專(zhuān)利名稱(chēng)：一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置及標(biāo)定方法和測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用光學(xué)方法檢測(cè)臭氧產(chǎn)量的設(shè)備。特別是涉及一種可以同時(shí)檢 測(cè)臭氧發(fā)生器所產(chǎn)生的臭氧濃度和流量，進(jìn)而計(jì)算出實(shí)際臭氧產(chǎn)量的一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量 檢測(cè)裝置及標(biāo)定方法和測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
臭氧發(fā)生器被廣泛應(yīng)用于水處理，食品保鮮，殺菌消毒等領(lǐng)域。目前為了準(zhǔn)確控制 臭氧發(fā)生器的臭氧產(chǎn)量，一般需要檢測(cè)臭氧的濃度和流量，進(jìn)而計(jì)算出臭氧產(chǎn)量。為了檢測(cè) 臭氧的濃度和流量，目前需要分別采用兩類(lèi)不同的設(shè)備臭氧濃度計(jì)和氣體流量計(jì)。臭氧濃度檢測(cè)一般采用化學(xué)分析法(碘量法，硼酸碘化鉀吸光光度法，靛藍(lán)二黃 酸鈉分光光度法)和儀器分析法(乙烯發(fā)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(duì)2M納米波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)特征吸收的特性，依據(jù)朗伯-比爾 定律測(cè)量紫外線(xiàn)通過(guò)臭氧的光強(qiáng)變化來(lái)檢測(cè)臭氧濃度。氣體流量檢測(cè)一般采用壓差式，速度式或容積式流量計(jì)。壓差式流量計(jì)是根據(jù)安 裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差壓、已知的流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸來(lái)測(cè)量流 量的儀表，由一次裝置(檢測(cè)件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成。其測(cè)量 精度受流量檢測(cè)件的加工精度和安裝誤差影響加大，精確度難于提高，測(cè)量范圍度窄，長(zhǎng)期 使用精度難以保證。速度式流量計(jì)易受管道震動(dòng)影響，難于長(zhǎng)期保持校準(zhǔn)特性；流體物性對(duì) 流量特性影響較大。容積式流量計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，被測(cè)介質(zhì)種類(lèi)、口徑、介質(zhì)工作狀態(tài) 局限性較大，不適用于高、低溫場(chǎng)合，會(huì)產(chǎn)生噪聲及振動(dòng)。目前沒(méi)有一種設(shè)備可以同時(shí)測(cè)量臭氧的濃度和流量，因此需要多種儀器分別檢測(cè) 臭氧的濃度和氣體的流量，進(jìn)而計(jì)算出臭氧產(chǎn)量，方法過(guò)于繁瑣，操作不便，精度有待提高。馬赫-曾德干涉儀是根據(jù)振幅干涉原理研制的。有兩個(gè)分束器和兩個(gè)平面鏡。從 光源發(fā)出的光經(jīng)分分束器I的前表面分為兩束平行光，經(jīng)過(guò)平面鏡反射，到第二個(gè)分束器 后相遇產(chǎn)生干涉。一般來(lái)說(shuō)，兩個(gè)平面鏡是可調(diào)的，這種干涉儀的特點(diǎn)是兩光束分得很開(kāi)， 雖然制造工藝和調(diào)節(jié)方面比較困難，但用途很廣泛，特別在空氣動(dòng)力學(xué)中研究氣流的折射 率的變化很有價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能夠簡(jiǎn)化檢測(cè)設(shè)備，提高檢測(cè)精度，實(shí)現(xiàn) 同時(shí)檢測(cè)臭氧發(fā)生器所產(chǎn)生的臭氧濃度和流量，基于馬赫-曾德干涉儀的一體化光學(xué)臭氧 產(chǎn)量檢測(cè)裝置及標(biāo)定方法和測(cè)量方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置及標(biāo)定方法和測(cè) 量方法，一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置包括有設(shè)置在光學(xué)防震平臺(tái)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(guò)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(shè)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(zhuǎn)換為可處理的數(shù)字信號(hào)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接電荷耦合器 件的輸出端，用于處理接收到的數(shù)字信號(hào)；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(shè)置有固定體積的參比氣室，所述的參比氣室的內(nèi)部抽成真空或充 滿(mǎn)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(shè) 置有與臭氧發(fā)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(fā)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(zhǎng)的連續(xù) 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(zhǎng)軸方向的 前、后氣室壁上對(duì)應(yīng)設(shè)置有進(jìn)氣口和出氣口，樣品氣室的長(zhǎng)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(shè)置有透射紫外光的入射口和與之對(duì)應(yīng)的出射口，所述 的入射口上設(shè)置有光學(xué)玻璃，所述的出射口上設(shè)置有沿光軸方向移動(dòng)的窗體，該窗體上設(shè) 置有光學(xué)玻璃。所述的窗體與出射口處連接的部分設(shè)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(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置整體置于恒溫箱內(nèi)，或在構(gòu)成該一體化光學(xué)臭氧 產(chǎn)量檢測(cè)裝置的每一部件上均設(shè)置溫控裝置以保持溫度恒定。構(gòu)成該一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置的每一部件上均鍍有紫外增透薄膜，保證良 好的光學(xué)透射特性，將光學(xué)信號(hào)損失減至最低。一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置的濃度-光強(qiáng)曲線(xiàn)和位置-流速曲線(xiàn)的標(biāo)定方法， 包括如下步驟1)打開(kāi)恒溫裝置，穩(wěn)定一段時(shí)間，等待溫度升至預(yù)設(shè)溫度；2)打開(kāi)紫外激光器，穩(wěn)定到激光器輸出功率穩(wěn)定，微調(diào)第二反射鏡，直到第二反射 鏡與第一反射鏡平行，電荷耦合器件可以記錄到干涉條紋為止；3)電荷耦合器件自動(dòng)記錄一穩(wěn)定的干涉條紋圖樣，作為基準(zhǔn)圖樣，并將該基準(zhǔn)圖 樣的零級(jí)條紋的位置數(shù)據(jù)^傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；電荷耦合器件同時(shí)記錄下該基準(zhǔn)圖樣的 光強(qiáng)數(shù)據(jù)Ici,并將Itl傳送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述的光強(qiáng)Itl為基準(zhǔn)圖樣中的最大灰度值，所述 的基準(zhǔn)圖樣的干涉條紋是在沒(méi)有通入任何檢測(cè)氣體時(shí)產(chǎn)生的；4)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)收到電荷耦合器件傳來(lái)的&和Itl后，將它們分別記錄在位置數(shù) 據(jù)庫(kù)和光強(qiáng)數(shù)據(jù)庫(kù)中待用；5)采用外置的臭氧發(fā)生器生成一系列已知濃度為C1, C2……Cn的臭氧氣體標(biāo)準(zhǔn)樣品。6)分?jǐn)?shù)次將一系列已知不同濃度C1, C2……Cn的臭氧氣體標(biāo)準(zhǔn)樣品以恒定流速ν 通入一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置中的樣品氣室中；7)電荷耦合器件依次自動(dòng)記錄對(duì)應(yīng)已知不同濃度C1, C2……Cn的一系列光強(qiáng)不同 的干涉條紋圖樣，并將每個(gè)干涉條紋的光強(qiáng)數(shù)據(jù)I1,12……In依次傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；8)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將收到電荷耦合器件的光強(qiáng)數(shù)據(jù)I1,12……In依次存入到光強(qiáng)數(shù) 據(jù)庫(kù)中；
9)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)處理軟件會(huì)建立干涉條紋光強(qiáng)I1,12……In與臭氧氣 體標(biāo)準(zhǔn)樣品的濃度Cl，C2……Cn的關(guān)系曲線(xiàn)，該關(guān)系曲線(xiàn)橫坐標(biāo)為臭氧氣體標(biāo)準(zhǔn)樣品的濃 度，縱坐標(biāo)為干涉條紋光強(qiáng)，然后采用差值法得到平滑連續(xù)的濃度-光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，所述的 濃度-光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的原點(diǎn)坐標(biāo)為(0，I0)；10)將步驟5中產(chǎn)生的濃度為C1的臭氧標(biāo)準(zhǔn)樣品，分別依次以已知的流速Vl、 v2,……Vn通入到樣品氣室中；11)電荷耦合器件會(huì)依次記錄下濃度為C1的臭氧氣體，在V1、V2、……Vn流速產(chǎn)生 的干涉條紋BpB2、……Bn，并將所述條紋BpB2、……&ι零級(jí)條紋的位置信息Xl、x2……ι 傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；12)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)收到的干涉條紋的位置信息，通過(guò)比較基準(zhǔn)圖樣和臭氧氣 體干涉條紋Α、Β2、……的零級(jí)條紋位置，依次計(jì)算出&、Β2、……的零級(jí)條紋偏離基 準(zhǔn)圖樣中零級(jí)條紋的條紋間隔個(gè)數(shù)I X1Itl I、I X2Itl I……I Χη- I，將位于基準(zhǔn)圖樣左側(cè)的干 涉條紋的間隔個(gè)數(shù)記為負(fù)數(shù)，位于基準(zhǔn)圖樣右側(cè)的干涉條紋的間隔個(gè)數(shù)記為正數(shù)，并將該 位置數(shù)據(jù)依次記錄在位置數(shù)據(jù)庫(kù)中待用；13)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)位置數(shù)據(jù)庫(kù)中的位置數(shù)據(jù)和相應(yīng)的流速數(shù)據(jù)，采用差值法 建立橫坐標(biāo)為條紋間隔個(gè)數(shù)，縱坐標(biāo)為流速ν的平滑連續(xù)的位置-流速標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)圖，所述的 位置-流速曲線(xiàn)的原點(diǎn)；臭氧流速是通過(guò)公式臭氧流量=流速X樣品氣室的橫截面積來(lái)獲得。一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置的方法，包括如下步驟1)打開(kāi)恒溫裝置，等待溫度升至預(yù)設(shè)溫度；2)打開(kāi)紫外激光器，穩(wěn)定到激光器輸出功率穩(wěn)定，微調(diào)第二反射鏡，直到第二反射 鏡與第一反射鏡平行，電荷耦合器件可以記錄到干涉條紋為止；3)打開(kāi)待測(cè)臭氧發(fā)生器，使待測(cè)臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧勻速流過(guò)一體化光學(xué)臭氧 產(chǎn)量檢測(cè)裝置中的樣品氣室；4)電荷耦合器件自動(dòng)記錄步驟3中待測(cè)臭氧的干涉條紋圖樣，得到其零級(jí)條紋的 位置信息X、光強(qiáng)數(shù)據(jù)I，并將X和I傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中；5)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)步驟4中的待測(cè)臭氧的干涉條紋的位置信息X，通過(guò)其與基 準(zhǔn)圖樣零級(jí)條紋位置，計(jì)算得出待測(cè)臭氧零級(jí)條紋偏離基準(zhǔn)圖樣中零級(jí)條紋的條紋間隔個(gè) 數(shù)Ix-hl，并把位于基準(zhǔn)圖樣左側(cè)的干涉條紋間隔個(gè)數(shù)記為負(fù)數(shù)，位于右側(cè)的干涉條紋間 隔個(gè)數(shù)記為正數(shù)；6)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)步驟5中得到的光強(qiáng)數(shù)據(jù)，利用光強(qiáng)-濃度曲線(xiàn)查找得到光 強(qiáng)為I所對(duì)應(yīng)待測(cè)臭氧氣體的濃度；7)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)步驟4得到的間隔個(gè)數(shù)及位置，通過(guò)位置-流速曲線(xiàn)查找得 到間隔個(gè)數(shù)為Ix-XtJ所對(duì)應(yīng)待測(cè)臭氧氣體的流速，利用公式流量=流速χ樣品氣室橫截 面積，得到待測(cè)臭氧氣體的流量；8)通過(guò)公式臭氧的產(chǎn)量=臭氧的濃度X含有臭氧的待檢氣體的流量，計(jì)算得到臭氧產(chǎn)量。本發(fā)明的一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置及標(biāo)定方法和測(cè)量方法，通過(guò)檢測(cè)干涉條 紋的改變同時(shí)實(shí)現(xiàn)臭氧的濃度和流量的檢測(cè)，進(jìn)而一體化實(shí)現(xiàn)了臭氧產(chǎn)量的直接測(cè)量。代替分別的臭氧濃度計(jì)和氣體流量計(jì)，簡(jiǎn)化檢驗(yàn)設(shè)備，適合完成高精度測(cè)量t


圖1是本發(fā)明的--體化光學(xué)！I氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置的整體圖2是本發(fā)明的--體化光學(xué)！I氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置中的樣其中1 ；光源2 第一分束器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(shù)據(jù)處理系統(tǒng)10 進(jìn)氣口11 出氣口12 入射口13 出射口14 窗體
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置及標(biāo)定方法和 測(cè)量方法做出詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明的一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置，包括光學(xué)防震平臺(tái)，在光學(xué) 防震平臺(tái)上設(shè)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(guò)第一反射鏡5反射在樣品臂上；固定體積的參比氣室3，設(shè)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(nèi)部抽成真空或充滿(mǎn)折射 率已知的氣體或液體，參比氣室3的作用在于通過(guò)改變內(nèi)部折射率已知的氣體或液體，從 而增大光程差的調(diào)節(jié)范圍，便于實(shí)驗(yàn)；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(fā)生器相通，設(shè)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(fā)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(shè)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(zhuǎn)換 為可處理的數(shù)字信號(hào)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9連接電荷耦合器件8的輸出端，用于處理接收到的數(shù) 字信號(hào)；本發(fā)明所述的光電耦合器，又稱(chēng)之為(XD，采用的是德國(guó)EHD IMAGING GMBH生產(chǎn)的 型號(hào)為SC3401UV的光電耦合器，它的主要工作原理是1、感光元件負(fù)責(zé)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為模 擬電信號(hào)；2、數(shù)據(jù)接口卡負(fù)責(zé)將模擬電信號(hào)采樣并量化為適合計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)；3、 信號(hào)處理軟件負(fù)責(zé)將數(shù)字信號(hào)的幅值轉(zhuǎn)換為光干涉條紋的亮度的灰度信號(hào)，并識(shí)別和記錄 光干涉條文中零級(jí)條紋的位置。本發(fā)明所述的光源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(tái)改進(jìn)的馬赫-曾德干涉儀。構(gòu)成本發(fā) 明的一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置的每一部件上均鍍有紫外增透薄膜，保證良好的光學(xué)透 射特性，將光學(xué)信號(hào)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(zhǎng)的連8續(xù)或脈沖高相干性紫外激光器。本實(shí)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(zhǎng)軸方向的前、后氣室壁上對(duì)應(yīng)設(shè)置有進(jìn)氣口 10和出氣口 11，樣品氣室6的長(zhǎng)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(shè)置有透射紫外光的入射口 12 和與之對(duì)應(yīng)的出射口 13，所述的入射口 12上設(shè)置有光學(xué)玻璃，所述的出射口 13上設(shè)置有沿 光軸方向移動(dòng)的窗體14，該窗體14上設(shè)置有光學(xué)玻璃。所述的入射口 12和出射口 13是對(duì) 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(shè)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(jié)構(gòu)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(dòng)，而向樣品氣室6的內(nèi)側(cè)凹進(jìn)，或向樣品氣室6的外側(cè)凸出，從而改變樣品氣室的容 積。因此，當(dāng)氣體通過(guò)樣品氣室6時(shí)，窗體14產(chǎn)生延光軸方向的微小位移AL，從而表現(xiàn)為 干涉條紋位置的移動(dòng)。因此通過(guò)檢測(cè)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(xiàn)是表示氣體流速變化時(shí)產(chǎn)生位移的窗體14。在可變體積的樣品氣室6中，臭氧強(qiáng)烈吸收紫外激光器波長(zhǎng)的紫外光，導(dǎo)致通過(guò) 可變體積的樣品氣室6的這束紫外光強(qiáng)度降低。所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9為一臺(tái)裝有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的數(shù)據(jù) 處理軟件用于識(shí)別和檢測(cè)線(xiàn)陣或面陣電荷耦合器件記錄的干涉條紋，從而進(jìn)一步判斷出臭氧產(chǎn)量。該一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置整體置于恒溫箱內(nèi)，或在構(gòu)成該一體化光學(xué)臭氧 產(chǎn)量檢測(cè)裝置的每一部件上均設(shè)置溫控裝置以保持溫度恒定。本發(fā)明的一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置進(jìn)行臭氧濃度檢測(cè)和臭氧流量檢測(cè)的工 作原理是1.臭氧濃度檢測(cè)根據(jù)朗伯-比爾定律(Lambert-Beer Law)，當(dāng)一束平行單色光 垂直通過(guò)某一均勻非散射的吸光物質(zhì)時(shí)，與其吸光度A與吸光物質(zhì)的濃度c及吸收層厚度 b成正比。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為A = log(Iincidence/Itransmission) = log(l/T) = kbc, (1)其中T為透射比，為透射光強(qiáng)度Iteansmissim與入射光強(qiáng)度Iin。id·之比，k為比例系 數(shù)。在公式(1)中，對(duì)于臭氧來(lái)說(shuō)，其吸光度A可由物理化學(xué)手冊(cè)得知，吸收層厚度b—定 時(shí)，通過(guò)樣品氣室后的紫外光的光強(qiáng)Iteansmissi。n與臭氧的濃度c成正比例關(guān)系。根據(jù)光學(xué)干 涉基本公式，I = I1+I2+2^/7^cosΑΦ ’(2)其中，I，I1和I2分別為干涉條紋光強(qiáng)，通過(guò)樣品氣室之后的紫外光光強(qiáng)和通過(guò)參 比氣室之后的紫外光光強(qiáng)，Δ Φ為通過(guò)樣品氣室之后的紫外光和通過(guò)參比氣室之后的紫外 光之間的相位差。根據(jù)公式⑴和0)，_8] / =+(3) 其中I2tl為通過(guò)樣品氣室之前的紫外光光強(qiáng)。由公式(3)可知，干涉條紋光強(qiáng)I隨著通過(guò)樣品氣室后的紫外光光強(qiáng)I2變化，從而反應(yīng)出樣品氣室中的臭氧濃度c的變化，因 為該公式中的余量均為已知量，因此通過(guò)檢測(cè)臭氧氣體的干涉條紋的光強(qiáng)I可以得出臭氧 的濃度c ；2.臭氧流量檢測(cè)光學(xué)干涉原理表明，兩束相干光間光程差δ的任何變化會(huì)非常 靈敏地導(dǎo)致干涉條紋的移動(dòng)，而某一束相干光的光程差δ是由它所通過(guò)的幾何路程L或介 質(zhì)折射率η的變化引起的，所以通過(guò)干涉條紋的移動(dòng)變化可測(cè)量幾何長(zhǎng)度或折射率的微小 改變量，從而測(cè)得與此有關(guān)的其他物理量。測(cè)量精度決定于測(cè)量光程差的精度，干涉條紋每 移動(dòng)一個(gè)條紋間距，光程差就改變一個(gè)波長(zhǎng)( 10_7米)，所以干涉儀是以光波波長(zhǎng)為單位 測(cè)量光程差的，具有很高的測(cè)量精度。根據(jù)光學(xué)干涉基本公式O)，其中△ Φ為兩束相干光 的相位差。其與光程差S的關(guān)系可以表示為，
權(quán)利要求
1.一種一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置，包括有設(shè)置在光學(xué)防震平臺(tái)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(guò)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(shè)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(zhuǎn)換為可處理 的數(shù)字信號(hào)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(9)連接電荷耦合器件(8)的輸出端，用于處理接收到的數(shù)字信 號(hào)；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(shè)置有 固定體積的參比氣室(3)，所述的參比氣室(3)的內(nèi)部抽成真空或充滿(mǎn)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(shè)置有與臭氧 發(fā)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(fā)生改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)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(zhǎng)的連續(xù)或脈沖高相干性紫外 激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)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(jù)權(quán)利要求1所述的一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)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(zhǎng)軸方向的前、后氣室壁上對(duì)應(yīng) 設(shè)置有進(jìn)氣口(10)和出氣口(11)，樣品氣室(6)的長(zhǎng)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(shè)置有透射紫外光的入射口(1 和與之對(duì)應(yīng)的出射口 (13)，所述的入射口(1 上設(shè)置有光學(xué)玻璃，所述的出射口(1 上設(shè)置有沿光軸方向移動(dòng) 的窗體(14)，該窗體(14)上設(shè)置有光學(xué)玻璃。
5.如權(quán)利要求4所述的一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)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(shè)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(jù)權(quán)利要求1所述的一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置，其特征在于，該一體化光學(xué) 臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置整體置于恒溫箱內(nèi)，或在構(gòu)成該一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置的每一部 件上均設(shè)置溫控裝置以保持溫度恒定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置，其特征在于，構(gòu)成該一體化 光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置的每一部件上均鍍有紫外增透薄膜，保證良好的光學(xué)透射特性，將 光學(xué)信號(hào)損失減至最低。
8.—種權(quán)利要求1所述的一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置的濃度-光強(qiáng)曲線(xiàn)和位置-流 速曲線(xiàn)的標(biāo)定方法，其特征在于，包括如下步驟1)打開(kāi)恒溫裝置，穩(wěn)定一段時(shí)間，等待溫度升至預(yù)設(shè)溫度；2)打開(kāi)紫外激光器，穩(wěn)定到激光器輸出功率穩(wěn)定，微調(diào)第二反射鏡，直到第二反射鏡與 第一反射鏡平行，電荷耦合器件可以記錄到干涉條紋為止；3)電荷耦合器件自動(dòng)記錄一穩(wěn)定的干涉條紋圖樣，作為基準(zhǔn)圖樣，并將該基準(zhǔn)圖樣的 零級(jí)條紋的位置數(shù)據(jù)^傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；電荷耦合器件同時(shí)記錄下該基準(zhǔn)圖樣的光強(qiáng) 數(shù)據(jù)Ici,并將I。傳送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述的光強(qiáng)Itl為基準(zhǔn)圖樣中的最大灰度值，所述的基 準(zhǔn)圖樣的干涉條紋是在沒(méi)有通入任何檢測(cè)氣體時(shí)產(chǎn)生的；4)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)收到電荷耦合器件傳來(lái)的^和Itl后，將它們分別記錄在位置數(shù)據(jù)庫(kù) 和光強(qiáng)數(shù)據(jù)庫(kù)中待用；5)采用外置的臭氧發(fā)生器生成一系列已知濃度為Cl，C2……Cn的臭氧氣體標(biāo)準(zhǔn)樣品；6)分?jǐn)?shù)次將一系列已知不同濃度Cl，C2……Cn的臭氧氣體標(biāo)準(zhǔn)樣品以恒定流速ν通入 一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置中的樣品氣室(6)中；7)電荷耦合器件依次自動(dòng)記錄對(duì)應(yīng)已知不同濃度Cl，C2……Cn的一系列光強(qiáng)不同的干 涉條紋圖樣，并將每個(gè)干涉條紋的光強(qiáng)數(shù)據(jù)I1, I2……In依次傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；8)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將收到電荷耦合器件的光強(qiáng)數(shù)據(jù)11;12……In依次存入到光強(qiáng)數(shù)據(jù)庫(kù)中；9)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)處理軟件會(huì)建立干涉條紋光強(qiáng)I1,I2……In與臭氧氣體 標(biāo)準(zhǔn)樣品的濃度Cl，C2……Cn的關(guān)系曲線(xiàn)，該關(guān)系曲線(xiàn)橫坐標(biāo)為臭氧氣體標(biāo)準(zhǔn)樣品的濃度， 縱坐標(biāo)為干涉條紋光強(qiáng)，然后采用差值法得到平滑連續(xù)的濃度-光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，所述的濃 度-光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的原點(diǎn)坐標(biāo)為(Odtl)；10)將步驟5中產(chǎn)生的濃度為C1的臭氧標(biāo)準(zhǔn)樣品，分別依次以已知的流速vi、v2、…… Vn通入到樣品氣室(6)中；11)電荷耦合器件會(huì)依次記錄下濃度為C1的臭氧氣體，在vi、v2、……Vn流速產(chǎn)生的干 涉條紋&、&、……Bn，并將所述條紋Bp化、……零級(jí)條紋的位置信息Xl、&……Xn傳 送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；12)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)收到的干涉條紋的位置信息，通過(guò)比較基準(zhǔn)圖樣和臭氧氣體干 涉條紋&、Β2、……Bn的零級(jí)條紋位置，依次計(jì)算出BpB2、……Bn的零級(jí)條紋偏離基準(zhǔn)圖 樣中零級(jí)條紋的條紋間隔個(gè)數(shù)Ix1ItlI、1 - !……I I，將位于基準(zhǔn)圖樣左側(cè)的干涉條 紋的間隔個(gè)數(shù)記為負(fù)數(shù)，位于基準(zhǔn)圖樣右側(cè)的干涉條紋的間隔個(gè)數(shù)記為正數(shù)，并將該位置 數(shù)據(jù)依次記錄在位置數(shù)據(jù)庫(kù)中待用；13)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)位置數(shù)據(jù)庫(kù)中的位置數(shù)據(jù)和相應(yīng)的流速數(shù)據(jù)，采用差值法建立 橫坐標(biāo)為條紋間隔個(gè)數(shù)，縱坐標(biāo)為流速ν的平滑連續(xù)的位置-流速標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)圖，所述的位 置-流速曲線(xiàn)的原點(diǎn)(X0jO)o
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的所述的一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置的濃度-光強(qiáng)曲線(xiàn)和流 速-位置曲線(xiàn)圖的標(biāo)定方法，其特征在于，臭氧流速是通過(guò)公式臭氧流量=流速X樣品 氣室的橫截面積來(lái)獲得。
10.一種用于權(quán)利要求1所述的一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置的方法，其特征在于，包 括如下步驟1)打開(kāi)恒溫裝置，等待溫度升至預(yù)設(shè)溫度；2)打開(kāi)紫外激光器，穩(wěn)定到激光器輸出功率穩(wěn)定，微調(diào)第二反射鏡，直到第二反射鏡與 第一反射鏡平行，電荷耦合器件可以記錄到干涉條紋為止；3)打開(kāi)待測(cè)臭氧發(fā)生器，使待測(cè)臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧勻速流過(guò)一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量 檢測(cè)裝置中的樣品氣室；4)電荷耦合器件自動(dòng)記錄步驟3中待測(cè)臭氧的干涉條紋圖樣，得到其零級(jí)條紋的位置 信息X、光強(qiáng)數(shù)據(jù)I，并將X和I傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中；5)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)步驟4中的待測(cè)臭氧的干涉條紋的位置信息X，通過(guò)其與基準(zhǔn)圖樣零級(jí)條紋位置，計(jì)算得出待測(cè)臭氧零級(jí)條紋偏離基準(zhǔn)圖樣中零級(jí)條紋的條紋間隔個(gè)數(shù) IXicJ，并把位于基準(zhǔn)圖樣左側(cè)的干涉條紋間隔個(gè)數(shù)記為負(fù)數(shù)，位于右側(cè)的干涉條紋間隔 個(gè)數(shù)記為正數(shù)；6)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)步驟5中得到的光強(qiáng)數(shù)據(jù)，利用光強(qiáng)-濃度曲線(xiàn)查找得到光強(qiáng)為 I所對(duì)應(yīng)待測(cè)臭氧氣體的濃度；7)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)步驟4得到的間隔個(gè)數(shù)及位置，通過(guò)位置-流速曲線(xiàn)查找得到間 隔個(gè)數(shù)為Ix-XtJ所對(duì)應(yīng)待測(cè)臭氧氣體的流速，利用公式流量=流速X樣品氣室橫截面積， 得到待測(cè)臭氧氣體的流量；8)通過(guò)公式臭氧的產(chǎn)量=臭氧的濃度X含有臭氧的待檢氣體的流量，計(jì)算得到臭氧 產(chǎn)量。
全文摘要
一種一體化光學(xué)臭氧產(chǎn)量檢測(cè)裝置及標(biāo)定方法和測(cè)量方法，其中的檢測(cè)裝置有設(shè)置在光學(xué)防震平臺(tái)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(guò)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(shè)置在第二分束器的輸出光路上；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接電荷耦合器件的輸出端，用于處理接收到的數(shù)字信號(hào)；在第一分束器與第二反射鏡之間的參考臂的光路上設(shè)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(shè)置有與臭氧發(fā)生器相通的樣品氣室，樣品氣室的體積隨氣體流速發(fā)生改變。本發(fā)明一體化實(shí)現(xiàn)了臭氧產(chǎn)量的直接測(cè)量。代替分別的臭氧濃度計(jì)和氣體流量計(jì)，簡(jiǎn)化檢驗(yàn)設(shè)備，適合完成高精度測(cè)量。
文檔編號(hào)G01F1/66GK102042971SQ20101051138
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者孔文銀, 崔旭, 徐英舜, 高彤 申請(qǐng)人:天津天獅生命源有限公司, 天津天獅生物發(fā)展有限公司, 天獅集團(tuán)有限公司