[發明專利]一種粉塵濃度均勻性檢測裝置及其檢測方法

有效

• 申請號: 202011436382.4
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112595640B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 張洋;賈旭光;于艷娟;史經燦;唐守鋒;趙志偉
• 申請（專利權）人: 徐州市質量技術監督綜合檢驗檢測中心（徐州市標準化研究中心）
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 周淑淑

1.一種粉塵濃度均勻性檢測裝置，包括設置有進氣口(1)和出氣口(6)的粉塵采集箱(2)，其特征在于，在粉塵采集箱(2)中設置六邊形的環形支架(5)，六個舵機(4)分別安裝在環形支架(5)上的六個安裝底座上，并通過主控制器(7)的輸出信號來控制舵機(4)的旋轉角度，激光粉塵傳感器(3)分別安裝在舵機(4)上，激光粉塵傳感器(3)的信號輸入端分別連接對應舵機(4)的信號輸出端以及主控制器(7)的信號輸出端，激光粉塵傳感器(3)的信號輸出端均經串口通信傳輸至主控制器(7)的信號輸入端，主控制器(7)的信號輸出端分別連接PC機(8)和云端(9)；

所述激光粉塵傳感器(3)由光發射信號控制單元、信號采集處理單元、主控單元以及粉塵采集單元組成，

光發射信號控制單元包括電流驅動電路、激光光源，電流驅動電路為激光光源提供恒定的連續不斷的穩壓電流，電流驅動電路包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、二極管D1、二極管D2、三極管Q1、三極管Q2、場效應管Q3，發光二極管LED1，電阻R1的一端連接+5V電壓，電阻R1的另一端分別連接二極管D1的正極、三極管Q1的基極，二極管D1的負極連接二極管D2的正極，三極管Q1的集電極連接+5V電壓，三極管Q1的發射極連接電阻R2的一端，電阻R2的另一端與二極管D2的負極連接后分別連接發光二極管LED1的正極、場效應管Q3的漏極，發光二極管LED1的負極接地，場效應管Q3的柵極分別連接電阻R4的一端、三極管Q2的集電極，場效應管Q3的源極接地，電阻R4的另一端連接+5V電壓，三極管Q2的基極連接電阻R3的一端，電阻R3的另一端接信號發生端，三極管Q2的發射極接地；

信號采集處理單元包括：前置處理電路、濾波放大電路、數據采集電路、數據處理電路，前置處理電路、濾波放大電路包括電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4、電容C5、電位器RP1、光電二極管LED2、前置放大器U1，電阻R1的一端連接+5V電壓，電阻R1的另一端分別連接電容C5的一端、硅光電二極管LED2的負極，硅光電二極管LED2的正極分別連接電位器RP1的第一固定端、前置放大器U1的3腳，電容C5的另一端、電位器RP1的滑動端以及電位器RP1的第二固定端均接地，前置放大器U1的2腳分別連接電阻R6的一端、電阻R7的一端，電阻R6的另一端接地，電阻R7的另一端分別連接前置放大器U1的6腳、電阻R8的一端，電阻R8的另一端由J2端口輸出到檢測模塊中，前置放大器U1的4腳分別連接電容C1的一端、電容C4的一端，電容C1的另一端、電容C4的另一端均接地，前置放大器U1的7腳分別連接電容C2的一端、電容C3的一端，電容C2的另一端、電容C3的另一端均接地；

數據采集電路、數據處理電路包括電阻R9、電阻R10、電阻R11、電容C6、電容C7、電容C8、電容C9、電容C10、電容C11、電位器RP2、電位器RP3、解調芯片U2、發光二極管LED3、運算放大器U3，解調芯片U2的1腳分別連接P1高頻頭的一端、解調芯片U2的16腳，解調芯片U2的3腳連接電位器RP2的第一固定端，解調芯片U2的4腳連接電位器RP2的第二固定端，電位器RP2的滑動端接-5V電壓，解調芯片U2的5腳連接電位器RP3的第一固定端，解調芯片U2的6腳連接電位器RP3的第二固定端，電位器RP3的滑動端接-5V電壓，解調芯片U2的7腳連接發光二極管LED3的負極，發光二極管LED3的正極串聯電阻R9后接地，解調芯片U2的8腳接-5V電壓，電容C7并接在解調芯片U2的8腳與地之間，解調芯片U2的9腳接P4端口，解調芯片U2的10腳接地，解調芯片U2的11腳接+5V電壓，電容C8并接在解調芯片U2的11腳與地之間，解調芯片U2的13腳串聯電阻R6后分別連接電容C10的一端、電阻R12的一端、電阻R10的一端，電容C10的另一端接地，電阻R12的另一端分別連接運算放大器U3的3腳、電容C6的一端，運算放大器U3的1腳接地，運算放大器U3的2腳接+5V電壓，電容C11并接在運算放大器U3的2腳與地之間，運算放大器U3的4腳分別連接電容C6的另一端、電阻R10的另一端，端口P6并聯在運算放大器U3的4腳與地之間，運算放大器U3的5腳接-5V電壓，電容C9并接在運算放大器U3的5腳與地之間；

主控單元包括：單片機主控芯片、通訊傳輸模塊、人機交互模塊、監控主機，

粉塵采集單元包括粉塵采集暗室、氣泵，

激光光源通過前置透鏡投射到粉塵采集暗室中，激光粉塵傳感器上電后氣泵開始啟動，氣泵與出氣口(6)連接，氣泵啟動后開始負壓抽放，粉塵由進氣口源源不斷的進入到粉塵采集暗室中，形成含塵氣流，光源發出的光經過聚光透鏡照射到粉塵流上，產生的散射光經過透鏡聚集到光電二極管LED2上，將相關的粉塵濃度信號發送到信號采集處理單元，通過粉塵采集單元將接收到的光散射信號依次經過前置處理電路，傳到前置處理電路的光電二極管LED2，通過光電二極管LED2將接收到的光信號轉換為電流信號，經過前置放大器U1的處理將電流信號轉換為電壓信號，濾波放大電路，對散射信號進行轉換分析，通過數據采集電路將轉換后的信號傳輸到主控制功能單元中，單片機主控芯片將接收到的粉塵濃度信號進行處理，推算出當前環境中的粉塵濃度值，然后通過通訊傳輸模塊將粉塵濃度值傳輸到監控主機上，并通過人機交互模塊對接收到的粉塵濃度信號切換控制，實現整個監測過程對粉塵濃度的實時監控；

還包括吹風裝置，吹風裝置是激光粉塵傳感器內部的凈化系統；

舵機(4)的具體控制如下：上位機發送定位信息通過通信模塊的接收和解析，同時將檢測模塊檢測到的反饋信息發送給上位機，檢測模塊將檢測的物理量轉換成控制模塊能夠識別的反饋量；上位機給定的位置指令和檢測模塊檢測的反饋量的差值作為輸入，經由通信模塊送到控制模塊，控制模塊產生一個控制量通過舵機的主控模塊和驅動模塊共同驅動舵機旋轉一個角度，同時檢測模塊會檢測舵機旋轉之后產生的控制量反饋給通信模塊和控制模塊，為下次的旋轉做鋪墊；整個舵機控制設計是PID閉環控制，所測的環形面，通過6個舵機旋轉位移量可將檢測面自由的擴大和縮小。