一種雷射散射法空氣顆粒分布測量方法及裝置的製作方法
2023-05-10 07:44:56 1
專利名稱：一種雷射散射法空氣顆粒分布測量方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種空氣顆粒分布測量方法及裝置。
背景技術：
隨著國民經濟的快速發展，粉塵汙染越來越嚴重。目前我國大氣呈煤煙型汙染，許多城市空氣中的總懸浮顆粒物(TSP)長期居高不下，與世界衛生組織所給的空氣品質標準相差甚遠。粉塵對人類危害極大，尤其是小粒徑顆粒物，因為小粒徑顆粒物能長時間飄浮在大氣中，難以沉降到地面，易進入人體呼吸道，且粒徑越小，在人體呼吸道中的沉降位置越深，危害就越大。因此粉塵濃度的測量在環境保護領域中具有十分重要的意義，是迫切需要解決的問題。粉塵即空氣中的懸浮顆粒物，其大小在0.01 20um範圍內。環境保護部門將空氣動力學當量直徑大於IOum的懸浮顆粒稱為可見粉塵，它們在靜止空氣中會快速沉降；空氣動力學當量直徑小於等於IOum的懸浮顆粒稱為可吸入顆粒物；空氣動力學當量直徑小於等於7. 07 um的顆粒物稱為呼吸性顆粒。目前測量粉塵濃度的方法大致有以下兩種類型
基於取樣的方法進行測量(如濾膜稱重法)和基於非取樣的方法進行測量(如光散射法)。基於取樣的方法進行測量雖然容易實施，但是，理論上不容易進行實時測量；採用光散射原理進行粉塵濃度測量，理論上該測量方法可以實時在線測量，直接獲取測量結果， 並可以實現數據存儲、數據輸出、自動測量、通信等功能，體積小、重量輕、操作簡便、穩定性高、可靠性高也是該類儀器的明顯優點，但是，到目前為止，還沒有一種可靠的、實用的實用設備運用上述原理。
發明內容
本發明的發明目的在於提供一種現實可用的、能實時測量、直接獲取測量結果、並可以實現數據存儲、數據輸出、自動測量、報警等功能、體積小、重量輕、操作簡便、穩定性高、可靠性高的雷射散射法空氣顆粒分布測量方法及裝置。本發明的雷射散射法空氣顆粒分布測量方法是這樣實現的，通過氣泵、測量腔中有空氣管道連續抽取空氣，使空氣以恆定流速流過測量腔空氣出射管口，然後在測量腔出射管口空氣流過的地方，有一經透鏡聚焦後形成的光敏感區，以垂直於空氣流動方向射向流動著的空氣，在雷射射出方向一側設置陷光區，將多餘的光線吸取反射掉，在出射管口和雷射光束所在平面的法線方向一側設置光電探測傳感器，將空氣中的塵埃所散射的光探測後並轉換成電子信號，經電路信號處理後傳送經微處理器處理，微處理器根據預設程序對該電子信號做出分類判斷並將該塵埃的做累計，並記錄儲存起來，這樣，就能得出空氣中的塵埃的含量及塵埃顆粒大小分布的數據。由於雷射、透鏡組、陷光區、光電探測傳感器、氣泵、測量腔、空氣管道、微處理器都是技術很成熟的構件，經大數值孔徑透鏡聚焦後的雷射， 焦點半徑達到微米級，其大小和塵埃的大小相配，因此，能有效分辨出流過空氣管道的塵埃。在進行檢測前，通過導入標準空氣來進行參數校正，可有效保證檢測的精確度。這裡，光電探測傳感器採用的是高靈敏度的雪崩二極體並配以電子信號濾波放大電路。本發明的雷射散射法空氣顆粒分布測量裝置是這樣實現的，包括帶有測量腔和空氣管道的氣泵、設置在空氣管道出口的測量腔一側的雷射器、設置在空氣管道出口的測量腔內另一側的陷光區、設置在空氣管道出口的測量腔內一側的帶焦對焦透鏡的光電探測傳感器、與光電探測傳感器的電信號輸出相連的微電腦控制裝置、顯示屏，顯示屏的的電信號輸入與微電腦控制裝置的電信號輸出相連，光電探測傳感器採用高靈敏度雪崩二極體。工作時，啟動氣泵，外界空氣一恆定的流速通過測量腔空氣管道，雷射經透鏡聚焦後在空氣流過的區域形成一個直徑為微米級的光敏感區，塵埃流過在光敏感區時會發生散射，塵埃的顆粒越大，散射的光強越大，光電探測傳感器即時檢測這散射光並轉換成脈衝電子信號，該脈衝信號對應於粒子的粒徑大小，散射光光強越大，脈衝電子信號越強，顆粒粒徑越大，通過計算設定時間內的脈衝電子信號的數量及強弱，就可以獲得空氣中的塵埃的含量及顆粒大小數據，通過電路處理後可以得到空氣中塵埃粒子的粒徑數量分布，而且，這些數據是實時的數據。這裡，微電腦控制裝置包括電信號濾波放大電路、信號採集電路、微處理器。光電探測傳感器的電信號輸出與濾波放大電路相連，信號採集電路的電信號輸入與與微處理器的電信號輸入相連。採用電信號濾波放大電路、信號採集電路，可有效地保證信號的穩定並排除外界電波的幹擾。本發明與已有技術相比，具有現實可用的、能長時間實時測量、直接獲取測量結果、並可以實現數據存儲、數據輸出、自動測量、報警等功能、體積小、重量輕、操作簡便、穩定性高、可靠性高的優點。
圖1為本發明的結構示意圖； 圖2為雷射器、光電探測傳感器部分的結構示意圖； 圖3為電信號濾波放大電路圖； 圖4為微處理器電路圖； 圖5為數據採集過程原理圖； 圖6為採用本發明所檢測的塵埃的分布圖。
具體實施例方式
現結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細描述 本發明的雷射散射法空氣顆粒分布測量方法是這樣實現的，通過氣泵、空氣管道抽取空氣，使空氣以恆定流速通過測量腔中，然後在測量腔內以垂直於空氣流動方向的雷射器從流動著的空氣的一側經透鏡聚焦後在流動的空氣區域形成一個光敏感區，在雷射光束射出的地方設置陷光區，將多餘的光線吸收反射掉，在空氣出射方向和雷射光束所在平面的法線方向有一由焦對焦透鏡組跟光電探測傳感器組成的探測器，將空氣中的塵埃所散射光線的檢測並轉換成電子信號，經濾波放大電路分揀處理後傳送到微處理器，微處理器根據預設程序記錄分析電信號，這樣，微處理器根據預設的時間段及在設定的空氣流速的條件下所檢測到得塵埃數量及大小就能得出空氣中的塵埃的含量及塵埃顆粒大小分布的數據。光電探測傳感器採用的是高靈敏度雪崩二極體並配以電子信號濾波放大電路。如圖4所示，數據採集時，通過信號採集電路(由比較電路構成)將空氣中的IOum 級、5um級、2um級、Ium級塵埃所散射的光電信號採集出來並分別輸入到微處理器中進行數據累加，從而獲得上述不同級別塵埃的含量(如圖5所示)。本發明的雷射散射法空氣顆粒分布測量裝置是這樣實現的，包括帶有測量腔12 和空氣管道1的氣泵2、設置在空氣管道1出口的測量腔12內一側的帶有聚焦透鏡13的雷射器3、設置在空氣管道1出口的測量腔12內的另一側的陷光區4、設置在空氣管道1出口的測量腔12內一側的帶有焦對焦透鏡組14的光電探測傳感器5、與光電探測傳感器5的電信號輸出相連的微電腦控制裝置6、液晶顯示屏7，顯示屏7的的電信號輸入與微電腦控制裝置6的電信號輸出相連，光電探測傳感器5採用的是高靈敏度雪崩二極體。微電腦控制裝置6包括電信號濾波放大電路8、信號採集電路9、微處理器10，光電探測傳感器5的電信號輸出與電信號濾波放大電路8相連，信號採集電路9的電信號輸入與電信號濾波放大電路8的電信號輸出相連，信號採集電路9的電信號輸出與微處理器10 的電信號輸入相連。
權利要求
1.一種雷射散射法空氣顆粒分布測量方法，其特徵在於通過氣泵、測量腔中有空氣管道連續抽取空氣，使空氣以恆定流速流過測量腔空氣出射管口，然後在測量腔出射管口空氣流過的地方，有一經透鏡聚焦後形成的光敏感區，以垂直於空氣流動方向射向流動著的空氣，在雷射射出方向一側設置陷光區，將多餘的光線吸收反射掉，在出射管口和雷射光束所在平面的法線方向一側設置光電探測傳感器，將空氣中的塵埃所散射的光探測後並轉換成電子信號，經電路信號處理後傳送經微處理器處理，微處理器根據預設程序對該電子信號做出分類判斷並將該塵埃的做累計，並記錄儲存起來，這樣，就能得出空氣中的塵埃的含量及塵埃顆粒大小分布的數據。
2.根據權利要求1所述的雷射散射法空氣顆粒分布測量方法，其特徵在於光電探測傳感器採用的是集互阻抗放大器的雪崩二極體並配以電子信號濾波放大電路。
3.根據權利要求1所述的雷射散射法空氣顆粒分布測量方法，其特徵在於數據採集時，通過信號採集電路將空氣中的IOum級、5um級、2um級、Ium級塵埃所散射的光電信號採集出來並分別輸入到微處理器中進行數據累加，從而獲得上述不同級別塵埃的含量。
4.一種雷射散射法空氣顆粒分布測量裝置，其特徵在於包括帶有測量腔和空氣管道的氣泵、設置在空氣管道出口的測量腔一側的雷射器、設置在空氣管道出口的測量腔內另一側的陷光區、設置在空氣管道出口的測量腔內一側的帶焦對焦透鏡的光電探測傳感器、與光電探測傳感器的電信號輸出相連的微電腦控制裝置、顯示屏，顯示屏的的電信號輸入與微電腦控制裝置的電信號輸出相連，光電探測傳感器採用高靈敏度雪崩二極體。
5.根據權利要求4所述的雷射散射法空氣顆粒分布測量裝置，其特徵在於微電腦控制裝置包括電信號濾波放大電路、信號採集電路、微處理器，光電探測傳感器的電信號輸出與電信號濾波放大電路相連，信號採集電路的電信號輸入與電信號濾波放大電路的電信號輸出相連，信號採集電路的電信號輸出與微處理器的電信號輸入相連。
全文摘要
一種雷射散射法空氣顆粒分布測量方法及裝置，其特徵在於包括帶有測量腔和空氣管道的氣泵、設置在空氣管道出口的測量腔一側的雷射器、設置在空氣管道出口的測量腔內另一側的陷光區、設置在空氣管道出口的測量腔內一側的帶焦對焦透鏡的光電探測傳感器、與光電探測傳感器的電信號輸出相連的微電腦控制裝置、顯示屏，顯示屏的的電信號輸入與微電腦控制裝置的電信號輸出相連，光電探測傳感器採用高靈敏度雪崩二極體。本發明與已有技術相比，具有現實可用的、能長時間實時測量、直接獲取測量結果、並可以實現數據存儲、數據輸出、自動測量、報警等功能、體積小、重量輕、操作簡便、穩定性高、可靠性高的優點。
文檔編號G01N15/06GK102323193SQ20111023607
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月17日 優先權日2011年8月17日
發明者張紫瀚, 曾亞光, 蘇豔軍, 謝嘉寧, 路紅 申請人:佛山科學技術學院