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CN202149879U - 多组分油烟浓度定量分析装置 - Google Patents

多组分油烟浓度定量分析装置 Download PDF

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CN202149879U
CN202149879U CN201120240135.7U CN201120240135U CN202149879U CN 202149879 U CN202149879 U CN 202149879U CN 201120240135 U CN201120240135 U CN 201120240135U CN 202149879 U CN202149879 U CN 202149879U
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China
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秦华标
吕善翔
李雪梅
王兆山
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South China University of Technology SCUT
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South China University of Technology SCUT
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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Abstract

本实用新型涉及一种多组分油烟浓度定量分析装置，分析装置包括信号处理电路、气管壳体、油烟进气口、油烟出气口、第一石英玻璃片、第二石英玻璃片、热释电探测器和四个红外光源；所述四个红外光源并列安装在气管壳体的一端，所述热释电探测器安装在气管壳体的另一端，热释电探测器的四个探测通道分别安装不同波长的滤光片，每个红外光源各自正对热释电探测器的一个探测通道；热释电探测器的输出端与信号处理电路连接，通过所述装置得到气测通道与参考通道的比值F，根据热释电探测器特性和朗伯比尔定律，分别代入拟合公式，即可获得对应波数处的物质浓度。本实用新型具有实时、定量、高灵敏度的优点。

Description

多组分油烟浓度定量分析装置
技术领域
本实用新型涉及一种油烟浓度的分析装置和方法，确切的说是一种多组分油烟浓度定量分析装置及其分析方法。
背景技术
 随着社会经济的快速发展，第三产业也蓬勃兴起。由于餐饮业规划建设与管理严重滞后，其产生的油烟污染严重影响了周围居民正常的生活，因此餐饮业的油烟污染扰民问题就成为近年来环境信访群众投诉最多的环境问题之一。油烟所排放的大气污染物主要为气溶胶，其中含有食用油及食品在高温下的挥发物，以及食用油及食品的氧化、裂解、水解而形成的醛类、酮类、链烷类和链烯类、多环芳烃等产物，成分极为复杂，对人体有很大的危害性。
油烟检测是一项复杂的工作，而目前国内外市场上用于油烟检测的设备和方法很多，例如（1）传统红外分光光度法，通过对油烟进行采样、萃取、测量、计算，得出油烟浓度，其能准确对油烟浓度进行检测计算，但所需的采样时间和得出数据时间周期长。（2）检气管法，使用催化剂使油烟气与浓硫酸发生分解反应，通过目测深色反应物的深浅判别油烟浓度，该方法快速简便，成本低廉，但无法实时监测油烟浓度；（3）基于气体传感器的油烟远程无线监测系统，能实时检测油烟浓度，但探测器易被油烟覆盖而导致使用寿命短，而且经过金属滤网过滤之后的油烟与标准油烟差异较大。综上所述，现有的检测技术均存在实时性差，寿命短，精度低等问题。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种与现有技术不同，实时性好，寿命长，精度高的多组分油烟浓度定量分析装置及其分析方法。本实用新型所采用的技术方案如下。
多组分油烟浓度定量分析装置，包括信号处理电路、气管壳体、油烟进气口、油烟出气口、第一石英玻璃片、第二石英玻璃片、热释电探测器和四个红外光源；所述四个红外光源并列安装在气管壳体的一端，所述热释电探测器安装在气管壳体的另一端，热释电探测器的四个探测通道分别安装不同波长的滤光片，每个红外光源各自正对热释电探测器的一个探测通道；在气管壳体中的一侧设有将红外光源与油烟隔离开的所述第一石英玻璃片，另一侧设有将热释电探测器与油烟隔离开的第二石英玻璃片；油烟进气口位于气管壳体的右上方，油烟出气口位于气管壳体的左下方，且油烟进气口和油烟出气口位于第一石英玻璃片和第二石英玻璃片之间；每个红外光源均位于一个凹面聚光镜中；热释电探测器的输出端与信号处理电路连接，所述信号处理电路用于对信号进行滤波、放大、AD转换并使用单片机进行处理显示。
上述的多组分油烟浓度定量分析装置中，所述信号处理电路包括顺次连接的滤波电路、放大电路、AD转换器和单片机。
上述的多组分油烟浓度定量分析装置中，所述热释电探测器具有如下特性：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式中Vgas和Vref为探测器气测通道和参考通道的输出电压；I为入射光强；Rgas和Rref分别为气测通道和参考通道的响应度；Cgas和Cref分别为气测通道和参考通道的特性常数；K为气体的吸收系数；L为检气管的长度；C为待测气体浓度。
上述的多组分油烟浓度定量分析装置中，所述的热释电探测器的参考通道使用4.0μm滤光片，三个气测通道使用对应波数为2930cm-1、2960cm-1、3030cm-1的滤光片，对应油烟中三种重要的基团：CH2基团，CH3基团，芳香环基团。
上述的分析装置的分析方法，具体步骤为：
（1）在油烟浓度为0%时，测得对应气测通道数据Vgas0和参考通道Vref0，得到K0= Vgas0 /Vref0。
（2）使用姥鲛烷、正十六烷、甲苯配置不同浓度的标准油烟，保持正十六烷、甲苯浓度不变，改变姥鲛烷的浓度，测得波数为2930cm-1的气测通道数据Vgas和参考通道Vref，计算其比值F= Vgas /Vref。
（3）作出姥鲛烷浓度C和测得比值F关系图，并进行曲线拟合，得到拟合公式，C= W1*F5+ W2*F4+ W3*F3+ W4*F2+ W5*F，式中W1，W2，W3，W4，W5分别为计算得出的拟合系数，C为所要测量的物质浓度，F为参考通道电压与对应气测通道电压的比值。
（4）同理建立正十六烷、甲苯和对应比值F之间的关系图和拟合公式。
上述的多组分油烟浓度定量分析装置及其分析方法，其特征在于所述每个红外光源和热释电探测器对应气体通道的中心光轴位于同一轴线上，从而保证每个探测器接收通道获得相同的发射光强，提高了检测的灵敏性。
上述的多组分油烟浓度定量分析装置，所述红外光源波长范围在2μm到5μm之间，并放在一个凹面聚光镜中，加强了光源发射光强，提高检测的灵敏度。
上述的多组分油烟浓度定量分析装置，所述的石英玻璃晶片将红外光源和热释电探测器与油烟通道隔离开，从而防止器件被油烟覆盖，提高使用寿命。
本实用新型的有益效果是：利用油烟红外吸收光谱和热释电探测器的特性直接检测油烟中多组分的浓度，实现快速、实时、准确、安全地探测油烟浓度，使本实用新型方法在环境保护方面发挥重要作用。同时，本实用新型为油烟浓度检测提供了一种实时、定量、高灵敏度的手段。
附图说明
图1为本实用新型中专用油烟检测的检气管示意图。图中：1. 气管壳体，2. 油烟进气口，3. 油烟出气口，4. 第一石英玻璃片，5. 第二石英玻璃片，6. 凹面聚光镜，7. 红外光源，8. 热释电探测器，9. 滤光片，10. 信号处理电路，11. 热释电探测器输出管脚。
图2为多组分油烟浓度定量分析方法的实施步骤流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施作进一步说明，但本实用新型的实施和保护范围不限于此。
如附图1所示，一种多组分油烟浓度定量分析检测装置，包括气管壳体1，油烟进气口2，油烟出气口3，第一石英玻璃片4，第二石英玻璃片5，凹面聚光镜6，红外光源7，热释电探测器8，滤光片9，信号处理电路10和热释电探测器输出管脚11。
四个红外光源7并列安装在气管壳体1的一端，热释电探测器8安装在气管壳体1的另一端，热释电探测器8的四个探测通道分别安装不同波长的滤光片9，每个红外光源7各自正对热释电探测器8的一个探测通道；在气管壳体1中的一侧设有将红外光源7与油烟隔离开的所述第一石英玻璃片4，另一侧设有将热释电探测器8与油烟隔离开的第二石英玻璃片5，从而防止器件被油烟所覆盖，提高使用寿命；油烟进气口2位于气管壳体1的右上方，油烟出气口3位于气管壳体1的左下方，且油烟进气口2和油烟出气口3位于第一石英玻璃片4和第二石英玻璃片5之间；每个红外光源7均位于一个凹面聚光镜6中，加强了光源发射光强，提高检测的灵敏度；热释电探测器的输出端管脚11与信号处理电路10连接。
热释电探测器8可以通过厂家订做获得，从原有的两个探测通道根据需要增加到4个探测通道。
下面以波数2930cm-1对应的姥鲛烷浓度检测为例，步骤如下：
（1）在恒温25oC，标准大气压下，油烟浓度为0%时，测得滤光片波数为2930cm-1的气测通道数据Vgas0和参考通道Vref0，得到K0= Vgas0 /Vref0。
（2）使用姥鲛烷、正十六烷、甲苯配置不同浓度的标准油烟，保持正十六烷、甲苯浓度不变，改变姥鲛烷的浓度，测得波数为2930cm-1的气测通道数据Vgas和参考通道Vref，计算其比值F= Vgas /Vref。
（3）作出姥鲛烷的浓度C和对应比值F的关系图。
（4）根据朗伯-比尔定律以及探测器的特性，输出电压信号 V gas ，V ref  与入射光强 I 符合以下关系：
Figure 2011202401357100002DEST_PATH_IMAGE002
       
Figure 992045DEST_PATH_IMAGE003
                        
定义，可得：
Figure 443142DEST_PATH_IMAGE005
            
式中Vgas和Vref为探测器气测通道和参考通道的输出电压；I为入射光强；Rgas和Rref分别为气测通道和参考通道的响应度；Cgas和Cref分别为气测通道和参考通道的滤光片常数；K为气体的吸收系数；L为检气管的长度；C为待测气体浓度。
可见，F 与浓度 C 在理论上符合指数关系，利用matlab中的polyfit函数拟合出F与C的多项式公式：
C= W1*F5+ W2*F4+ W3*F3+ W4*F2+ W5*F，
式中W1，W2，W3，W4，W5分别为计算得出的拟合系数，C为所要测量的物质浓度，F为参考通道电压与对应气测通道电压的比值。即可计算出对应波数物质浓度。
（5）同理，计算其他波数的物质成分也可使用该方法，将滤光片中心波长进行更换，重复（1）（2）（3）（4）的步骤，即可得出对应波长的物质浓度，从而实现油烟多成分定量分析。

Claims (6)

1.多组分油烟浓度定量分析装置，其特征在于包括信号处理电路、气管壳体、油烟进气口、油烟出气口、第一石英玻璃片、第二石英玻璃片、热释电探测器和四个红外光源；所述四个红外光源并列安装在气管壳体的一端，所述热释电探测器安装在气管壳体的另一端，热释电探测器的四个探测通道分别安装不同波长的滤光片，每个红外光源各自正对热释电探测器的一个探测通道；在气管壳体中的一侧设有将红外光源与油烟隔离开的所述第一石英玻璃片，另一侧设有将热释电探测器与油烟隔离开的第二石英玻璃片；油烟进气口位于气管壳体的右上方，油烟出气口位于气管壳体的左下方，且油烟进气口和油烟出气口位于第一石英玻璃片和第二石英玻璃片之间；每个红外光源均位于一个凹面聚光镜中；热释电探测器的输出端与信号处理电路连接。
2.根据权利要求1所述多组分油烟浓度定量分析装置，其特征在于所述信号处理电路包括顺次连接的滤波电路、放大电路、AD转换器和单片机。
3.根据权利要求1所述多组分油烟浓度定量分析装置，其特征在于所述热释电探测器具有如下特性：
Figure 685452DEST_PATH_IMAGE002
式中Vgas和Vref为探测器气测通道和参考通道的输出电压；I为入射光强；Rgas和Rref分别为气测通道和参考通道的响应度；Cgas和Cref分别为气测通道和参考通道的滤光片常数；K为气体的吸收系数；L为检气管的长度；C为待测气体浓度。
4.根据权利要求1或3所述多组分油烟浓度定量分析装置，其特征在于所述的热释电探测器的参考通道使用4.0μm滤光片，三个气测通道使用对应波数为2930cm-1、2960cm-1、3030cm-1的滤光片。
5.根据权利要求1所述多组分油烟浓度定量分析装置，其特征在于所述每个红外光源和热释电探测器对应气体通道的中心光轴位于同一轴线上。
6.根据权利要求1~5任一项所述多组分油烟浓度定量分析装置，其特征在于所述红外光源波长范围为2μm~5μm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102288574A (zh) * 2011-07-08 2011-12-21 华南理工大学 多组分油烟浓度定量分析装置及其分析方法
CN103983601A (zh) * 2014-06-04 2014-08-13 江南大学 一种红外光纤油烟浓度传感器
CN116202966A (zh) * 2023-04-07 2023-06-02 安徽大学 一种光谱吸收式气体检测装置及方法

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