[發(fā)明專利]一種基于調(diào)制散射光強(qiáng)的顆粒物濃度測(cè)量裝置及其測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810328549.1
• 申請(qǐng)日: 2018-04-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108680474A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周賓;張勐;王一紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/06
• 分類號(hào): G01N15/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李倩

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于調(diào)制散射光強(qiáng)的顆粒物濃度測(cè)量裝置，包括激光光源模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和系統(tǒng)控制模塊；激光光源模塊前端設(shè)有準(zhǔn)直元件，光電轉(zhuǎn)換模塊設(shè)置在待測(cè)區(qū)域的前向小角15°處；激光光源模塊發(fā)出的激光經(jīng)準(zhǔn)直元件準(zhǔn)直后穿過(guò)待測(cè)區(qū)域，待測(cè)區(qū)域中的顆粒物對(duì)入射激光進(jìn)行散射，散射光強(qiáng)被布置在待測(cè)區(qū)域前向小角15°處的光電轉(zhuǎn)換模塊接收，光電轉(zhuǎn)換模塊將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)后經(jīng)數(shù)據(jù)采集模塊A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入數(shù)據(jù)處理模塊處理；系統(tǒng)控制模塊通過(guò)數(shù)字調(diào)制信號(hào)發(fā)生器發(fā)生調(diào)制信號(hào)對(duì)激光光源模塊發(fā)出的激光進(jìn)行正弦調(diào)制。本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于調(diào)制散射光強(qiáng)的顆粒物濃度的測(cè)量方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于調(diào)制散射光強(qiáng)的顆粒物濃度測(cè)量裝置，還涉及上述測(cè)量裝置基于調(diào)制散射光強(qiáng)對(duì)顆粒物濃度的測(cè)量方法，屬于光電檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

工業(yè)生產(chǎn)中大量使用煤炭、石油等燃料，帶來(lái)的煙塵污染對(duì)人類生活環(huán)境造成的危害是巨大的。2015年新環(huán)保法開(kāi)始實(shí)施，2016年修訂后的大氣污染防治法全面實(shí)施，基本法的陸續(xù)出臺(tái)加強(qiáng)了排污監(jiān)管，將提振大氣污染治理市場(chǎng)整體活躍度。火電廠煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步下調(diào)的相關(guān)政策密集出臺(tái)，超低排放改造市場(chǎng)開(kāi)始啟動(dòng)。通過(guò)以上分析可知，國(guó)家對(duì)于工業(yè)煙粉塵排放表現(xiàn)出熱切的關(guān)注與嚴(yán)格的要求，行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)一再提升。通過(guò)對(duì)工業(yè)粉塵、煙塵在線監(jiān)測(cè)，從而對(duì)污染源進(jìn)行有效控制，已經(jīng)成為現(xiàn)代化環(huán)境監(jiān)控及環(huán)境科學(xué)管理的有效手段。為了進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，迫切需要能應(yīng)用在普遍工業(yè)場(chǎng)合的高科技粉塵連續(xù)監(jiān)測(cè)分析儀器。因此開(kāi)發(fā)研究新的顆粒物濃度測(cè)量技術(shù)有很重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。

到目前為止，人們已經(jīng)發(fā)展了許多基于各種不同原理的顆粒測(cè)量方法和測(cè)量系統(tǒng)。這些測(cè)量方法大致可以分為擾動(dòng)法和非擾動(dòng)法兩大類。擾動(dòng)法通常需要對(duì)顆粒進(jìn)行人工采樣，一方面增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，另一方面，采樣過(guò)程將會(huì)破壞顆粒物流場(chǎng)。更重要地，用作試樣的顆粒能否具有典型性和代表性是擾動(dòng)法用于顆粒物測(cè)量遇到的最大挑戰(zhàn)。另外，在要求進(jìn)行全場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)量的場(chǎng)合，擾動(dòng)法顯然是無(wú)能為力。

非擾動(dòng)法包括電容法、電荷法、光透射法和光散射法等。電容法的基本原理是固體顆粒的介電常數(shù)比氣體大得多，在測(cè)試區(qū)域內(nèi)，固體顆粒的存在將增大介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，從而是電容量增大，因而可以通過(guò)測(cè)量電容量的變化測(cè)量顆粒濃度。該方法的問(wèn)題在于整體感應(yīng)性較低，易受環(huán)境影響，顆粒物流動(dòng)特性的改變也會(huì)引起電容量的變化，從而導(dǎo)致測(cè)量誤差。電荷法是是顆粒在流動(dòng)過(guò)程中帶電，顆粒濃度的變化將引起電荷量產(chǎn)生變化，借此原理可以得到顆粒物濃度。電荷法應(yīng)用的難點(diǎn)在于濕度、顆粒物理和化學(xué)性質(zhì)、管道尺寸都能對(duì)影響電荷的產(chǎn)生。光透射法通過(guò)測(cè)量激光透過(guò)含有顆粒物的煙氣后，光強(qiáng)出現(xiàn)的衰減來(lái)測(cè)量顆粒物濃度。光透射法在較高煙塵濃度的測(cè)量范圍內(nèi)測(cè)量精度較高，而在煙塵濃度較低的測(cè)量范圍內(nèi)，測(cè)量結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)較大的誤差。光散射法的測(cè)量原理為：當(dāng)光投射到測(cè)量對(duì)象上時(shí)，測(cè)量對(duì)象中的微小顆粒發(fā)生散射現(xiàn)象。在測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量對(duì)象的性質(zhì)不變的條件下，一定濃度范圍內(nèi)散射光強(qiáng)度值與顆粒濃度呈正比。煙氣中粉塵濃度測(cè)量法通常是通過(guò)測(cè)量粉塵散射光強(qiáng)度，再根據(jù)濃度與光強(qiáng)值之間的函數(shù)關(guān)系求解最終的質(zhì)量濃度。相比較光透射法，光散射法在較低顆粒濃度范圍時(shí)測(cè)量精度更高，靈敏度也更高。

傳統(tǒng)的顆粒物濃度測(cè)量裝置，其激光光源采用穩(wěn)定的光強(qiáng)測(cè)量，即采集到的光強(qiáng)信號(hào)為一個(gè)直流偏置，這樣的方式容易受到多方面因素的影響，進(jìn)而將誤差傳遞到顆粒物濃度的測(cè)量值。濃度的測(cè)量主要依賴于散射光強(qiáng)的測(cè)量，而穩(wěn)定入射光強(qiáng)下散射光強(qiáng)的大小由直流偏置大小直接反映，因而入射光光強(qiáng)的變化會(huì)影響到散射光強(qiáng)的變化，進(jìn)而影響到測(cè)量結(jié)果。入射光強(qiáng)可能受到的影響主要來(lái)源于兩個(gè)方面：①光路系統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)引起的入射光源光強(qiáng)變化；②自然光與50Hz工頻干擾耦合在入射光光強(qiáng)上，影響散射光光強(qiáng)變化。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于調(diào)制散射光強(qiáng)的顆粒物濃度測(cè)量裝置。

本發(fā)明還要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供上述測(cè)量裝置基于調(diào)制散射光強(qiáng)對(duì)顆粒物濃度的測(cè)量方法，該方法能夠極大的提高測(cè)量信號(hào)的信噪比，適用于在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)顆粒物濃度的監(jiān)測(cè)。