[實用新型]一種反射加透射法霧霾濃度冗余測量光路

有效

• 申請號: 201822058761.9
• 申請日: 2018-12-10
• 公開（公告）號: CN209264508U
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 曲宏;郭曉亮
• 申請（專利權）人: 山西鑫華翔科技發展有限公司
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06;G01N21/55;G01N21/59
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型屬于霧霾在線測量領域，具體涉及一種反射加透射法霧霾濃度冗余測量光路。一種反射加透射法霧霾濃度冗余測量光路，包括發光光路、測量光路1和測量光路2，其特征是，發光光路、測量光路1和測量光路2都在圓筒體內，發光光路、測量光路1和測量光路2的主軸都是圓筒體的軸線；本實用新型一種反射加透射法霧霾濃度冗余測量光路部分的有益之處是，結構簡單，安裝拆解方便，適合定期快速保養；發射光路與透射光路聯動，構成光源光強閉環管理；反射光強與透射光強的數值減法，可以動態監測光路正常與否；反射或透射光強轉換為微電壓信號，微電壓信號的強弱與霧霾顆粒流的濃度成正比，MCU計算冗余修正后，輸出準確的霧霾顆粒流的濃度。

技術領域

本實用新型屬于霧霾在線測量領域，具體涉及一種反射加透射法霧霾濃度冗余測量光路。

背景技術

霧霾是對大氣中各種懸浮顆粒物含量超標的籠統表述。大氣中隨風漂浮的大量的懸浮顆粒的集合被稱為顆粒流。單個顆粒的粒徑大小從1微米(pm) 到10微米、到幾十微米不等。顆粒流中，粒徑等于或接近2.5微米的顆粒，簡稱pm2.5。pm2.5顆粒對人體危害最大，pm2.5顆粒流濃度達到一定數值后，氣象預報定義為嚴重污染天氣。測量顆粒流濃度方法，根據光散射原理：在光的傳播過程中，當光線照射到顆粒流粒子時，如果粒子的粒徑大于入射光波長很多倍，則產生逆向的反射光，同時透射光明顯減弱；如果粒子的粒徑小于入射光波長，則產生全方向的散射光，可以在全方向上測量散射光強度，而透射光無明顯減弱。具體應用技術分析，可見光波的波長是400--660nm，1pm＝1000nm，粒徑pm2.5 是2500nm。由此可見，這些顆粒的粒徑遠大于可見光波的波長，光線照射到顆粒時，呈現明顯的逆向反射光，或透射光減弱；而且，伴隨顆粒流的濃度增大，反射光的強度則增大，透射光則減弱，二者之間，呈現線性相關聯系。因此，用測顆粒反射光強度或透射光強度的方法，都可以測量霧霾顆粒濃度。用光散射法測量霧霾顆粒濃度的方法是科學正確的選擇。具體顆粒流濃度測量技術方案：顆粒流濃度測量裝置的主體是兩端加遮光密封帽的圓筒體，圓筒體的一端是圓錐體狀內凹遮光密封帽，另一端是瓶蓋狀遮光密封帽；圓筒體外部，進氣嘴在瓶蓋狀遮光密封帽一側的圓筒體上，出氣嘴在圓筒體的中端、出氣嘴與進氣嘴沿圓筒體軸線對稱。進氣嘴與出氣嘴之間的圓筒體內部部分，叫測量氣室；霧霾，以兩相顆粒流從進氣嘴進入，經過測量氣室，從出氣嘴排出；圓筒體內部，除去測量氣室外，另一側叫光學元件室。發射光路安裝在光學元件室；發射光路的光源采用一體化的LED光源。一體化的LED光源包括瓶狀散熱筒、LED發光管和擴散透鏡，LED發光管和擴散透鏡安裝在瓶狀散熱筒。一體化的LED光源安裝在圓筒體內部外環內星形支架的環心；外環內星形支架外部是一個圓環，圓環內有三個間隔120度的支撐臂，三個支撐臂相交在環心，構成星形，三個支撐臂之間是接近110度的弧形空間；外環內星形支架的外圓環直徑小于圓筒體的內徑；外環內星形支架插入圓筒體內部，被前后圓筒夾擠固定，一體化的LED光源安裝在外環內星形支架的環心；LED發光管和擴散透鏡的光軸與圓筒體的軸線同軸；外環內星形支架中心的LED發光管位于擴散透鏡的焦點上，LED發光管的發光通過擴散透鏡后，成沿軸線15度的點發散環狀光線；調整一體化的LED光源的位置，讓點發散環狀光線照亮氣室中線截面，截面上的顆粒流產生反射光；測量光路1(反射)：氣室中線上全部顆粒流的反射光逆向透過外環內星形支架的三個間隔110度的弧形空隙，照在圓筒體端口的會聚透鏡上，聚焦在會聚透鏡另一側 4/3焦距處，即聚焦在圓錐體狀內凹遮光密封帽的內部中心安裝的光電接收管1 上，構成測量光路1，這是主測量光路；光電接收管1接受測量反射光強度，變反射光強度為微弱電壓信號，該電壓信號與顆粒流濃度相關，呈正比關系；測量光路2(透射光)：LED發光管的點發散光，穿過測量氣室，與測量氣室內的顆粒流碰撞衰減，衰減后的透射光照在光電接收管2，這是測量光路2；由于測量光路2的光源不是嚴格的平行光源，光電接收管2接受測量透射光強度，不滿足嚴格的朗博定律，僅用作參考；透射光強度為微弱電壓信號2，該信號也與顆粒流濃度相關，呈現反比關系；測量氣室內，為減少霧霾顆粒在光學器件表面堆積，在進氣嘴附近，設置氣流阻擋板，防止進氣直吹光電接收管2；在出氣嘴遠離進氣嘴位置，設置氣流導流板，防止顆粒在LED光源表面堆積。在后，兩路信號經過固定的比例放大，經過模數轉換，輸入MCU最小系統；測量：MCU最小系統按設定修正程序處理數字電壓信號，以反射光測量為主，以透射光測量為輔，冗余反射和透射兩光路測量結果，顯示顆粒濃度，或經串口把濃度信號傳送給上位機。深入檢索有關光散射法測量霧霾顆粒濃度的專利資料，沒有逆向反射法霧霾測量記錄。