CN107490563A - 一种监测仪器窗口片积尘的测量装置及方法 - Google Patents

一种监测仪器窗口片积尘的测量装置及方法 Download PDF

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张弘扬
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Abstract

本发明公开了一种监测仪器窗口片积尘的测量装置及方法，包括测量光源、窗口片、凸透镜、光电探测器、信号处理单元和单片机芯片；所述测量光源发出的光线经过窗口片后，一部分光线经窗口片透射至测量环境，形成透射光；另一部分光线经窗口片发射后形成反射光线；其余光线由窗口片表面的积尘微粒向各个方向散射，形成散射光线；光电探测器设于凸透镜的主光轴上，且二者偏离所述反射光线的方向设置，以接收与所述反射光线的方向相偏离的散射光；部分散射光线经凸透镜聚焦后传送至光电探测器表面，光电探测器将接收到的光信号转换成电信号后传送到信号处理单元，信号处理单元对光电探测器的输出信号处理后传送到单片机芯片。本发明结构简单，测量精度高，具有很好的推广应用前景。

Description

一种监测仪器窗口片积尘的测量装置及方法
技术领域
本发明属于检测装置技术领域，具体涉及一种监测仪器窗口片积尘的测量装置及方法。
背景技术
随着科技的不断发展，各种利用光的散射、吸收、干涉、衍射等原理制备的光学检测仪器仪表层出不穷，而各种光学仪器仪表上利用最多的就是将光学元件与外界测量环境分离开来的窗口片，其主要功能为最大限度透射所用测量光源。由于测量环境中含有较多的微尘颗粒，随着时间的推移，微尘颗粒会慢慢积聚在窗口片表面形成积尘，积尘的不断增多会持续影响检测仪器仪表的测量准确性，当积尘达到一定程度会导致测量结果完全偏离实际值，最终导致仪器无法使用，或者必须经过除尘或更换窗口片才能正常工作。因而寻找一种可实时或定时检测窗口积尘的方法，以提前对可能影响实际测量的积尘进行处理是十分必要的。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种监测仪器窗口片积尘的测量装置及方法，基于光的散射基本原理，在有测量光源的一侧增设聚光透镜和光电探测器，当窗口片与测量环境接触的一面出现积尘时，微尘粒子会将光线向各个方向散射出去，正对着凸透镜及光电探测器的光线将由光电探测器接收并转换为电信号后进入信号处理电路，最终经由单片机进行处理比较，若超出容忍阈值将控制警报器进行报警，提醒操作人员对积尘进行处理。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种监测仪器窗口片积尘的测量装置，包括测量光源、窗口片、凸透镜和光电探测器；
所述测量光源发出的光线经过窗口片后，一部分光线经窗口片透射至测量环境，形成透射光；另一部分光线经窗口片发射后形成反射光线；其余光线由窗口片表面的积尘微粒向各个方向散射，形成散射光线；
所述光电探测器和凸透镜均与测量光源位于窗口片的同一侧，所述光电探测器设于凸透镜的主光轴上，且二者偏离所述反射光线的方向设置，以接收与所述反射光线的方向相偏离的散射光，部分散射光线经凸透镜聚焦后传送至光电探测器表面。
作为本发明的进一步改进，所述的一种监测仪器窗口片积尘的测量装置，还包括信号处理单元和单片机芯片，光电探测器将接收到的光信号转换成电信号后传送到信号处理单元，所述信号处理单元对光电探测器的输出信号处理后传送到单片机芯片。
作为本发明的进一步改进，所述信号处理单元包括顺次相连的信号放大器、滤波器、相敏检波器和A/D转换器，顺次对信号进行放大、滤波、交直流转换和模数转换处理。
作为本发明的进一步改进，所述的一种监测仪器窗口片积尘的测量装置，其特征在于：还包括报警器，所述报警器的控制端与单片机芯片对应的输出端相连。
作为本发明的进一步改进，所述测量光源为光学检测仪器仪表中所用的测量光源。
作为本发明的进一步改进，所述测量光源为激光光源、LED光源或者自然光源。
作为本发明的进一步改进，所述窗口片为光学检测仪器仪表中所用的窗口片。
作为本发明的进一步改进，所述窗口片为石英片、玻璃片、透光性纺织品或透光膜。
作为本发明的进一步改进，所述凸透镜为平凸透镜或双凸透镜。
一种监测仪器窗口片积尘的测量方法，包括以下步骤：
S1：利用测量光源发出的光线照射窗口片，一部分光线经窗口片透射至测量环境，形成透射光；另一部分光线经窗口片发射后形成反射光线；其余光线由窗口片表面的积尘微粒向各个方向散射，形成散射光线；
S2：利用与测量光源位于同一侧的凸透镜将接收到的散射光线聚焦后传送至光电探测器表面，由光电探测器将接收到的光信号转换成电信号，并传送到信号处理单元；
S3：利用信号处理单元对光电探测器的输出信号处理后传送到单片机芯片，判断是否超出设定的容忍阈值。
作为本发明的进一步改进，所述的监测仪器窗口片积尘的测量方法，其特征在于，还包括S4：当判断出超出设定的容忍阈值时，单片机芯片发出控制信号启动报警器，提醒操作人员对积尘进行处理。
本发明的有益效果：
本发明提供一种监测仪器窗口片积尘的测量装置及方法，在测量光源与窗口片之间增设积尘探测光路，该积尘探测光路主要包括凸透镜和光电探测器两个基本元件，由测量光源发出的光线经过窗口片后分为三部分，一部分光线经窗口片透射至测量环境，形成透射光线；另一部分光线经窗口片发射后形成反射光线；其余光线由窗口片表面的积尘微粒向各个方向散射，形成散射光线，部分散射光线经凸透镜聚焦后传送至光电探测器表面，光电探测器再将接收的光信号转变为电信号进入信号处理电路，最终经由单片机进行处理比较，若超出容忍阈值将控制警报器进行报警，提醒操作人员对积尘进行处理；其中光电探测器接收的光线方向与反射光线方向相互偏离，能够有效防止反射光线对测量结果的影响，大大提高了测量结果的精度，且测量效率高。
附图说明
图1为本发明一种实施例的监测仪器窗口片积尘的测量装置结构示意图；
图2为本发明一种实施例的监测仪器窗口片积尘的测量方法流程示意图；
图中：1、测量光源；2、窗口片；3、凸透镜，4、光电探测器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
本实施例基于光的散射基本原理，在有测量光源1的一侧增设聚光透镜和光电探测器4，当窗口片2与测量环境接触的一面出现积尘时，微尘粒子会将光线向各个方向散射出去，正对着凸透镜3及光电探测器4的光线将由光电探测器4接收并转换为电信号后进入信号处理电路，最终经由单片机进行处理比较，理想状态下窗口片2表面无积尘，测量值应很小，近似为0，当积尘越多时，则散射光越强，假设光电探测器4的测量值为P，对应窗口片2积尘量为X，P与X之间成正比的关系，即P=kX（k＞0）。当测量值P≥容忍阈值Pmax时，则会控制警报器进行报警，提醒操作人员对积尘进行处理，具体地：
如图1所示，一种监测仪器窗口片2积尘的测量装置，包括测量光源1、窗口片2、凸透镜3、光电探测器4、信号处理单元和单片机芯片；
所述测量光源1发出的光线经过窗口片2后，一部分光线经窗口片2透射至测量环境，形成透射光；另一部分光线经窗口片2发射后形成反射光线；其余光线由窗口片2表面的积尘微粒向各个方向散射，形成散射光线；如图1所示，本发明实施例的一种实施方式中，所述测量光源1与窗口片2正对，即测量光源1发出的光垂直于窗口片2入射；在本发明实施例的其他实时方式中，所述测量光源1和窗口片2之间还可以设有检测仪器仪表所需测量光路，本发明不限定测量光源1所发出的光线必须直接入射至窗口片2；
所述测量光源1为光学检测仪器仪表中所用的测量光源1，具体地，可以是激光光源、LED光源或者自然光源，在本发明实施例的其他实施方式中，还可以是其他的光源，因此，本发明不对测量光源1的具体类型做限定；所述窗口片2为光学检测仪器仪表中所用的窗口片2，具体地，所述窗口片2为石英片、玻璃片、透光性纺织品或透光膜，在本发明的其他实施例中，所述窗口片2还可以是其他透光率较高的材料制成，本发明不对窗口片2的具体材料、形状等做限定；
所述光电探测器4和凸透镜3均与测量光源1位于窗口片2的同一侧，所述光电探测器4设于凸透镜3的主光轴上，且二者偏离所述反射光线的方向设置，以接收与所述反射光线的方向相偏离的散射光；部分散射光线由凸透镜3聚焦后传送至光电探测器4表面（凸透镜3可以将各个方向入射的光线会聚到一个面上），光电探测器4将接收到的光信号转换成电信号后传送到信号处理单元，所述信号处理单元对光电探测器4的输出信号处理后传送到单片机芯片。本发明实施例中，所述凸透镜3为平凸透镜3或双凸透镜3，还可更换为具有聚焦功能的其他光学元件。
基于上述方案，所述的一种监测仪器窗口片2积尘的测量装置，还包括报警器，所述报警器的控制端与单片机芯片对的输出端相连，当单片机判断出检测值超出容忍阈值，则控制警报器进行报警，提醒操作人员对积尘进行处理，从而大大提高检测精度。
实施例2
如图2所示，一种监测仪器窗口片2积尘的测量方法，包括以下步骤：
S1：利用测量光源1发出的光线照射窗口片2，一部分光线经窗口片2透射至测量环境，形成透射光；另一部分光线经窗口片2发射后形成反射光线；其余光线由窗口片2表面的积尘微粒向各个方向散射，形成散射光线；
所述测量光源1可以与窗口片2正对，即测量光源1发出的光垂直于窗口片2入射；在本发明实施例的其他实时方式中；所述测量光源1和窗口片2之间还可以设有检测仪器仪表所需测量光路，本发明不限定测量光源1所发出的光线必须直接入射至窗口片2；
所述测量光源1为光学检测仪器仪表中所用的测量光源1，具体地，可以是激光光源、LED光源或者自然光源，在本发明实施例的其他实施方式中，还可以是其他的光源，因此，本发明不对测量光源1的具体类型做限定；所述窗口片2为光学检测仪器仪表中所用的窗口片2，具体地，所述窗口片2为石英片、玻璃片、透光性纺织品或透光膜，在本发明的其他实施例中，所述窗口片2还可以是其他透光率较高的材料制成，本发明不对窗口片2的具体材料、形状等做限定；
S2：利用与测量光源位于同一侧的凸透镜将接收到的散射光线聚焦后传送至光电探测器表面，由光电探测器将接收到的光信号转换成电信号，并传送到信号处理单元；
所述凸透镜3为平凸透镜3或双凸透镜3，还可更换为具有聚焦功能的其他光学元件。
S3：利用信号处理单元对光电探测器4的输出信号处理后传送到单片机芯片，判断是否超出设定的容忍阈值。
基于上述方案，所述的监测仪器窗口片2积尘的测量方法，还包括S4：当判断出超出设定的容忍阈值时，单片机芯片发出控制信号启动报警器，提醒操作人员对积尘进行处理，能够大大提高测量精度，确保数据的有效性。
本实施例中的监测仪器窗口片2积尘的测量方法，可以基于实施例1中的监测仪器窗口片2积尘的测量来完成。
综上所述：
本发明提供一种监测仪器窗口片积尘的测量装置及方法，在测量光源与窗口片之间增设积尘探测光路，该积尘探测光路主要包括凸透镜和探测器两个基本元件，由测量光源发出的光线经过窗口片后分为三部分，一部分光线经窗口片透射至测量环境，形成透射光；另一部分光线经窗口片发射后形成反射光线；其余光线由窗口片表面的积尘微粒向各个方向散射，形成散射光线，部分散射光线经凸透镜聚焦后传送至光电探测器表面，光电探测器再将接收的光信号转变为电信号进入信号处理电路，其中光电探测器接收的光线方向与反射光线方向相互偏离，能够有效防止反射光线对测量结果的影响，大大提高了测量结果的精度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种监测仪器窗口片积尘的测量装置，其特征在于：包括测量光源、窗口片、凸透镜和光电探测器；
所述测量光源发出的光线经过窗口片后，一部分光线经窗口片透射至测量环境，形成透射光；另一部分光线经窗口片发射后形成反射光线；其余光线由窗口片表面的积尘微粒向各个方向散射，形成散射光线；
所述光电探测器和凸透镜均与测量光源位于窗口片的同一侧，所述光电探测器设于凸透镜的主光轴上，且二者偏离所述反射光线的方向设置，以接收与所述反射光线的方向相偏离的散射光，部分散射光线经凸透镜聚焦后传送至光电探测器表面。
2.根据权利要求1所述的一种监测仪器窗口片积尘的测量装置，其特征在于：还包括信号处理单元和单片机芯片，光电探测器将接收到的光信号转换成电信号后传送到信号处理单元，所述信号处理单元对光电探测器的输出信号处理后传送到单片机芯片。
3.根据权利要求2所述的一种监测仪器窗口片积尘的测量装置，其特征在于：还包括报警器，所述报警器的控制端与单片机芯片对应的输出端相连。
4.根据权利要求1所述的一种监测仪器窗口片积尘的测量装置，其特征在于：所述测量光源为光学检测仪器仪表中所用的测量光源。
5.根据权利要求4所述的一种监测仪器窗口片积尘的测量装置，其特征在于：所述测量光源为激光光源、LED光源或者自然光源。
6.根据权利要求1所述的一种监测仪器窗口片积尘的测量装置，其特征在于：所述窗口片为光学检测仪器仪表中所用的窗口片。
7.根据权利要求6所述的一种监测仪器窗口片积尘的测量装置，其特征在于：所述窗口片为石英片、玻璃片、透光性纺织品或透光膜。
8.根据权利要求1所述的一种监测仪器窗口片积尘的测量装置，其特征在于：所述凸透镜为平凸透镜或双凸透镜。
9.一种监测仪器窗口片积尘的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：利用测量光源发出的光线照射窗口片，一部分光线经窗口片透射至测量环境，形成透射光；另一部分光线经窗口片发射后形成反射光线；其余光线由窗口片表面的积尘微粒向各个方向散射，形成散射光线；
S2：利用与测量光源位于同一侧的凸透镜将接收到的散射光线聚焦后传送至光电探测器表面，由光电探测器将接收到的光信号转换成电信号，并传送到信号处理单元；
S3：利用信号处理单元对光电探测器的输出信号处理后传送到单片机芯片，判断是否超出设定的容忍阈值。
10.根据权利要求9所述的监测仪器窗口片积尘的测量方法，其特征在于，还包括S4：当判断出超出设定的容忍阈值时，单片机芯片发出控制信号启动报警器，提醒操作人员对积尘进行处理。
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