[發明專利]基于雙光源的高濃度云霧顆粒濃度測量裝置

有效

• 申請號: 201911136657.X
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN112903547B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 王春勇;宋亞旻;李振華;嚴偉;戴昊
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種基于雙光源的高濃度云霧顆粒濃度測量裝置，包括激光發射系統、光收集系統和光電轉換與處理系統；由兩個不同波長的激光器產生的激光經過光束變換透鏡后照射高濃度云霧顆粒，光收集系統接收經過云霧不同方向上的照射光后由光電轉換與處理系統進行解算，獲得光衰減與光散射的信息，從而計算得出云霧的濃度值。本發明設計的系統結構簡單，裝置輕便小巧，成本低功耗小，并具有實時性、精度高等優點。

技術領域

本發明屬于光電探測傳感器領域，具體涉及一種利用雙激光光源實時測量高濃度云霧顆粒濃度分布的測量裝置。

背景技術

顆粒濃度測量儀被廣泛的應用于粉塵監控、工業廢氣監測、軍事等領域，正朝著精確化、便攜化的方向發展。基于光散射法或是光透射法研發的粉塵濃度測試儀由于具有簡便、快速、靈敏度高、實時監測、性價比高等優點，廣泛應用于室內、公共場所、環境大氣、工礦企業生產現場等場所粉塵濃度的監測。尤其是近年來，隨著激光技術、光電技術和計算機技術的快速發展，國內外粉塵測試儀的研制水平不斷提高，新的光散射粉塵測試儀器不斷涌現，品種規格多，功能先進，在環境粉塵顆粒物的監測中發揮重要作用。光散射或是光透射法也成為目前最受歡迎、應用最廣泛的方法。

現階段的云霧濃度分布測量領域中，儀器主要是針對粒徑在幾個微米量級的懸浮顆粒物進行測量，測量濃度范圍也基本小于1000mg/m³。而工業生產等領域產生的高濃度云霧濃度達到了30-50g/m³，遠遠超出了大多數測量儀器的范圍，且這種云霧濃度分布復雜不規則，目前國內外對這類云霧的濃度精確測量方法的研究較少，所使用的裝置與方法成本耗費極大，測量步驟也比較復雜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構簡單、成本低廉、測量精確粒徑分辨率高并且能夠在高濃度云霧環境下實時測量濃度分布的雙光源式高濃度云霧顆粒濃度測量裝置。

實現本發明目的技術解決方案為：一種基于雙光源高濃度云霧顆粒濃度測量裝置，包括激光發射系統、光收集系統和光電轉換與處理系統；

所述激光發射系統包括兩個不同波長的半導體激光器，兩個半導體激光器發出的光束前進方向上，依次設有非球面鏡、保護玻璃、入射光闌和出射光闌；

所述光收集系統包括前向光電探測器和側向光電探測器，前向光電探測器設置在出射光闌后面，激光光束聚焦在前向光電探測器上；采樣氣路設置在入射光闌與出射光闌之間、與激光光束垂直的方向上，在采樣氣路平行方向上設有側向光電探測器；

所述光電轉換與處理系統與前向光電探測器和側向光電探測器連接，獲得光衰減與光散射的信息，計算云霧的濃度值。

與現有技術相比，本發明的顯著優點為：(1)本發明從前向與側向角度進行采樣并用相對應的方法來進行云霧顆粒的濃度測量與標定，測量更準確；(2)裝置結構簡單，容易調節，便于操作與攜帶，更適合復雜環境中的測量；(3)照明系統采用的兩個半導體激光器能耗小，效率高，兩個通道同時采樣與測量，可以得到較好的粒徑分辨率，得到的結果更全面；(4)光電探測器選用的光電二極管性能好，靈敏度為0.62A/W，驅動的電路可以調節有助于測試和改良；(5)光電探測器采用的kom2125探測器同時測量，多個角度有助于更好的得出云霧顆粒的濃度分布情況。

附圖說明

圖1為雙光源高濃度顆粒濃度測量裝置的光學傳感器的結構示意圖。

圖2為雙光源高濃度顆粒濃度測量系統總體框圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種基于雙光源高濃度云霧顆粒濃度測量裝置，包括激光發射系統、光收集系統和光電轉換與處理系統；

所述激光發射系統包括兩個不同波長的半導體激光器1，兩個半導體激光器1發出的光束前進方向上，依次設有非球面鏡2、保護玻璃3、入射光闌4和出射光闌5；