系统为标定模式时，所述主控系统控制所述舵机组依次切换不同的模拟气池，以便进行相应的数据采集并生成标定信息数据。
17.作为其中一种实施方式，所述紫外气体监测设备校准装置还包括触摸屏，所述触摸屏与所述主控系统连接，用于显示所述主控系统的相关信息以及进行人机交互。
18.作为其中一种实施方式，所述紫外气体监测设备校准装置还包括电源模块，所述电源模块与所述主控系统、所述待标定或校准的紫外气体监测设备以及所述触摸屏连接，以提供稳压电源。
19.作为其中一种实施方式，所述主控系统为plc或树莓派或工控机，所述触摸屏为电阻式lcd屏或电容式lcd屏或led屏。
20.综上所述，本发明提供一种紫外气体监测设备校准装置，包括模拟气池组、舵机组、主控系统以及第二光源，其中，模拟气池组包括多组模拟气池，每组模拟气池用于装载不同类型和浓度的标准气以及作为噪音扣除参比气体的氮气；所述舵机组与所述模拟气池组连接，包括与模拟气池组中各模拟气池对应的多组舵机，用于模拟气池组的光路的切入和切出；所述主控系统通过通信接口与所述舵机组和紫外气体监测设备中的控制器连接，用于控制所述舵机组进行所述模拟气池的切换，并将切换信息同步至所述控制器，以使所述控制器根据切换的模拟气池进行相应的算法处理。可以实现高度自动化的配气，又能降低人工成本和购买样品气体的成本，同时又能避免对外排放任何造成二次污染的气体，实现高效、环保且精度高的校准作业。
附图说明
21.图1为本发明一实施例提供的紫外气体监测设备校准装置结构框图。
22.图2为本发明一实施例提供的紫外气体监测设备校准装置的模拟气池组部分的具体结构图。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部
的实施例，仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.需要说明的是，为了描述时清楚、简便，下文在描述不同实施例时，不同图中相同的部件使用相同的标记。
25.请参考图1，图1为本发明一实施例提供的紫外气体监测设备校准装置结构框图。如图1所示，紫外气体监测设备校准装置200包括模拟气池组20、舵机组21、主控系统22以及第二光源23；紫外气体监测设备100中的控制器10与第二光源23连接，第二光源23与模拟气池组20连接，模拟气池组20与光谱分析模块11连接，以组成检测闭环进行实时数据采集，并根据实时数据采集结果对紫外气体监测设备中的控制器10进行标定或校准；其中，模拟气池组20包括多组模拟气池，每组模拟气池用于装载不同类型和浓度的标准气以及作为噪音扣除参比气体的氮气；舵机组21与模拟气池组20连接，包括与模拟气池组20中各模拟气池对应的多组舵机，用于模拟气池组20的光路的切入和切出；主控系统22通过通信接口与舵机组21和紫外气体监测设备100中的控制器10连接，用于控制舵机组21进行模拟气池的切换，并将切换信息同步至紫外气体监测设备100中的控制器10，以使控制器10根据切换的模拟气池进行相应的算法处理，以便对控制器10进行标定或校准。
26.具体地，紫外气体监测设备100包括控制器10、光谱分析模块11、第一光源12以及气体池13，在对其进行标定或校准时，通过将控制器10与第二光源23连接，第二光源23与模拟气池组20连接，模拟气池组20与光谱分析模块11连接，以组成检测闭环进行实时数据采集，并根据实时数据采集结果对所述控制器进行标定或校准。其中，模拟气池组20由利用玻璃封接工艺将各种浓度的so2、no、no2等高精度标准气分别密封的玻璃瓶、和将作为噪音扣除参比气体的高纯度(99.999％)氮气密封的玻璃瓶组成。具体来说，高精度标准气可以是不同浓度的气体，如包括20％fs的so2、50％fs的so2、80％fs的so2、100％fs的so2、20％fs的no2、50％fs的no2、80％fs的no2、100％fs的no2、20％fs的no、50％fs的no、80％fs的no以及100％fs的no等，其中fs表示满量程。与之相对应，舵机组21与模拟气池组20连接，包括与模拟气池组20中各模拟气池对应的多组舵机，例如舵机组21包括舵机1、舵机2、舵机3、舵机4、舵机5、舵机6、舵机7、舵机8、舵机9、舵机10、舵机12、以及舵机13。在标定或校准过程中，主控系统22通过舵机组21中上述舵机分别切换模拟气池组的各模拟气池，并且每次只切入一个模拟气池，然后主控系统22通过通信接口将模拟气池组20的切换信息同步至控制器10，以使控制器10根据切换的模拟气池进行相应的算法处理，以完成相应的数据采集，以便对控制器10进行标定或校准。
27.值得一提的是，该紫外气体监测设备100为紫外差分气体分析核心模块或者采用紫外差分算法的紫外气体分析仪，紫外气体监测设备100中的控制器10利用算法可扣除模拟气池组和紫外气体监测设备中的气体池的光学强度差异，以及消除瑞利散射和米氏散射引起的光强差异，即通过doas(紫外差分)算法去除慢变信号，其中慢变包括第一光源和第二光源的差异以及模拟气池带来的差异和瑞利散射等等。
28.在一实施方式中，待标定或校准的紫外气体监测设备100的气体池13的光学长度与模拟气池组20的光学长度相同。
29.具体地，待标定或校准的紫外气体监测设备100的气体池13光学长度和模拟气池
组20的光学长度相同，可以保障气体在模拟气池组20和在紫外气体监测设备100的气体池13内有相同的吸收度，即产生相同的信号强度。
30.在一实施方式中，主控系统22通过串口或usb接口与紫外气体监测设备100连接。
31.具体地，串口即串行通讯端口(cluster communication port，com口)，usb接口，是英文universal serial bus(通用串行总线)的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。相较而言，一方面，串口的成本更低，串口对开发者和使用者而言，不需要去专门开发和安装驱动，这样又省了软件成本。另一方面，串口抗干扰能力更强。
32.在一实施例中，紫外气体监测设备100通过信号线与第二光源23连接，第二光源23通过光纤和光纤分配器与模拟气池组20连接。
33.在一实施方式中，模拟气池组20还包括恒温装置。
34.在一实施方式中，模拟气池组20中的各模拟气池为jgs1石英玻璃瓶。
35.具体地，jgs1石英玻璃为远紫外光学石英玻璃，其应用光谱波段为185-2500毫微米。
36.在一实施方式中，紫外气体监测设备校准装置200包括标定模式和校准模式，自动模式和单步模式。
37.具体地，标定模式与校准模式互斥，自动模式与单步模式互斥。例如，当通过主控系统22设置为自动模式和校准模式，系统开始工作后，主控系统22与紫外气体监测设备100的控制器10进行通信，主控系统22依次控制其进行零点光谱校准和各种浓度污染气体的自动实时数据采集。然后，通过将采集到的实时数据和模拟气池组20内特定浓度值发送到控制器10内进行多点线性校准。例如，主控系统22将20％fs的so2模拟气池切入到光路中，然后主控系统22发送通信指令到控制器10，待进行数据采集后，控制器10返回一个浓度值(例如21％fs so2)，此时主控系统22记录的相应的一组数据是20％fs和21％fs。重复以上动作，依次完成其他各浓度数据采集。当所有浓度都进行了相应的数据采集，主控系统发送指令(指令包含主控所取得各组数据值)到控制器10，控制器10通过多点校准算法完成多点线性校准。
38.当设置为单步模式和标定模式，系统开始工作后，主控系统22依次接受输入指令执行相应步骤。例如，第一步，光路切入纯氮气模拟气池，操作员采集相应数据信息；第二步，光路切入模拟气池组的50％fs so2模拟气池，操作员采集相应数据；第三步，光路切入模拟气池组的50％fs no2模拟气池，操作员采集相应数据；第四步，光路切入模拟气池组的50％fs no模拟气池，操作员采集相应数据；第五步，生成标定信息数据。值得一提的是，针对单步模式，该校准装置设置有单步按钮，其与主控系统22相连，作为在单步模式下控制系统进一步运作的指令输入确认装置。
39.在本发明的实施例中，对于各主要部件，主控系统22控制舵机组21进行舵机切换，并与控制器10通信，而控制器10负责控制第二光源23、控制光谱分析模块11采集数据、执行doas算法处理和多点线性校准算法的处理。
40.在一实施方式中，紫外气体监测设备校准装置200还包括触摸屏，触摸屏与主控系统22连接，用于显示主控系统的相关信息以及进行人机交互。
41.具体地，触摸屏上包括操作区、故障指示区以及状态指示区，其中操作区包括“设
置键”、“开始键”、“终止键”，“设置键”用于设置自动模式或单步模式、设置标定模式或校准模式，“开始键”用于系统开始运行，“终止键”用于结束系统运行。例如，当通过设置键将主控系统22设置为自动模式和校准模式，按下开始键，系统开始工作后，主控系统22与紫外气体监测设备100的控制器10进行通信，主控系统22依次控制其进行零点光谱校准和各种浓度污染气体的自动实时数据采集。然后，通过将采集到的实时数据和模拟气池组内特定浓度值进行比对后发送到控制器10内进行多点线性校准。“故障指示区”用于指示系统故障或者紫外气体监测设备光学故障，例如当该区域显示为红色时，表明存在故障，当该区域显示为绿色时，表明系统正常运行。“状态指示区”用于指示系统运行状态，比如：50％fs so2信号采集中。
42.在一实施方式中，主控系统22为plc或树莓派或工控机，触摸屏为电阻式lcd屏或电容式lcd屏或led屏。
43.在一实施方式中，紫外气体监测设备校准装置200还包括系统电源模块，系统电源模块与主控系统22、触摸屏以及紫外气体监测设备100连接，以提供稳压电源。
44.对于紫外气体监测设备校准装置200的模拟气池组部分，请参考图2，图2为本发明一实施例提供的紫外气体监测设备校准装置的模拟气池组部分的具体结构图。如图2所示，模拟气池组包括多组模拟气池，每组模拟气池用于装载不同类型和浓度的标准气以及作为噪音扣除参比气体的氮气；舵机组与模拟气池组连接，包括与模拟气池组中各模拟气池对应的多组舵机，用于模拟气池组的光路的切入和切出。在一实施方式中，模拟气池组20中包括13组模拟气池，与之相对应，舵机组21中同样包括13组舵机。
45.具体地，紫外气体监测设备校准装置使用模拟气池组，不存在气体充气和放气操作，更不需要等待气池充满和进行气池吹扫清洗，所以完成单个紫外气体监测设备的标定和维护只需要约几分钟，如3分钟以内。而在现有技术完成一种气体采集需要5分钟左右，再加上校正过程中至少需要完成13组气体，所以完成单个紫外测气设备标定和校准时间超过一个小时。此外，在使用常规的动态配气仪或标准气体瓶校准时，往往因为更换气体瓶、瓶头减压阀等原因，需要两个人员参与，所以费时费人力。
46.因此，本实施例提供的紫外气体监测设备校准装置，可以实现高度自动化的配气，又能降低人工成本和购买样品气体的成本，同时又能避免对外排放任何造成二次污染的气体，实现高效、环保且精度高的校准作业。
47.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。