CN109001086A - 一种油烟检测装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油烟检测装置及其检测方法，它包括光发射模块、光接收模块、处理模块和油烟采样模块，油烟采样模块包括进气管、出气管和采样箱，采样箱位于排烟管外；进气管的一端与排烟管道连通，另一端与采样箱连通，用于油烟气体从排烟管道流入到采样箱；出气管的一端与采样箱连通，另一端与排烟管道连通。本发明的实质性效果是：通过油烟采样模块使得检测油烟气体的过程处于稳定并且封闭的黑暗环境，降低杂散光的干扰，增加了油烟检测的准确度；正向散射信号比现有技术中的背散射信号的强度强烈很多，大幅提高了油烟检测的信号光强度；油烟检测方法能够获取精确测量油烟气体分子中各粒度值的含量数据。
Description
技术领域
本发明涉及烹调烟气的检测领域，尤其涉及一种油烟检测装置及其检测方法。
背景技术
在食物烹饪和加工过程中，油脂和食材有机质受热分解或者裂解，并且食材中的水分急剧汽化，同时，燃烧热分解产生了细颗粒物和有害气体，最终形成油脂和食材高温下的挥发物、气溶胶、水汽及细颗粒物所组成的油烟。油烟不但直接危害周边群众的身体健康，而且已经成为城市大气的重要污染源，而使用油烟检测器对餐饮油烟的准确检测是治理油烟的必要的基础环节。
中国专利授权公告号CN 205481203 U，授权公告日2016年08月17日，公开了一种激光油烟传感装置，用于检测排烟管道内的油烟浓度，包括：光发射器，用于发射光源照射排烟管道内的油烟物质；光接收器，用于接收由排烟管道内油烟物质的散射光，并根据散射光的强度与油烟物质浓度的对应关系，将散射光强度信息转化为电信号；输出器，用于根据所述电信号的大小计算出排烟管道内油烟物质的浓度并输出。该传感装置及其检测油烟方法具有输出信号受现场环境影响较小，防污染能力强，灵敏度、精度更高的优点。但是，上述专利中的油烟检测装置采用背散射的方式对油烟进行检测，该装置存在以下不足：1、排烟管道内的杂散光易对光接收器进行干扰，降低了油烟测量的准确度；2、背散射产生的信号光较弱，导致光接收器接收的信号光强度较弱。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何设计一种降低排烟管道内的杂光干扰并且提高信号光强度的油烟检测装置。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：一种油烟检测装置，包括光发射模块、光接收模块和处理模块，还包括油烟采样模块，所述油烟采样模块包括进气管、出气管和采样箱，所述采样箱位于排烟管外，用于存储采样油烟气体，并且用于安装光发射模块和光接收模块；所述进气管的一端与排烟管道连通，另一端与采样箱连通，用于油烟气体从排烟管道流入到采样箱；所述出气管的一端与采样箱连通，另一端与排烟管道连通，用于油烟气体从采样箱流出到排烟管道。通过油烟采样模块使得检测油烟气体的过程处于一个稳定并且封闭的黑暗环境，使得外界杂散光对光接收模块的干扰降到最低，大幅增加了油烟检测的准确度。现有技术中的油烟检测装置位于排烟管道内部，本专利中由于采样箱位于排烟管外，使得安装油烟检测装置时的安装难度降低，仅需在排烟管道上开两个采样孔即可完成安装。
作为优选，所述光发射模块包括若干个激光发射器，位于采样箱的下侧；所述光接收模块位于采样箱的上侧；所述进气管伸入排烟管道并且设有排烟管道入风口方向的迎风面管口；所述出气管伸入排烟管道并且设有排烟管道出风口方向的背风面管口。光接收模块和光发射模块相对放置，散射角小于45°的散射光进入光接收模块，使得光接收模块接收的是正向散射的激光光强信号，正向散射信号比现有技术中的背散射信号的强度强烈很多，大幅提高了油烟检测的信号光强度，多个激光发射器的设置使得探测光强进一步的提高。当排烟管道内有烟气流动时，迎风面管口和背风面管口会产生压力差，压力差会驱动烟气进入进气管，经过采样箱，然后从出气管回流至排烟管道内。
作为优选，所述采样箱为纵截面为八边形的盒子，内侧涂布有吸光材料，所述采样箱的左侧与进气管连通，所述采样箱的右侧与出气管连通。内侧涂有吸光材料的采样箱进一步保障了检测过程中的黑暗环境，降低了外界杂散光的影响。
作为优选，所述光发射模块包括两个激光发射器，分别位于采样箱的左下端和右下端。
作为优选，所述采样模块还包括抽气单元，油烟气体从排烟管道进入进气管，再进入采样箱，再进入出气管，最后回流至排烟管道，所述抽气单元用于上述油烟气体流动过程提供动力。抽气单元的增加使得采样箱中的油烟气体与排烟管道中的油烟气体保持组分一致性，提高了采样准确性。
作为优选，所述光接收模块包括光电传感器和聚焦透镜，所述光电传感器位于聚焦透镜的像方焦点附近，光发射模块发射的信号光经过采样箱内油烟气体的散射后，散射光经过聚焦透镜汇聚至光电传感器上，所述光电传感器与处理模块电连接。
作为优选，所述光接收模块包括光纤传感单元和聚焦透镜，所述聚焦透镜用于将采集到的散射光信号汇聚到光纤传感单元上，所述光纤传感单元包括耦合波导和光纤耦合器，所述耦合波导为SOI脊形波导，聚焦透镜采集的散射光信号从SOI脊形波导的端面耦合入SOI脊形波导；所述光纤耦合器为透射型光纤光栅耦合器，SOI脊形波导内的散射光信号通过光耦合效应进入透射型光纤光栅耦合器，然后通过光纤传输到处理模块进行信号处理。使用光纤传感单元使得处理模块接收到的是光信号，现有技术中处理模块处理的是通过光电转换得到的电信号，光电转换的过程中微弱信号由于光电传感器的探测阈值会导致探测信号的失真，通过纯光信号的传输使得油烟检测更加准确，提高了检测精度。
作为优选，该油烟检测装置还包括吹气模块，所述吹气模块分别位于光发射模块的发射口和光接收装置的聚焦透镜镜头处，用于避免油烟气体污染。
作为优选，所述抽气单元位于进气管与排烟管道的连接口的进气管一侧，包括扇叶排气扇和滤网单元，均受控于处理模块，所述滤网单元为罩在进气管管口上的可调节滤网网孔大小的滤网。滤网的网孔孔径设定在2μm~45μm，该滤网包括两片相同的270目筛孔尺寸的筛网和旋转单元，旋转单元的转子固定在其中一个筛网上，当两片筛网孔洞重合时，网孔孔径为45μm，当两片筛网的网孔错开时，滤网孔径变小，通过旋转量控制网孔孔径。
一种油烟检测装置的检测方法，适用于权利要求9所述的一种油烟检测装置，包括以下步骤：
S1：准备阶段，开启吹气模块达到最大功率，调节滤网单元的网孔孔径到达2μm，开启扇叶排气扇排空采样箱内部残留的大颗粒油烟气体，同时开启光发射模块和光接收模块，当油烟含量小于设定值时关闭扇叶排气扇，并调低吹气模块的工作功率；
S2：采样阶段，调节滤网单元的网孔孔径到达设定值X，开启扇叶排气扇，使得粒度小于X的油烟气体分子经过进气管进入采样箱，然后从出气管回流至排烟管道，同时开启左下端的激光发射器和光接收模块，当油烟含量增加到在最大值测量值的±5%范围内波动的平稳曲线时，结束采样阶段；
S3：检测阶段，同时开启左下端和右下端的激光发射器，使得光接收模块的采样信号达到最大，并绘制采样曲线；
S4：尾吹阶段，开启吹气模块达到最大功率并调节滤网单元的网孔孔径到达最小孔径。这种油烟检测方法能够获取精确测量油烟气体分子中各粒度值的含量数据，比如设定X为2.5μm时，可以测定油烟中PM2.5的含量。
本发明的实质性效果是：1、通过油烟采样模块使得检测油烟气体的过程处于一个稳定并且封闭的黑暗环境，使得外界杂散光对光接收模块的干扰降到最低，大幅增加了油烟检测的准确度；2、正向散射信号比现有技术中的背散射信号的强度强烈很多，大幅提高了油烟检测的信号光强度；3、通过纯光信号的传输使得油烟检测更加准确，提高了检测精度；4、降低油烟检测装置的安装难度；5、油烟检测方法能够获取精确测量油烟气体分子中各粒度值的含量数据。
附图说明
图1为本发明的油烟检测装置的结构示意图。
图中：1、油烟气体，2、进气管，3、采样箱，4、出气管，5、激光发射器，6、出射激光，7、散射激光，8、聚焦透镜，9、光电传感器，10、吹气模块，11、排烟管道，12、抽气单元。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：图1为本发明的油烟检测装置的结构示意图，该油烟检测装置包括光发射模块、光接收模块、处理模块、油烟采样模块和吹气模块10，油烟采样模块包括进气管2、出气管4、采样箱3和抽气单元12。采样箱3位于排烟管的外部，通过两个采样孔洞安装在排烟管道11上，用于存储采样油烟气体1，并且用于安装光发射模块和光接收模块，采样箱3为纵截面为八边形的盒子，内侧涂布有吸光材料，采样箱3的左侧与进气管2连通，采样箱3的右侧与出气管4连通，内侧涂有吸光材料的采样箱3进一步保障了检测过程中的黑暗环境，降低了外界杂散光的影响。光发射模块包括两个激光发射器5，分别位于采样箱3的左下端和右下端，光接收模块包括光电传感器9和聚焦透镜8，聚焦透镜8的镜筒开口于采样箱3的正上方，光电传感器9位于聚焦透镜8的像方焦点附近，光发射模块发射的出射激光6经过采样箱3内油烟气体1的散射后，散射激光7经过聚焦透镜8汇聚至光电传感器9上，光电传感器9与处理模块电连接。抽气单元12为扇叶排气扇，安装在进气管2或者出气管4靠近排烟管道11的位置。油烟气体1受抽气单元12影响，从排烟管道11进入进气管2，再进入采样箱3的左侧孔洞，再从采样箱3的右侧孔洞进入出气管4，最后油烟气体1通过出气管4回流至排烟管道11。抽气单元12的增加使得采样箱3中的油烟气体1与排烟管道11中的油烟气体1保持组分一致性，提高了采样准确性。通过油烟采样模块使得检测油烟气体1的过程处于一个稳定并且封闭的黑暗环境，使得外界杂散光对光接收模块的干扰降到最低，大幅增加了油烟检测的准确度，此外，排烟管道11由于与排风机连接，往往会产生振动，使得检测过程受到影响，比如说，如果光电传感器9安装在排烟管道11上，排烟管道11的振动使得聚焦透镜8采集的散射激光7信号偏离光电传感器9，而将光发射模块和光接收模块安装在采样箱3内部，使得检测过程获得了一个不受振动影响的检测环境，从而提高了检测精度。吹气模块10分别位于光发射模块的发射口和光接收装置的聚焦透镜8镜头处，用于避免油烟气体1污染。进气管2伸入排烟管道11并且设有排烟管道11入风口方向的迎风面管口，出气管4伸入排烟管道11并且设有排烟管道11出风口方向的背风面管口。当排烟管道11内有烟气流动时，迎风面管口和背风面管口会产生压力差，压力差会驱动烟气进入进气管2，经过采样箱3，然后从出气管4回流至排烟管道11内。
光接收模块和光发射模块相对放置，散射角小于45°的散射激光7进入光接收模块，使得光接收模块接收的是正向散射的激光光强信号，正向散射信号比现有技术中的背散射信号的强度强烈很多，大幅提高了油烟检测的信号光强度，两个激光发射器5的设置使得探测光强进一步的提高。
抽气单元位于进气管与排烟管道的连接口的进气管一侧，包括扇叶排气扇和滤网单元，均受控于处理模块，滤网单元为罩在进气管管口上的可调节滤网网孔大小的滤网。滤网的网孔孔径设定在2μm~45μm，该滤网包括两片相同的270目筛孔尺寸的筛网和旋转单元，旋转单元的转子固定在其中一个筛网上，旋转单元受控于处理模块，当两片筛网孔洞重合时，网孔孔径为45μm，当两片筛网的网孔错开时，滤网孔径变小，通过旋转量控制网孔孔径。
一种油烟检测装置的检测方法，适用于前述油烟检测装置，包括以下步骤：
S1：准备阶段，开启吹气模块达到最大功率，调节滤网单元的网孔孔径到达2μm，开启扇叶排气扇排空采样箱内部残留的大颗粒油烟气体，同时开启光发射模块和光接收模块，当油烟含量小于设定值时关闭扇叶排气扇，并调低吹气模块的工作功率；
S2：采样阶段，调节滤网单元的网孔孔径到达设定值X，开启扇叶排气扇，使得粒度小于X的油烟气体分子经过进气管进入采样箱，然后从出气管回流至排烟管道，同时开启左下端的激光发射器和光接收模块，当油烟含量增加到在最大值测量值的±5%范围内波动的平稳曲线时，结束采样阶段；
S3：检测阶段，同时开启左下端和右下端的激光发射器，使得光接收模块的采样信号达到最大，并绘制采样曲线；
S4：尾吹阶段，开启吹气模块达到最大功率并调节滤网单元的网孔孔径到达最小孔径。这种油烟检测方法能够获取精确测量油烟气体分子中各粒度值的含量数据，比如设定X为2.5μm时，可以测定油烟中PM2.5的含量。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (10)
1.一种油烟检测装置，包括光发射模块、光接收模块和处理模块，其特征在于，还包括油烟采样模块，所述油烟采样模块包括进气管、出气管和采样箱，
所述采样箱位于排烟管外，用于存储采样油烟气体，并且用于安装光发射模块和光接收模块；
所述进气管的一端与排烟管道连通，另一端与采样箱连通，用于油烟气体从排烟管道流入到采样箱；
所述出气管的一端与采样箱连通，另一端与排烟管道连通，用于油烟气体从采样箱流出到排烟管道。
2.根据权利要求1所述的一种油烟检测装置，其特征在于，所述光发射模块包括若干个激光发射器，位于采样箱的下侧；所述光接收模块位于采样箱的上侧；所述进气管伸入排烟管道并且设有排烟管道入风口方向的迎风面管口；所述出气管伸入排烟管道并且设有排烟管道出风口方向的背风面管口。
3.根据权利要求1所述的一种油烟检测装置，其特征在于，所述采样箱为纵截面为八边形的盒子，内侧涂布有吸光材料，所述采样箱的左侧与进气管连通，所述采样箱的右侧与出气管连通。
4.根据权利要求2或3所述的一种油烟检测装置，其特征在于，所述光发射模块包括两个激光发射器，分别位于采样箱的左下端和右下端。
5.根据权利要求1所述的一种油烟检测装置，其特征在于，所述采样模块还包括抽气单元，油烟气体从排烟管道进入进气管，再进入采样箱，再进入出气管，最后回流至排烟管道，所述抽气单元用于上述油烟气体流动过程提供动力。
6.根据权利要求5所述的一种油烟检测装置，其特征在于，所述光接收模块包括光电传感器和聚焦透镜，所述光电传感器位于聚焦透镜的像方焦点附近，光发射模块发射的信号光经过采样箱内油烟气体的散射后，散射光经过聚焦透镜汇聚至光电传感器上，所述光电传感器与处理模块电连接。
7.根据权利要求5所述的一种油烟检测装置，其特征在于，所述光接收模块包括光纤传感单元和聚焦透镜，所述聚焦透镜用于将采集到的散射光信号汇聚到光纤传感单元上，
所述光纤传感单元包括耦合波导和光纤耦合器，所述耦合波导为SOI脊形波导，聚焦透镜采集的散射光信号从SOI脊形波导的端面耦合入SOI脊形波导；
所述光纤耦合器为透射型光纤光栅耦合器，SOI脊形波导内的散射光信号通过光耦合效应进入透射型光纤光栅耦合器，然后通过光纤传输到处理模块进行信号处理。
8.根据权利要求6或7所述的一种油烟检测装置，其特征在于，还包括吹气模块，所述吹气模块分别位于光发射模块的发射口和光接收装置的聚焦透镜镜头处，用于避免油烟气体污染。
9.根据权利要求8所述的一种油烟检测装置，其特征在于，所述抽气单元位于进气管与排烟管道的连接口的进气管一侧，包括扇叶排气扇和滤网单元，均受控于处理模块，所述滤网单元为罩在进气管管口上的可调节滤网网孔大小的滤网。
10.一种油烟检测装置的检测方法，适用于权利要求9所述的一种油烟检测装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1：准备阶段，开启吹气模块达到最大功率，调节滤网单元的网孔孔径到达2μm，开启扇叶排气扇排空采样箱内部残留的大颗粒油烟气体，同时开启光发射模块和光接收模块，当油烟含量小于设定值时关闭扇叶排气扇，并调低吹气模块的工作功率；
S2：采样阶段，调节滤网单元的网孔孔径到达设定值X，开启扇叶排气扇，使得粒度小于X的油烟气体分子经过进气管进入采样箱，然后从出气管回流至排烟管道，同时开启左下端的激光发射器和光接收模块，当油烟含量增加到在最大值测量值的±5%范围内波动的平稳曲线时，结束采样阶段；
S3：检测阶段，同时开启左下端和右下端的激光发射器，使得光接收模块的采样信号达到最大，并绘制采样曲线；
S4：尾吹阶段，开启吹气模块达到最大功率并调节滤网单元的网孔孔径到达最小孔径。
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