一種便攜式臭氧濃度在線監測裝置及監測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及氣體監測技術領域，特別是一種用于對汽車、燃料、石化等臭氧污染源 進行濃度在線監測的裝置。
【背景技術】
[0002] 日常生活中，常常看到空氣略帶淺棕色，又有一股辛辣刺激的氣味，這就是通常所 稱的光化學煙霧。臭氧是光化學煙霧的主要成分，是由大氣中的氮氧化物和揮發性有機物 經光化學反應形成的，大氣中的氮氧化物和揮發性有機物則主要來源于機動車尾氣和化工 生產等。臭氧是一把雙刃劍，濃度低時有殺菌作用，但濃度只要到〇. 43mg/m3以上，就會對 人體健康產生危害，主要體現在：強烈刺激呼吸道、造成肺功能改變、呼吸機能降低、引起氣 道反應、氣道炎癥增加、哮喘加重等。
[0003] 2013年1月1日起，細顆粒物（PM2. 5)、臭氧（O3)和一氧化碳（CO)三項污染物， 同時被納入北京市空氣質量監測項目。而按照新國標，臭氧8小時平均濃度在160mg/m 3以 下，空氣質量為優，160~200mg/m3為良好，超過200mg/m3貝丨」造成污染。因此對臭氧濃度進 行實時在線監測是控制環境質量便顯得尤為重要。
[0004] 目前，市面上對于臭氧濃度的監測主要有以下幾種方式：一是采用氣敏傳感器，但 由于臭氧具有強氧化性，長期使用會降低氣敏傳感器的靈敏度甚至造成氧化性損壞而不能 運行。二是采用紫外光吸收法對臭氧濃度進行監測，紫外光吸收法是以Be er-Lambert定律 為基礎，利用臭氧在波長為253. 7nm處具有最大的吸收值來對其濃度進行的監測，其優點 是可以進行非接觸式監測，避免因為化學反應而降低監測的準確度，且測量周期短，不會受 到強氧化的影響，因此可適用于在線監測。三是采用差分吸收光譜（DOAS)法，差分吸收光 譜（DOAS)法可以對多組分氣體進行監測，排出除臭氧外其他氣體、比如二氧化氮的干擾， 并能得到比直接測量法相對準確的臭氧濃度。
[0005] 盡管目前臭氧的監測方法很多，但大多存在測量不準確、測量裝置結構復雜，不方 便攜帶的問題，尤其是不適用于變電站的臭氧濃度在線監測。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于克服現有技術之弊端，提供一種便攜式臭氧濃度在線監測裝 置，它具有集成度高、操作方便、易于攜帶的特點，不僅能夠適用于變電站環境中臭氧濃度 的監測，而且還能夠間接判斷帶電設備的運行狀態。
[0007] 為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案如下。
[0008] 一種便攜式臭氧濃度在線監測裝置，包括殼體，所述殼體內設置有用于抽取被監 測氣體的抽氣系統、用于對被監測氣體進行過濾的過濾系統、用于采用被監測氣體吸收測 試光的氣體吸收池以及用于對測試光進行數據處理的數據處理系統；所述殼體的面板上設 置有用于顯示測試結果的數據顯示模塊以及啟動裝置的啟動按鈕；所述過濾系統、抽氣系 統和氣體吸收池之間通過密閉的PTFE管連通，所述氣體吸收池和數據處理系統之間通過 光纖連接。
[0009] 上述便攜式臭氧濃度在線監測裝置，所述抽氣系統包括設置在殼體內的抽氣泵和 用于調節和控制氣體流速的調速盒，調速盒通過支撐架架設在面板下方，所述調速盒里設 置有用于控制抽氣泵工作狀態的電源開關、調速開關以及調速旋鈕；所述抽氣泵的進氣端 通過PTFE管與過濾系統連通，抽氣泵的出氣端通過PTFE管與氣體吸收池連通，抽氣泵的受 控端連接控制盒。
[0010] 上述便攜式臭氧濃度在線監測裝置，所述數據處理系統包括光纖光譜儀和控制模 塊，光纖光譜儀包括通過控制接口線連接的光纖光譜儀發射端與光纖光譜儀接收端，光纖 光譜儀發射端的輸出端經光纖連接氣體吸收池的進光口，氣體吸收池的出光口經光纖連接 光纖光譜儀接收端；所述光纖光譜儀接收端經USB接口線與控制模塊的輸入端連接，控制 模塊的DVIl端口與數據顯示模塊連接。
[0011] 上述便攜式臭氧濃度在線監測裝置，所述數據處理系統還包括移動硬盤，移動硬 盤通過SATA線與控制模塊連接。
[0012] 上述便攜式臭氧濃度在線監測裝置，所述數據顯示模塊包括液晶平板顯示器，液 晶平板顯示器通過DVI1端口與控制模塊連接。
[0013] 上述便攜式臭氧濃度在線監測裝置，所述過濾系統包括安裝在抽氣系統進氣端的 過濾網，所述過濾系統兩端分別通過PTFE管與抽氣泵進氣端和被監測氣體連通。
[0014] 一種臭氧濃度在線監測方法，監測按以下步驟進行：
[0015] A.通過抽氣泵將被監測氣體進行過濾后送入氣體吸收池；
[0016] B.光纖光譜儀發射端向氣體吸收池發射測試光，測試光在氣體吸收池被監測氣體 中臭氧吸收后通過光纖送入光纖光譜儀接收端；
[0017] C.光纖光譜儀接收端對被吸收后的測試光進行光譜信號測量，并將測量結果送入 控制模塊進行分析，獲得被監測氣體中臭氧的濃度。
[0018] 上述臭氧濃度在線監測方法，步驟C中光纖光譜儀接收端進行光譜信號測量的具 體方法為：被吸收后的測試光進入光纖光譜儀接收端后，經入射狹縫投射到準直物鏡上，將 發散光變成準平行光反射到光柵上，色散后經成像反射鏡將光譜呈在陣列探測器的接收面 上，形成光譜譜面；光譜譜面中任一個微小譜帶照射到相對應探測器的像元上后將光信號 轉換成電信號，電信號經模擬數字轉換、A/D放大后送入控制模塊。
[0019] 上述臭氧濃度在線監測方法，臭氧濃度C按如下公式獲得：
[0020]
【主權項】
1. 一種便攜式臭氧濃度在線監測裝置，其特征在于：包括殼體，所述殼體內設置有用 于抽取被監測氣體的抽氣系統、用于對被監測氣體進行過濾的過濾系統、用于采用被監測 氣體吸收測試光的氣體吸收池（3)以及用于對測試光進行數據處理的數據處理系統；所述 殼體的面板上設置有用于顯示測試結果的數據顯示模塊以及啟動裝置的啟動按鈕；所述過 濾系統、抽氣系統和氣體吸收池之間通過密閉的PTFE管連通，所述氣體吸收池和數據處理 系統之間通過光纖連接。
2. 根據權利要求1所述的便攜式臭氧濃度在線監測裝置，其特征在于：所述抽氣系統 包括設置在殼體內的抽氣泵（2)和用于調節和控制氣體流速的調速盒，調速盒通過支撐架 架設在面板下方，所述調速盒里設置有用于控制抽氣泵工作狀態的電源開關、調速開關以 及調速旋鈕；所述抽氣泵（2)的進氣端通過PTFE管與過濾系統連通，抽氣泵（2)的出氣端 通過PTFE管與氣體吸收池（3)連通，抽氣泵（2)的受控端連接控制盒。
3. 根據權利要求1所述的便攜式臭氧濃度在線監測裝置，其特征在于：所述數據處理 系統包括光纖光譜儀和控制模塊（4)，光纖光譜儀包括通過控制接口線連接的光纖光譜儀 發射端（10)與光纖光譜儀接收端（11)，光纖光譜儀發射端（10)的輸出端經光纖連接氣體 吸收池（3)的進光口，氣體吸收池（3)的出光口經光纖連接光纖光譜儀接收端（11);所述 光纖光譜儀接收端（11)經USB接口線與控制模塊（4)的輸入端連接，控制模塊（4)的DVIl 端口與數據顯示模塊（5)連接。
4. 根據權利要求3所述的便攜式臭氧濃度在線監測裝置，其特征在于：所述數據處理 系統還包括移動硬盤(6)，移動硬盤（6)通過SATA線與控制模塊（4)連接。
5. 根據權利要求1所述的便攜式臭氧濃度在線監測裝置，其特征在于：所述數據顯示 模塊（5)包括液晶平板顯示器，液晶平板顯示器通過DVIl端口與控制模塊（4)連接。
6. 根據權利要求1所述的便攜式臭氧濃度在線監測裝置，其特征在于：所述過濾系統 包括安裝在抽氣系統進氣端的過濾網（1)，所述過濾系統兩端分別通過PTFE管與抽氣泵進 氣端和被監測氣體連通。
7. -種臭氧濃度在線監測方法，其特征在于，監測按以下步驟進行： A. 通過抽氣泵將被監測氣體進行過濾后送入氣體吸收池； B. 光纖光譜儀發射端向氣體吸收池發射測試光，測試光在氣體吸收池被監測氣體中臭 氧吸收后通過光纖送入光纖光譜儀接收端； C. 光纖光譜儀接收端對被吸收后的測試光進行光譜信號測量，并將測量結果送入控制 模塊進行分析，獲得被監測氣體中臭氧的濃度。
8. 根據權利要求7所述的一種臭氧濃度在線監測方法，其特征在于，步驟C中光纖光譜 儀接收端進行光譜信號測量的具體方法為：被吸收后的測試光進入光纖光譜儀接收端后， 經入射狹縫投射到準直物鏡上，將發散光變成準平行光反射到光柵上，色散后經成像反射 鏡將光譜呈在陣列探測器的接收面上，形成光譜譜面；光譜譜面中任一個微小譜帶照射到 相對應探測器的像元上后將光信號轉換成電信號，電信號經模擬數字轉換、A/D放大后送入 控制模塊。
9. 根據權利要求7所述的一種臭氧濃度在線監測方法，其特征在于， 臭氧濃度C按如下公式獲得： c = RA^)'\Rg{^l\ 式中，C是氣體濃度；λ是氣體吸收波長；RA' (λ)是濾波后氣體某波長下的差分吸 光度，依次進行數值濾波和傅里葉變換所得；R σ '( λ )是濾波后氣體的差分吸收截面，依 次經過數值濾波和傅里葉變換所得；L是氣體吸收池有效光程。
【專利摘要】一種便攜式臭氧濃度在線監測裝置及方法，所述裝置包括殼體，殼體內設置有抽氣系統、過濾系統、氣體吸收池以及數據處理系統；殼體的面板上設置有數據顯示模塊以及啟動裝置的啟動按鈕；所述過濾系統、抽氣系統和氣體吸收池之間通過密閉的PTFE管連通，所述氣體吸收池和數據處理系統之間通過光纖連接。本發明具有結構簡單、高度集成、操作方便、測量精度高、測量速度快、實時在線監測的特點，不僅能夠適用于對變電站環境中臭氧濃度的監測，而且還能夠間接判斷變電站中帶電設備的運行狀態。
【IPC分類】G01N21-31
【公開號】CN104833640
【申請號】CN201510238931
【發明人】鄭海明, 姚鵬輝, 陳寨輝, 李長朝, 楊婧君
【申請人】華北電力大學（保定）
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年5月12日