[發明專利]一種煙度檢測光學系統及其方法

有效

• 申請號: 201811108839.1
• 申請日: 2018-09-21
• 公開（公告）號: CN108956406B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 劉路;廖娟;孫燕;陳黎卿;李亞偉;楊路
• 申請（專利權）人: 安徽農業大學
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06;G01N21/01;G01N21/31
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 王亞軍;閆飛

本發明公開了一種煙度檢測光學系統及其方法，屬于氣體煙度檢測技術領域。該系統包括光源部分、分光部分和檢測部分；光源部分包括沿光照方向依次設置發光元件、一次準直鏡、匯聚透鏡和二次準直鏡；分光部分包括多片分光鏡，分光鏡設置于可接受所述發光元件發出并透過二次準直鏡的光束，且多片所述分光鏡可將所述光束均分為多道平行光束；檢測部分用于接收所述多道平行光束，并檢測所述多道平行光束的光譜。該方法是先通過光源部分進行聚光，再通過分光部分將光分成多束，最后檢測部分對多束光進行檢測得到結果。本發明通過準直鏡、匯聚透鏡和分光鏡的組合，提高光強的同時降低分光所造成的二次誤差，達到檢測端接受的光強度，提高檢測精度。

技術領域

本發明屬于氣體煙度檢測技術領域，更具體地說，涉及一種煙度檢測光學系統及其方法。

背景技術

隨著世界經濟的發展，環境污染日益嚴重，對于空氣質量的檢測和治理成為焦點問題。利用光譜特性分析大氣成分的技術已廣泛應用于大氣痕量氣體檢測、工業過程控制、城市污染源排放監控等領域，因此開發出能精確、實時測量空氣氣體濃度的裝置具有重要意義。

為了提高吸收光譜技術對低濃度氣體的檢測靈敏度，增加光束穿過氣體樣品的長度是一種有效的方法。顯然，單純將光源與探測器位置遠離，使光束穿越一個非常直長的透射型氣體樣品池，會使裝置笨重、準直復雜、抗震性能差，一個常用的直接方法是增加光通過被測氣體的光程長度，從而產生更強的吸收。傳統的長程吸收池設計主要有：波導型、積分球型、Chernin型等類似結構。總體來看，該類長程吸收池的設計上存在鏡面有效面積利用率低的缺陷，從而很難實現在小型化結構中獲得較高的反射次數。同時空氣檢測裝置的分光結構也存在很大的改進空間，難以避免現有分光結構的不同分光片疊加后造成的二次誤差。

現有技術中關于氣體成分檢測的方案較多，例如，中國專利申請號為：201110098658.7，公開日為：2011年11月23日的專利文獻，公開了一種機動車尾氣監測系統的在線監測方法，包括以下步驟：步驟A，測量系統的背景光譜、紫外通道參考光譜、紅外通道參考光譜；步驟B，當檢測到有機動車遮擋住紫外通道和紅外通道的光線時，主控制單元開始獲取經過該機動車所排放的尾氣吸收過的紫外光信號和紅外光信號，并根據預存的背景光譜、紫外通道參考光譜、紅外通道參考光譜計算尾氣成分。該方案通過紫外和紅外兩個通道來監測機動車尾氣中相應氣體成分的含量，可實現無人值守全自動在線監測，掌握機動車在行駛過程中尾氣真實排放情況，方便對重度污染車輛進行即時治理，整個監測系統具有在線校準、實時性、監測效率高、無人值守、連續運行的優點。但是，其專門針對機動車尾氣成分進行檢測，并不涉及空氣中煙氣濃度檢測，而且其使用了紫外光和紅外光對尾氣進行穿透，普通光源無法實現檢測。

又如，中國專利申請號為：201310348019.0，公開日為：2013年11月27日的專利文獻，公開了一種透射式煙度計的光學平臺，該平臺包括風機、檢測管道、氣室管道和光電檢測單元，風機、檢測管道的兩個側壁分別設有煙氣進氣口和觀察口，光電檢測單元包括支座、準直透鏡、匯聚透鏡和光電二極管，檢測管道的外側壁設有第一分支氣流管路和第二分支氣流管路，第一分支氣流管路的氣流入口連接風機出口，第一分支氣流管路和第二分支氣流管路延伸至支座，并在匯聚透鏡與觀察口之間設有氣流出口，氣流出口連接設有第二分支氣流管路，第二分支氣流管路連接所述的第一分支氣流管路。該方案由于在靠近準直透鏡和匯聚透鏡的表面形成穩定的氣流漩渦，可以有效減少含有油氣的發動機排放煙氣和透鏡表面直接接觸，表面清潔周期可以大大延長，并不是用于對于煙氣成分進行檢測。

發明內容

1、要解決的問題

本發明提供一種煙度檢測光學系統，其目的在于解決現有采用吸收光譜進行煙氣濃度檢測的方式，光強不夠、反射鏡面利用率低、分光誤差較大等問題。本發明的煙度檢測光學系統通過準直鏡、匯聚透鏡和分光鏡的合理組合，在提高光強的同時，降低分光所造成的二次誤差，從而達到增強檢測端接受光信號強度，提高檢測精度。