CN203981542U - 一种颗粒物检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种测量空气中颗粒物的相关信息的颗粒物检测装置，包括气流单元、检测单元和检测结果计算单元；气流单元包括驱动部件和气流通道，驱动部件驱动所述检测装置外的空气进入气流通道，检测单元设置在所述气流通道上并将所述空气中颗粒物的相关信息转换成电信号，检测结果计算单元根据检测单元输出的电信号输出检测结果；所述颗粒物检测装置还具有反馈所述驱动部件的驱动速度的反馈单元。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种颗粒物检测装置，尤其涉及一种测定空气中颗粒物的数量或者颗粒物浓度的检测装置。
技术背景
在生产生活的许多领域中，需要对颗粒物的浓度或数量等参数进行检测，例如工厂烟道中排放的颗粒物的检测；环境中大气粉尘的检测；矿下易燃易爆粉尘的检测；以及商用或者家用的空气净化设备的颗粒物传感器等。颗粒物的检测方法主要有筛分、显微镜、沉降、电感应、光散射法等，其中光散射法测试时间短，能够连续测量，避免了受气候变化、湿度变化等因素影响检测效果的弊端，而且没有如定期更换滤膜等较为繁琐的维护工作，因此适用范围广，发展迅速，是目前比较好的颗粒物检测方法。
光散射测定方法的基本原理是利用光线通过不均匀的介质而偏离原来的传播方向并散开到所有方向的现象（丁达尔现象），然后通过检测光强的变化来计算颗粒数或者通过光强来计算颗粒浓度。具体实施时，常见的结构采用两组相交的光路：照明光路和散射光检测光路，测试区位于两组光路的交点。没有粉尘通过测试区时，光沿着照明光路前进，不会进入散射光检测光路。当粉尘经过测试区时，破坏了测试区的光学均匀性，照明光路射出的光发生散射，部分进入检测光路，经过光电管转换后输出变化的电压信号，其电压变化程度与颗粒物等效直径相关。对于颗粒物计数的应用，借助预先标定的颗粒物等效直径与输出电压的关系，就可以换算出流经测试区的颗粒物大小，计数得到一段时间内流经测试区的颗粒数以及其等效直径分布。对于测量颗粒物浓度的应用，利用变化电压的低频信号来表征浓度，或者当流经测试区的不是单个粒子而是粒子群时，电压变化程度与浓度有关，可以根据一定的换算关系，来计算颗粒物浓度。
从上述原理可知，一定时间内进入检测区的空气流量对测量结果是一个显著的影响因素，在颗粒物计数应用上，更是直接参与最终结果计算。而在实际应用时，空气流量可能会偏离预先标定时设定的条件，甚至发生频繁波动，影响根据原先标定的关系换算出的颗粒物直径或者浓度的准确性。
针对上述缺陷，授权公告号为CN 102221519A的中国发明专利《直读式粉尘浓度检测仪》公开了一种粉尘浓度检测仪。该检测仪在连接进气口和出气口之间的连接管路上装有第一、第二压力传感器，两个压力传感器的反馈与压差检测装置相连，用于调节气动装置的电机转速，从而使流经连接管路的气流稳定，保证对空气中的粉尘浓度的精确检测。上述发明的不足在于其所述的双压力传感器对于小型设备来说，成本高，体积大。而且在常见小型传感器产品上（如空气净化器），气路相对敞开，进气口和出气口压力都接近于外界压力，使用该发明难以获得足够精度的压力差来调节气流的稳定。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种测量空气中颗粒物的相关信息的颗粒物检测装置，包括气流单元、检测单元和检测结果计算单元；气流单元包括驱动部件和气流通道，驱动部件驱动所述检测装置外的空气进入气流通道，检测单元设置在所述气流通道上并将所述空气中颗粒物的相关信息转换成电信号，检测结果计算单元根据检测单元输出的电信号输出检测结果；所述颗粒物检测装置还具有反馈所述驱动部件的驱动速度的反馈单元。
优选地，所述驱动部件为风扇或电机驱动的气泵；所述反馈单元反馈的所述驱动速度为所述风扇或电机的转速。
优选地，所述反馈单元是光电编码盘或所述风扇或气泵的电机端的电压或电流的检测引线。
优选地，所述检测单元为由发光部件和受光部件组成的光学检测单元。
优选地，还包括空气流量计算单元；所述空气流量计算单元接收所述反馈单元反馈的所述驱动速度，并根据所述驱动速度计算所述气流通道中的空气流量。
优选地，所述空气流量计算单元中存储有所述驱动速度与所述气流通道中的空气流量的对应关系，并根据所述对应关系计算所述气流通道中的空气流量。
优选地，还包括与所述驱动部件连接的空气流量控制单元；所述空气流量控制单元接收所述空气流量计算单元输出的空气流量，并通过控制所述驱动部件的驱动速度将气流通道中的空气流量保持在预设值。
优选地，所述检测结果计算单元根据所述空气流量计算单元计算的所述空气流量和检测单元输出的电信号计算出检测结果。
优选地，还包括与所述空气流量计算单元连接的温度或压力传感器；所述空气流量计算单元根据所述温度或压力传感器测量的温度或压力相对于标定值的偏移量对计算的所述空气流量进行校正。
优选地，还包括与所述驱动部件连接的驱动速度控制单元；所述驱动速度控制单元接收所述反馈单元反馈的所述驱动速度，并将所述驱动速度保持在预设值。
优选地，还包括与所述驱动速度控制单元连接的温度或压力传感器；所述驱动速度控制单元根据所述温度或压力传感器测量的温度或压力将所述驱动速度保持在该温度或压力下对应的预设值。
优选地，所述检测结果计算单元根据所述反馈单元反馈的所述驱动速度和检测单元输出的电信号计算出检测结果。
本实用新型涉及的颗粒物检测装置基本消除了空气流量偏离标定值对测量结果的影响，大幅提高了检测精度。同时还避免了使用复杂的结构带来的体积增大，成本增高的问题。尤其是在使用自身带有驱动速度反馈电路的空气驱动装置时，可以大大减低整个装置的生产成本和体积，非常适合用在小型粉尘传感器中。
附图说明
图1为本实用新型实施方式涉及的颗粒物检测装置的原理示意图；
图2为本实用新型的一种实施方式涉及的颗粒物检测装置的控制单元的结构示意图；
图3为本实用新型的另一实施方式涉及的颗粒物检测装置的控制单元的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式说明本实用新型的颗粒物检测装置。本实施方式以使用光散射测定方法的颗粒物检测装置为例进行说明。
图1为本实用新型实施方式涉及的颗粒物检测装置的原理示意图。本实施方式的颗粒物检测装置包括气流通道1、风扇2、发光单元3、受光单元4和控制单元5。气流通道1设置在装置内的暗室中，避免受外界光的影响。风扇2位于气流通道1的一端，驱动外界空气沿气流通道1流动。发光单元3和受光单元4设置于气流通道1的侧方，发光单元3向气流通道1照射光，受光单元4设置在能够接收到散射光的位置。受光单元4为光电转换装置，将接收到的散射光转换为电信号，由控制单元5对电信号进行处理，输出检测结果。
本实施方式的颗粒物检测装置的风扇2上装有转速反馈单元6。转速反馈单元6可以是光电编码盘，也可以是电机端的电压或电流的检测引线。转速反馈单元6连接控制单元5，将转速反馈给控制单元5。对于特定的风扇来说，转速和空气流量之间存在一定的对应关系。控制单元5根据反馈的转速信号，对照预先标定的转速与流量的对应关系，计算可得到当前空气流量。在本实施方式中，控制单元5包括流量补偿单元51和检测结果计算单元52，其中的流量补偿单元51根据转速反馈单元6反馈的转速进行相应的控制，对空气流量相对于标定值的偏离值进行补偿。
以下结合具体实施例进一步说明本实施方式。
实施例1
图2为本实施例的颗粒物检测装置的控制单元的结构示意图。本实施例的颗粒物检测装置的流量补偿单元51包括转速反馈调理单元511、流量计算单元512、流量控制单元513和电机控制单元514；检测结果计算单元52包括光电信号调理单元521和检测结果计算单元522。
在检测装置工作时，风扇2的转速反馈单元6输出与风扇转速相应的电信号，该电信号传送给转速反馈调理单元511进行降噪整形等处理后将表征风扇转速的纯净的电信号输出给流量计算单元512。流量计算单元512根据预先标定的风扇转速与空气流量的对应关系将风扇转速转换成空气流量并输出给流量控制单元513。流量控制单元513中预先存有检测装置所使用的空气流量的标定值，即检测结果计算单元52是根据该标定值来计算颗粒物的浓度或直径等参数。流量控制单元513计算实时空气流量相对标定值是否有偏离，确定是否需要对风扇转速进行调整以及调整值。如果需要调整，调整值输出给电机控制单元514，由电机控制单元514对风扇转速进行调整。这样，通过流量补偿单元51的控制，使得空气流量基本稳定在标定值，消除了空气流量的波动对检测结果的影响。
除了风扇转速，温度或压力的变化也会对空气流量造成一定影响，其影响的程度可以通过实验预先标定。因此，还可以在气流通道1上设置温度传感器或压力传感器7，对温度或压力进行补偿。温度传感器或压力传感器7的测量数据发送给流量计算单元512，流量计算单元512根据预先标定的温度、压力对空气流量的影响程度对所计算的空气流量进行校正。
受光单元4输出的电信号进入光电信号调理单元521进行滤波降噪等处理后输出给检测结果计算单元522。检测结果计算单元522中存有电信号与颗粒物参数的对应关系表。对特定型号的检测装置，用检测装置检测不同参数的颗粒物可以得到不同的电信号值与颗粒物参数的对应关系，重复检测不同参数的颗粒物就可以得到该对应关系表。检测结果计算单元522将光电信号调理单元521输出的电信号的强度与该对应关系表进行比较，如果该电信号强度有对应的颗粒物参数就以该参数作为计算结果，如果表中没有该电信号强度，则进行插值计算，以插值计算的结果作为计算结果。得到计算结果后，检测结果计算单元522将计算结果输出。输出的计算结果通过数字或者模拟通讯输出到外部装置上。
在本实施例中，在流量补偿单元51中先由流量计算单元512将风扇转速换算成空气流量，再由流量控制单元513对风扇转速进行控制。但如前所述，对于特定的风扇来说，转速和流量之间存在一定的对应关系。因此，并不一定要将风扇转速转换成空气流量来进行控制，也可以将风扇转速控制在标定的空气流量对应的转速下。此时，流量补偿单元51包括转速反馈调理单元511、转速控制单元和电机控制单元514。其中，转速控制单元预先存有标定的空气流量对应的风扇转速，以控制恒定转速。如果需要对温度或压力进行补偿，则需要在标定转速的基础上根据温度或压力对转速进行微调。此时，需要根据实验标定温度或压力与转速调整值的对应关系，并预存在转速控制单元中。
实施例2
实施例1的颗粒物检测装置利用流量补偿单元51将空气流量保持恒定以消除测量误差，但也可以不必保持空气流量恒定，而是如本实施例所示，在计算测量结果时引入实时空气流量相对于标定值的偏离量对检测结果进行修正。
图3为本实施例的颗粒物检测装置的控制单元的结构示意图。本实施例的流量补偿单元51在实施例1的基础上取消了流量控制单元513和电机控制单元514；检测结果计算单元52的结构与实施例1相同。风扇2的转速反馈单元6输出与风扇转速相应的电信号，该电信号传送给转速反馈调理单元511进行降噪整形等处理后将表征风扇转速的纯净的电信号输出给流量计算单元512。流量计算单元512根据预先标定的风扇转速与空气流量的对应关系将风扇转速转换成空气流量。与实施例1不同的是，流量计算单元512计算的空气流量不用于控制风扇2的转速，而是输出到检测结果计算单元522用于对检测结果进行修正。
受光单元4输出的电信号进入光电信号调理单元521进行滤波降噪等处理后输出给检测结果计算单元522。检测结果计算单元522中存储的对应关系表中的与颗粒物参数对应的项目除了电信号以外还有空气流量相对标定值的偏离值，即该表格是在一定偏离值下一定电信号所对应的颗粒物参数的二维表格。与实施例1同样地，上述对应关系也可以通过实验得到。检测结果计算单元522将光电信号调理单元521输出的电信号的强度和流量计算单元512输出的偏离值与该对应关系表进行比较，得出计算结果。
在本实施例中，检测结果计算单元522也可以存有与实施例1同样的电信号与颗粒物参数的对应关系表，另外还存有空气流量偏移值相对于颗粒物参数的修正值的对应表。在计算时，先计算出颗粒物参数，然后用相应的修正值进行修正得到最后的计算结果。
与实施例1同样地，还可以在气流通道上设置温度传感器或压力传感器7，对温度或压力进行补偿。温度传感器或压力传感器7的测量数据可以发送给流量计算单元512对所计算的空气流量进行校正（未图示），也可以直接发送给检测结果计算单元522对计算的颗粒物参数进行校正。
与实施例1同样地，并不一定要将风扇转速转换成空气流量。检测结果计算单元522也可以直接用风扇转速对检测结果进行修正。此时，检测结果计算单元522中存储的对应关系表中的空气流量的偏离值被风扇转速的偏离值代替，其对应关系同样可以通过实验得到。
在实施例1中，利用转速反馈单元使风扇转速基本保持恒定；在实施例2中，利用空气流量的偏离值对检测结果进行校正；但也可以将实施例1和实施例2的方案结合起来。利用转速反馈单元保持转速恒定事实上很难完全做到，转速只是偏离标定值的幅度较小，但仍然有波动；在此基础上可以进一步将转速的偏离值换算成空气流量的偏离值，并对检测结果进行校正。这样，可以达到更高的检测精度。
在本实施方式中，流量计算和检测结果计算等都是通过预先实验获得换算关系表，然后通过插值计算获得计算结果。但不限于此，也可以将换算关系表绘制成曲线，根据曲线获得检测结果；或者将换算关系进行公式拟合获得计算公式，并根据公式计算出结果。流量计算单元512和检测结果计算单元522等只需要存储曲线或公式而不需要存储数据量很大的换算关系表，降低了对各单元存储空间的要求。
本实施方式中的颗粒物检测装置是使用光散射测定法的检测装置。但不限于此，也可以是使用其他测定方法的检测装置，例如电感应法，只要空气流量的波动对该检测方法的检测结果有影响即可。
本实施方式中使用风扇驱动空气流经气流通道。但不限于此，驱动空气的装置也可以是其他可以驱动空气的装置，例如电机驱动的气泵、活塞泵等，只要该驱动装置的转速或驱动速度与驱动的空气量存在对应关系，且可以被监测即可。驱动装置的驱动速度可以由驱动装置内部的电路获取，例如由电机内的电引线获得与转速对应的电机的电压或电流；也可以由设置在驱动装置外部的独立的监测装置获取。
应当理解以上说明书中所描述的具体实施方式和实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (12)
1.一种测量空气中颗粒物的相关信息的颗粒物检测装置，包括气流单元、检测单元和检测结果计算单元；
气流单元包括驱动部件和气流通道，驱动部件驱动所述检测装置外的空气进入气流通道，检测单元设置在所述气流通道上并将所述空气中颗粒物的相关信息转换成电信号，检测结果计算单元根据检测单元输出的电信号输出检测结果；
所述颗粒物检测装置还具有反馈所述驱动部件的驱动速度的反馈单元。
2.根据权利要求1所述的颗粒物检测装置，其特征在于：
所述驱动部件为风扇或电机驱动的气泵；
所述反馈单元反馈的所述驱动速度为所述风扇或电机的转速。
3.根据权利要求2所述的颗粒物检测装置，其特征在于：
所述反馈单元是光电编码盘或所述风扇或气泵的电机端的电压或电流的检测引线。
4.根据权利要求1所述的颗粒物检测装置，其特征在于：
所述检测单元为由发光部件和受光部件组成的光学检测单元。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的颗粒物检测装置，其特征在于：
还包括空气流量计算单元；
所述空气流量计算单元接收所述反馈单元反馈的所述驱动速度，并根据所述驱动速度计算所述气流通道中的空气流量。
6.根据权利要求5所述的颗粒物检测装置，其特征在于：
所述空气流量计算单元中存储有所述驱动速度与所述气流通道中的空气流量的对应关系，并根据所述对应关系计算所述气流通道中的空气流量。
7.根据权利要求6所述的颗粒物检测装置，其特征在于：
还包括与所述驱动部件连接的空气流量控制单元；
所述空气流量控制单元接收所述空气流量计算单元输出的空气流量，并通过控制所述驱动部件的驱动速度将气流通道中的空气流量保持在预设值。
8.根据权利要求6所述的颗粒物检测装置，其特征在于：
所述检测结果计算单元根据所述空气流量计算单元计算的所述空气流量和检测单元输出的电信号计算出检测结果。
9.根据权利要求5所述的颗粒物检测装置，其特征在于：
还包括与所述空气流量计算单元连接的温度或压力传感器；
所述空气流量计算单元根据所述温度或压力传感器测量的温度或压力相对于标定值的偏移量对计算的所述空气流量进行校正。
10.根据权利要求1～4中任一项所述的颗粒物检测装置，其特征在于：
还包括与所述驱动部件连接的驱动速度控制单元；
所述驱动速度控制单元接收所述反馈单元反馈的所述驱动速度，并将所述驱动速度保持在预设值。
11.根据权利要求10所述的颗粒物检测装置，其特征在于：
还包括与所述驱动速度控制单元连接的温度或压力传感器；
所述驱动速度控制单元根据所述温度或压力传感器测量的温度或压力将所述驱动速度保持在该温度或压力下对应的预设值。
12.根据权利要求1～4中任一项所述的颗粒物检测装置，其特征在于：
所述检测结果计算单元根据所述反馈单元反馈的所述驱动速度和检测单元输出的电信号计算出检测结果。
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Legal Events
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Effective date of registration: 20180123 Address after: 215600 Jiangsu Suzhou city Zhangjiagang economic and Technological Development Zone (city hi tech entrepreneurship Service Center) E 501-507 room Chuang Kai Environmental Technology (Suzhou) Co., Ltd. Patentee after: JINKAI ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY (SUZHOU) Co.,Ltd. Address before: 200131 Shanghai City, Pudong New Area China (Shanghai) free trade zone 81 Foot Road No. 2 Building 1 room 1210 Patentee before: POWERFUL SKY ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY (SHANGHAI) CO.,LTD. |
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| CX01 | Expiry of patent term | ||
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Granted publication date: 20141203 |