[實(shí)用新型]光散射法粉塵濃度測量儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320382211.7
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN203299118U
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于春雨;高雙;鮑龍;郭曉燕;李朝霞
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/49
• 分類號(hào): G01N21/49
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種粉塵濃度測量儀。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)的發(fā)展，機(jī)械化生產(chǎn)越來越普遍，煤礦產(chǎn)業(yè)在提高了煤礦開采產(chǎn)量的同時(shí)，也帶來了一定的環(huán)境問題。當(dāng)?shù)V井作業(yè)時(shí)，空氣中粉塵含量增多，從而給作業(yè)人員的健康和煤礦的安全生產(chǎn)帶來了極大危害。因此，對作業(yè)場所空氣中的粉塵進(jìn)行防治和監(jiān)測已經(jīng)是各個(gè)礦山首要的任務(wù)。目前國內(nèi)外在線監(jiān)測粉塵濃度的方法有很多種，主要有電容法、光吸收法、β射線法、摩擦電法等，技術(shù)成熟，但儀器價(jià)格高。而超聲波法、微波法還處于試驗(yàn)研究階段，還未能形成實(shí)體產(chǎn)品。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型是為了解決現(xiàn)有的粉塵濃度測試儀的測量精度低、儀器復(fù)雜的問題，從而提供一種光散射法粉塵濃度測量儀。

光散射法粉塵濃度測量儀，它包括光學(xué)單元1、激光器電源電路2、CPU控制單元3和顯示電路4；

光學(xué)單元1包括光學(xué)元件11、紅外激光器12和光電轉(zhuǎn)換器13；所述紅外激光器12產(chǎn)生的激光信號(hào)入射至光學(xué)元件11，經(jīng)光學(xué)元件11轉(zhuǎn)換后發(fā)射至光電轉(zhuǎn)換器13，CPU控制單元3的轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端與光電轉(zhuǎn)換器13的轉(zhuǎn)換信號(hào)輸出端連接；所述激光器電源電路2的電源信號(hào)輸出端與紅外激光器12的電源信號(hào)輸入端連接；所述激光器電源電路2的控制信號(hào)輸入端與CPU控制單元3的控制信號(hào)輸出端連接；顯示電路4的顯示信號(hào)輸入端與CPU控制單元3的顯示信號(hào)輸出端連接。

它還包括濃度超標(biāo)報(bào)警電路5，所述濃度超標(biāo)報(bào)警電路5的報(bào)警信號(hào)輸入端與CPU控制單元3的報(bào)警信號(hào)輸出端連接。

光學(xué)元件11是光電轉(zhuǎn)換器。

本實(shí)用新型是一種光散射理論的粉塵濃度測量裝置，測量精度高，且本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡單，成本得以大幅度降低。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是具體實(shí)施方式三中被測樣品的光吸收示意圖；

圖3是具體實(shí)施方式三中球型粉塵顆粒Mie散射示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一、結(jié)合圖1說明本具體實(shí)施方式，光散射法粉塵濃度測量儀，它包括光學(xué)單元1、激光器電源電路2、CPU控制單元3和顯示電路4；

光學(xué)單元1包括光學(xué)元件11、紅外激光器12和光電轉(zhuǎn)換器13；所述紅外激光器12產(chǎn)生的激光信號(hào)入射至光學(xué)元件11，經(jīng)光學(xué)元件11轉(zhuǎn)換后發(fā)射至光電轉(zhuǎn)換器13，CPU控制單元3的轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端與光電轉(zhuǎn)換器13的轉(zhuǎn)換信號(hào)輸出端連接；所述激光器電源電路2的電源信號(hào)輸出端與紅外激光器12的電源信號(hào)輸入端連接；所述激光器電源電路2的控制信號(hào)輸入端與CPU控制單元3的控制信號(hào)輸出端連接；顯示電路4的顯示信號(hào)輸入端與CPU控制單元3的顯示信號(hào)輸出端連接。

具體實(shí)施方式二、本具體實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述的光散射法粉塵濃度測量儀的區(qū)別在于，它還包括濃度超標(biāo)報(bào)警電路5，所述濃度超標(biāo)報(bào)警電路5的報(bào)警信號(hào)輸入端與CPU控制單元3的報(bào)警信號(hào)輸出端連接。

具體實(shí)施方式三、本具體實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二所述的光散射法粉塵濃度測量儀的區(qū)別在于，光學(xué)元件11是光電轉(zhuǎn)換器。

本實(shí)用新型提出了一種有效的粉塵濃度測量方法：應(yīng)用激光的散透比原理(所謂散透比原理指的就是在光的透射方向上的透射光的光強(qiáng)和與其垂直方向上的散射光的光強(qiáng)的比值)，對測量信號(hào)進(jìn)行測量與分析，并建立數(shù)學(xué)模型。在這個(gè)測量系統(tǒng)中，光學(xué)部分由紅外激光器，光學(xué)元件及光電轉(zhuǎn)換器三部分組成，當(dāng)有紅外光由紅外激光器發(fā)出時(shí)，光學(xué)元件接收紅外光，再由光電轉(zhuǎn)換器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。粉塵濃度探測器的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示：

系統(tǒng)工作原理如下：中央控制單元供電后，給激光器電源電路提供脈沖，激光電源電路控制紅外激光器輸出，當(dāng)紅外激光器發(fā)出紅外激光時(shí)，由兩個(gè)光學(xué)元件(兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換器的位置：一個(gè)正對紅外激光器放置，一個(gè)垂直紅外激光器放置)接收，由光電轉(zhuǎn)換器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理電路后送入CPU控制單元進(jìn)行信號(hào)分析，由MSP430系列單片機(jī)編程控制輸出測量濃度值，當(dāng)濃度超標(biāo)時(shí)，由報(bào)警器輸出報(bào)警信號(hào)。在設(shè)計(jì)中，傳感器及激光器的選型都是重要的。而本設(shè)計(jì)最終選擇紅外激光器的作用是避免了自然光的干擾，直接發(fā)出紅外光，由紅外接收裝置接收紅外光，使測量精確度有所提高。在整個(gè)測量系統(tǒng)中，應(yīng)用光學(xué)散透比理論優(yōu)于單一的光散射理論和單一的光透射理論，減少了測量誤差。

粉塵濃度測量的理論分析與建模：

1、理論分析

1.1光散射原理測量粉塵濃度的可行性分析