CN109655386A - 颗粒物浓度检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种颗粒物浓度检测装置及检测方法，其中该检测装置包括测量单元、参比修正单元以及与分别与所述测量单元和参比修正单元连接的控制器；测量单元包括向待测颗粒发射激光的光源以及用于接收待测粉尘颗粒散射出的散射光信号的第二光探头，并将散射光信号转换成粉尘浓度信号后发送至控制器；参比修正单元包括第一光探头和设置用于将光源分成两条光路的分光器；经分光器分出的其中一束光发射向待测粉尘颗粒，另一束光通过第一光探头接收后转换成参比电信号后发送至控制器；控制器分别与第一光探头和第二光探头连接，用于接收参比电信号和粉尘浓度信号，并通过所述参比电信号和粉尘浓度信号得到粉尘颗粒浓度信号。

Description

颗粒物浓度检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种颗粒物浓度检测装置及检测方法。

背景技术

随着国民经济的快速发展，在工业生产的许多领域，如燃煤电厂、水泥等在生产过程中都会向大气中排放烟尘，由此带来环境污染日益突出，给人们的生活和身体健康造成了不良影响。因此，对烟尘浓度的排放进行限制已刻不容缓，而对粉尘进行实时监测为限制排放提供了数据支撑。目前工业测量主要采用激光散射法，在工业现场采用原位安装的方式进行测量，由于现场环境恶劣，会给粉尘设备带来一定的影响，影响测量精度。低浓度测量时尤其明显，因而提高准确度变得更加重要。

如公开专利申请号：201510053394.1，公开号为CN104596904A专利中描述了本发明涉及一种激光粉尘传感器的粉尘浓度测量方法，在常温下，对激光粉尘传感器进行标定，并记录标定时对粉尘测量浓度有影响的三个指标：光电传感器经一级放大器后的电压值、再经过一个隔直电容和一个二级放大器后的比较电压值和风扇转速；对光路器件的衰减、温湿度的变化等因素进行修正；对激光粉尘传感器中的风扇转速进行修正；从而得到激光粉尘传感器的实时粉尘测量浓度。本发明通过对传感器粉尘测量浓度有影响的各个因素依次进行修正补偿，大大提高了传感器的测量准确度。

该测量方法需要对光电传感器、光路器件的衰减、温湿度等影响因素进行对比修正，增加了***的复杂性。同时需要做大量试验才能得到补偿结果，给仪器的维护及相关检验增加负担，不便于在线仪器的操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种颗粒物浓度检测装置，以解决激光散射粉尘仪在工作过程中，易受环境温度、湿度、压力等外界因素对测量信号的干扰而导致易出现测量误差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种颗粒物浓度检测装置，包括测量单元、参比修正单元以及与分别与所述测量单元和参比修正单元连接的控制器。

所述测量单元包括向待测颗粒发射激光的光源以及用于接收待测粉尘颗粒散射出的散射光信号的第二光探头，并将所述散射光信号转换成粉尘浓度信号后发送至所述控制器。

所述参比修正单元包括第一光探头和设置用于将所述光源分成两条光路的分光器；经所述分光器分出的其中一束光发射向待测粉尘颗粒，另一束光通过第一光探头接收后转换成参比电信号后发送至所述控制器。

所述控制器分别与所述第一光探头和第二光探头连接，用于接收所述参比电信号和粉尘浓度信号，并通过所述参比电信号和粉尘浓度信号得到粉尘颗粒浓度信号。

进一步地，所述分光器为消偏振分光棱镜，所述分出的P偏光发射至待测粉尘颗粒，S偏光通过一反射镜反射至第一光探头。

进一步地，所述分光器和反射镜设置在一透明镜盒内，且设置所述镜盒的同一侧壁上，所述第一光探头和所述光源设置在镜盒的与分光器和反射镜相对的另一侧壁上。

进一步地，所述第一光探头设置在第一接收筒的一端，第一接收筒的另一端迎向经所述分光器分出的所述另一束光的光路上。

进一步地，所述第二光探头设置在第二接收筒的一端，第二接收筒的另一端迎向待测粉尘颗粒散射出的散射光信号的光路上。

进一步地，所述第二接收筒的所述另一端向所述光源所述在的一侧倾斜设置。

进一步地，所述光源、第一接收筒和第二接收筒均固定在一底座上。

进一步地，所述控制器包括微控制器，分别与所述微控制器连接的AD采样器、电源和输出单元，所述第一光探头和第二光探头通过输入端元与AD采样器连接。

此外本申请还申请一种颗粒物浓度检测的方法，包括以下步骤：

S1：获取标准条件下的参比电信号和粉尘浓度信号，并通过所述参比电信号和粉尘浓度信号计算得出干扰系数；

S2：根据所述干扰系数和实际工作过程获取的实时参比电信号对工作过程中的粉尘浓度信号进行补偿得到实际粉尘浓度。

进一步地，所述干扰系数K的计算公式为：

其中，R₀为在标准条件下第一光探头获取到的参比电信号，S₀为在标准条件下第一光探头获取到的粉尘浓度信号。

进一步地，所述实际粉尘浓度S的计算公式为：

S＝S₁-K*R₁。

其中，R₁为工作测量时第一光探头获取到的参比电信号，S₁为第一光探头获取到的粉尘浓度信号。

本发明的有益效果为：本发明通过采用参比的方法消除环境因素对***带来的干扰，通过棱镜及反射镜可以获取到光源的功率、波长等信息，再通过对比计算，简单高效实现了对外界环境因素的实时补偿。此外本发明方案中，采用模块化设计，各模块可以独立工作、方便出厂调试，同时具有现场维护方便的特点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

其中：1、控制器；2、第一光探头；3、第一接收筒；4、准直光源；5、镜盒；6、分光镜；7、反射镜；8、底座；9、第二接收筒；10、第二光探头。

具体实施方式

如图1所示的颗粒物浓度检测装置，包括测量单元、参比修正单元以及与分别与所述测量单元和参比修正单元连接的控制器1；下面分别对各个单元进行详细描述：

所述测量单元包括向待测颗粒发射激光的光源以及用于接收待测粉尘颗粒散射出的散射光信号的第二光探头10，并将所述散射光信号转换成测量电信号后发送至所述控制器1。其中，光源可采用直准光源，并且，所述第二光探头 10设置在第二接收筒9的一端，第二接收筒9的另一端迎向待测粉尘颗粒散射出的散射光信号的光路上。此外，所述第二接收筒9的所述另一端可向所述光源所述在的一侧倾斜设置，可使第二光探头10准确地接收到粉尘颗粒散射信号。

所述参比修正单元包括第一光探头2和设置用于将所述光源分成两条光路的分光器；所述第一光探头2设置在第一接收筒3的一端，第一接收筒3的另一端迎向经所述分光器分出的所述另一束光的光路上。其中，所述分光器可采用消偏振分光棱镜，经所述消偏振分光棱镜分出的其中一束光(P偏光)发射向待测粉尘颗粒，另一束光(S偏光)通过第一光探头2接收后转换成参比电信号后发送至所述控制器1。

所述控制器1分别与所述第一光探头2和第二光探头10连接，用于接收所述参比电信号和测量电信号，并通过所述参比电信号和测量电信号得到粉尘颗粒浓度信号。其中，所述控制器1包括微控制器1，分别与所述微控制器1连接的AD采样器、电源和输出单元，所述第一光探头2和第二光探头10通过输入端元与AD采样器连接。

根据本申请的一个实施例，所述分光器和反射镜7设置在一透明镜盒5内，且设置所述镜盒5的同一侧壁上，所述第一光探头2和所述光源设置在镜盒5 的与分光器和反射镜7相对的另一侧壁上。

所述光源、第一接收筒3和第二接收筒9均固定在一底座8上。通过将光源、第一接收筒3和第二接收筒9固定在一底座8上。本发明的底座8结构紧凑，使得所有的零部件都安装在一个构件上，保证了各接收筒的相对位置，提高了***测量的稳定性。

本申请的工作原理为：

准直光源4发射出一束激光，该激光在通过镜盒5时被放置在其中的分光镜6分成两束光，其中一束(P偏光)沿着原方向射向待检测粉尘颗粒，第一光探头2用于接收待测粉尘颗粒散射出的散射光信号并将接收的信号发送至控制器1；另外一束光(S偏光)则沿着垂直方向射出，入射到反射镜7后进入到第二接收筒9中，被第二光探头10接收，第二光探头10将在接收到的信号传输到控制器1中进行处理。

控制器1采用恒功率方式驱动准直光源4，负责第一光探头2和第二探头的信号采集、量化及计算。其计算方法如下：

在标准条件下采集一组稳定的信号，其中第一光探头2获取到的参比电信号标记为R₀，第一光探头2获取到的量电信号标记为S₀。通过计算得到干扰系数：

在工作测量时，将第一光探头2获取到的参比电信号标记为R₁，第一光探头2获取到的量电信号标记S₁，则补偿后的粉尘信号为

S＝S₁-K*R₁。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种颗粒物浓度检测装置，其特征在于，包括测量单元、参比修正单元以及与分别与所述测量单元和参比修正单元连接的控制器；

所述测量单元包括向待测颗粒发射激光的光源以及用于接收待测粉尘颗粒散射出的散射光信号的第二光探头，并将所述散射光信号转换成粉尘浓度信号后发送至所述控制器；

所述参比修正单元包括第一光探头和设置用于将所述光源分成两条光路的分光器；经所述分光器分出的其中一束光发射向待测粉尘颗粒，另一束光通过第一光探头接收后转换成参比电信号后发送至所述控制器；

所述控制器分别与所述第一光探头和第二光探头连接，用于接收所述参比电信号和粉尘浓度信号，并通过所述参比电信号和粉尘浓度信号得到粉尘颗粒浓度信号。

2.根据权利要求1所述的颗粒物浓度检测装置，其特征在于，所述分光器为消偏振分光棱镜，所述分出的P偏光发射至待测粉尘颗粒，S偏光通过一反射镜反射至第一光探头。

3.根据权利要求1或2所述的颗粒物浓度检测装置，其特征在于，所述分光器和反射镜设置在一透明镜盒内，且设置所述镜盒的同一侧壁上，所述第一光探头和所述光源设置在镜盒的与分光器和反射镜相对的另一侧壁上。

4.根据权利要求3所述的颗粒物浓度检测装置，其特征在于，所述第一光探头设置在第一接收筒的一端，第一接收筒的另一端迎向经所述分光器分出的所述另一束光的光路上。

5.根据权利要求4所述的颗粒物浓度检测装置，其特征在于，所述第二光探头设置在第二接收筒的一端，第二接收筒的另一端迎向待测粉尘颗粒散射出的散射光信号的光路上。

6.根据权利要求5所述的颗粒物浓度检测装置，其特征在于，所述第二接收筒的所述另一端向所述光源所述在的一侧倾斜设置。

7.根据权利要求1所述的颗粒物浓度检测装置，其特征在于，所述控制器包括微控制器，分别与所述微控制器连接的AD采样器、电源和输出单元，所述第一光探头和第二光探头通过输入端元与AD采样器连接。

8.一种采用权利要求1-7任一所述的颗粒物浓度检测装置进行颗粒物浓度检测的方法，包括以下步骤：

S1：获取标准条件下的参比电信号和粉尘浓度信号，并通过所述参比电信号和粉尘浓度信号计算得出干扰系数；

S2：根据所述干扰系数和实际工作过程获取的实时参比电信号对工作过程中的粉尘浓度信号进行补偿得到实际粉尘浓度。

9.根据权利要求8所述的颗粒物浓度检测方法，其特征在于，所述干扰系数K的计算公式为：

其中，R₀为在标准条件下第一光探头获取到的参比电信号，S₀为在标准条件下第一光探头获取到的粉尘浓度信号。

10.根据权利要求8所述的颗粒物浓度检测方法，其特征在于，所述实际粉尘浓度S的计算公式为：

S＝S₁-K*R₁。

其中，R₁为工作测量时第一光探头获取到的参比电信号，S₁为第一光探头获取到的粉尘浓度信号。