一種抗積灰幹擾的雷射粉塵檢測裝置的製作方法

2023-05-17 03:38:01

專利名稱：一種抗積灰幹擾的雷射粉塵檢測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種雷射粉塵檢測裝置，尤其是涉及一種抗積灰幹擾的雷射粉塵 檢測裝置。
背景技術：
目前國內外用於檢測環境中粉塵濃度的方法有多種，包括取樣法、稱重法、β射線 法、光學法等等，前三類方法一般設備複雜、體積大，不利於在線測量，而光學法中採用散射 法和透射法，因雷射光源的多種優點得到廣泛應用，例如(如國內生產的LD-5C型微電腦激 光粉塵儀、ΑΙΜ-2000雷射粉塵濃度儀、JFC-I雷射粉塵濃度儀)，這些儀器由於都能在線測 量，具有自動連續取樣，數據有代表性，抗幹擾能力較強。中國專利200620000174.9公開了一種雷射測量粉塵濃度的裝置，通過採用擴 束和分光檢測的方式克服了中國專利CN85109253A中使用雙光源帶來的缺點；中國專 利200710199228. 8公開了一種後向散射型光電粉塵濃度探測器，該技術方案的探測器位 於設備殼體之外，能直接對外界粉塵做較精確的檢測；中國專利02266662. 1公開了一種 雷射粉塵濃度檢測裝置，實現了雙參量測量，提高了對粉塵光效應的檢測，減弱了粒徑對 測量值的影響。但以上方法均未考慮雷射光路窗口積灰對測量精度的影響。中國專利 200420047907. 5公開了一種雷射粉塵濃度檢測裝置，採用抽氣泵在雷射光路出口和入口處 形成一道氣幕對光路窗口進行自動清潔，提高了檢測精度。中國專利20082012269. 1公開 了具有溼度連續自動修正功能的雷射粉塵檢測儀、中國專利02235130. 2公開的雷射粉塵 儀也具有類似的裝置。此類設備較為複雜，而且在長期的在線測量時並不能保證光路窗口 的清潔度。在測量粉塵濃度的散射法和透射法之間，透射法只適用於高濃度場合，如大於幾 百mg/m3;在低濃度情況下，雷射的透射率很高，設備必須有非常高的靈敏度才能獲得較 高的測量精度，因此粉塵濃度低的情況下一般採用散射法。中國專利200620000174.9、 200420047907. 5公開的雷射測量粉塵濃度的裝置，在光電檢測端檢測到的光強實際包含 了透射光和散射光成分，因此測量的準確度必然受到影響；中國專利02235130. 2公開的激 光粉塵儀在相對於光源的凸透鏡中心處設置凹陷的吸光槽，剔除了透射光對測量精度的影 響，但不能確保消除光路窗口積灰的影響。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種能夠實現散射光和透射光的分離，從 而提高檢測精度，並且能夠減輕光路窗口積灰對散射光、透射光影響，可實時檢測積灰程 度，可以隨時了解設備的積灰情況的抗積灰幹擾的雷射粉塵檢測裝置。本實用新型解決上述技術問題所採用的技術方案為一種抗積灰幹擾的雷射粉塵 檢測裝置，包括雷射器和用以檢測含塵氣體的第一檢測暗室和第二檢測暗室，所述的第一 檢測暗室和所述的第二檢測暗室之間通過氣流連接管道相互聯通，所述的氣流連接管道的軸線與所述的雷射器的出射光平行，所述的第一檢測暗室的入口設置有第一遮光裝置，所 述的第二檢測暗室的入口設置有第二遮光裝置，所述的第一檢測暗室設置有第一入光窗口 和第一出光窗口，所述的第二檢測暗室設置有第二入光窗口和第二出光窗口，所述的第一 入光窗口和所述的第一出光窗口及所述的第二入光窗口和所述的第二出光窗口上均設置 有防塵玻璃，所述的雷射器的出射方向上依次設置有第一半透半反鏡、第二半透半反鏡和 反射鏡，所述的第一入光窗口前設置有第一擴束透鏡，所述的第二入光窗口前設置有第二 擴束透鏡，所述的第一出光窗口後設置有第一聚焦透鏡，所述的第二出光窗口後設置有第 二聚焦透鏡，所述的第一半透半反鏡的反射光路上設置有第一光電探測器，所述的第一擴 束透鏡設置在所述的第二半透半反鏡的反射光路上，所述的第二擴束透鏡設置在所述的反 射鏡的反射光路上，所述的第一聚焦透鏡後的焦點處設置有第一多元光纖分布板，所述的 第一多元光纖分布板上設置有接收所述的第一多元光纖分布板中心光強的第二光電探測 器和接收所述的第一多元光纖分布板中心光強之外的其餘部分光強的第三光電探測器，所 述的第二聚焦透鏡後的焦點處設置有第二多元光纖分布板，所述的第二多元光纖分布板上 設置有接收所述的第二多元光纖分布板中心光強的第四光電探測器和接收所述的第二多 元光纖分布板中心光強之外的其餘部分光強的第五光電探測器，所述的氣流連接管道上設 置有隔光結構，所述的第二入光窗口與所述的第二出光窗口之間設置有積灰補償玻璃。所述的隔光結構包括與所述的氣流連接管道的軸線平行偏移的平行部和相互平 行設置在所述的平行部兩端的與所述的平行部垂直的第一彎折部和第二彎折部和與第一 彎折部。所述的積灰補償玻璃與所述的防塵玻璃的厚度是相同的。所述的第一半透半反鏡的反射光路上設置有第三多元光纖分布板，所述的第一光 電探測器接收所述的第三多元光纖分布板上的所有光強。與現有技術相比，本實用新型的優點在於採用前散射檢測方法，利用聚焦透鏡和 多元光纖分布板的恰當配置，實現散射光和透射光的分離，從而提高檢測精度；本實用新型 巧妙利用積灰補償玻璃，可實時檢測積灰程度，使用人員可以隨時了解設備的積灰情況，減 輕光路窗口積灰對散射光、透射光的影響。

圖1為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。一種抗積灰幹擾的雷射粉塵檢測裝置，包括雷射器1和用以檢測含塵氣體的第一 檢測暗室2和第二檢測暗室3，第一檢測暗室2和第二檢測暗室3之間通過氣流連接管道4 相互聯通，氣流連接管道4的軸線與雷射器1的出射光平行，第一檢測暗室2的入口設置有 第一遮光裝置21，第二檢測暗室3的入口設置有第二遮光裝置31，第一檢測暗室2設置有 第一入光窗口 22和第一出光窗口 23，第二檢測暗室3設置有第二入光窗口 32和第二出光 窗口 33，第一入光窗口 22和第一出光窗口 23及第二入光窗口 32和第二出光窗口 33上均 設置有防塵玻璃5，雷射器1的出射方向上依次設置有第一半透半反鏡6、第二半透半反鏡7和反射鏡8，第一入光窗口 22前設置有第一擴束透鏡9，第二入光窗口 32前設置有第二擴 束透鏡10，第一出光窗口 23後設置有第一聚焦透鏡11，第二出光窗口 33後設置有第二聚 焦透鏡12，第一半透半反鏡6的反射光路上設置有第三多元光纖分布板13，第三多元光纖 分布板13上設置有第一光電探測器(未顯示)用於接收第三多元光纖分布板13上的所有 光強，第一擴束透鏡9設置在第二半透半反鏡7的反射光路上，第二擴束透鏡10設置在反 射鏡8的反射光路上，第一聚焦透鏡11後的焦點處設置有第一多元光纖分布板14，第一多 元光纖分布板14上設置有接收第一多元光纖分布板14中心光強的第二光電探測器15和 接收第一多元光纖分布板14中心光強之外的其餘部分光強的第三光電探測器16，第二聚 焦透鏡12後的焦點處設置有第二多元光纖分布板17，第二多元光纖分布板17上設置有接 收第二多元光纖分布板17中心光強的第四光電探測器18和接收第二多元光纖分布板17 中心光強之外的其餘部分光強的第五光電探測器19，氣流連接管道上設置有隔光結構50， 隔光結構50由與氣流連接管道5的軸線平行偏移的平行部51和相互平行設置在平行部51 兩端的與平行部51垂直的第一彎折部52和第二彎折部53構成，第二入光窗口 32與第二 出光窗口 33之間設置有積灰補償玻璃20，積灰補償玻璃20與防塵玻璃5的厚度相同。進入第一檢測暗室2的光經含塵氣體發生散射和透射，其透射光完全通過第一出 光窗口 23，進入第一聚焦透鏡11，散射光的一部分也通過第一出光窗口 23，進入第一聚焦 透鏡11，第一聚焦透鏡11的焦點處設置第一多元光纖分布板14，第一多元光纖分布板14 的中心點的光強由第二光電探測器15接收，其餘各環的光強送第三光電探測器16。進入第一檢測暗室3的光經含塵氣體並經積灰補償玻璃20，其透射光完全通過第 二出光窗口 33，進入第二聚焦透鏡12，散射光的一部分也通過第二出光窗口 33，進入第二 聚焦透鏡12，第二聚焦透鏡12的焦點處設置第二多元光纖分布板17，第二多元光纖分布板 17的中心點的光強由第四光電探測器18接收，其餘各環的光強送第五光電探測器19。本實用新型的工作原理是利用雷射前向小角度散射原理，聚焦透鏡放置在透射 光照射的方向上可以獲得較高的散射光強；利用幾何光學原理，經含塵氣體的散射光通過 聚焦透鏡後不能在焦點處聚集，其絕大部分能量將分布在多元光纖分布板的平面上，其中 心點的光強因該點面積很小，所以照射到該點的散射光強十分微小；經過含塵氣體的透射 光完全聚集在聚焦透鏡的焦點上，因在氣體粉塵濃度不是太大的情況下，透射光一般遠大 於散射光，所以置於該焦點處的多元光纖分布板的中心點獲得的光強基本為透射光；通過 這樣安排可以將散射光和透射光基本分開。雷射發生器發出的雷射經第一半透半反鏡6後，均勻分為兩部分，其反射光送入 第三多元光纖分布板13，得到的光強除以2，即可得到每個檢測暗室的入射光強IO ；其透射 光經第二半透半反鏡7後再次均勻分成兩部分，其反射光經第一擴束透鏡9，得到一束平行 光，該平行光經第一檢測暗室2的第一入光窗口進入第一檢測暗室2，再經含塵氣體後，部 分發生散射，為散射光；部分繼續直行，為透射光，兩種混合光經第一檢測暗室2的第一出 光窗口後，到達第一聚焦透鏡11。根據幾何光學原理，經含塵氣體的散射光通過第一聚焦透 鏡11後不能在焦點處聚集，其絕大部分能量將分布在第一多元光纖分布板14的圓形平面 上；經過含塵氣體的透射光完全聚集在第一聚焦透鏡11的焦點上，因在氣體粉塵濃度不是 太大的情況下，透射光強度一般遠大於散射光，而第一多元光纖分布板14中心點的光強因 該點面積很小，所以照射到該點的散射光強十分微小，所以置於該焦點處的第一多元光纖分布板14的中心點獲得的光強基本為透射光，記為lit，其餘各環處得到的光強為散射光， 記為Ils ；經第二半透半反鏡7後的透射光，經反射鏡8後，通過第二擴束透鏡10擴束，得到 一束平行光。該平行光經第二檢測暗室3的第二入光窗口 32進入第二矩形檢測暗室3，再 經含塵氣體後，部分發生散射，為散射光；部分繼續直行，為透射光，兩種混合光經過第二檢 測暗室3內部的積灰補償玻璃20後再次前行，經由第二出光窗口 33後，到達第二聚焦透鏡 12。與前述類似，在第二多元光纖分布板17中心點獲得的光強基本為透射光，記為I2t，其 餘各環處得到的光強為散射光，記為I2s ；與第一檢測暗室2內部的工作過程不同點是，通過第二檢測暗室3的光路僅多出 了一片積灰補償玻璃20的影響。根據前述設定條件，第二檢測暗室3內的積灰補償玻璃 20與各光路窗口的防塵玻璃5完全一樣，且其厚度遠小於檢測暗室入光窗口與出光之間的 距離，所以在玻璃乾淨時，它對透射光和散射光的影響可以忽略不計，即lit = I2t，Ils = I2s。此時，入射光強IO和Ilt或I2t決定了透射濃度P t，入射光強IO和Ils或I2s決定 了散射濃度Ps;在粉塵濃度低時可以採用散射濃度Ps，在粉塵濃度高時可以採用透射濃 度P t，從而擴展了粉塵濃度的測量範圍。因防塵玻璃並不完全防塵，長期在惡劣環境工作，防塵玻璃有可能因水汽或其他 因素附著積灰，此時第一檢測暗室2和第二檢測暗室3的兩光路窗口的防塵玻璃以及第二 檢測暗室3內部的積灰補償玻璃20都會有附著積灰，若不及時處理將對檢測結果產生重大 影響。因兩檢測暗室的工作環境一致，所以它們的光路窗口積灰分布一致，第二檢測暗室 3內部的積灰補償玻璃20兩面也應有與各光路窗口一致的積灰分布，這樣積灰對透射光和 散射光的影響必須考慮。此時，經過第二檢測暗室3的透射光和散射光均將小於經過第一 檢測暗室2的透射光和散射光，即lit > I2t，Ils > I2s。在積灰不是十分嚴重時，經過第 一檢測暗室2的透射光Ilt和經過第二檢測暗室3的透射光I2t，差別不大，除非有高靈敏 度的器件才能區分；而經過第一檢測暗室2的散射光Ils和經過第二檢測暗室3的散射光 I2s，將會有較大的差別，容易檢測。其差別是，Ils經過了兩層積灰的衰減，而I2s則經過 了四層積灰的衰減，所以Ils-I2s就是積灰補償玻璃的兩層積灰的衰減量，記為Ih，通過檢 測Ih的大小就可以近似得知檢測暗室光路窗口的積灰情況，為及時處理提供依據；因此時 Ils是經過兩層積灰衰減後的散射光強，所以真正的散射光強近似為Ils+Ih = 2Ils-I2s, 這樣就基本抵消了積灰對散射光強的影響，提高了檢測精度。本實用新型經上述結構安排還可以獲得額外的優勢，即設備的自檢功能，具體如 下正常情況下，因第一檢測暗室2和第二檢測暗室3的工作環境一樣，所以有IO >= Ilt >=I2t，Ils>= I2s，如果在設備工作過程中發現Ilt或I2t在一段時間內明顯大於10， 或I2t明顯大於lit，或I2s明顯大於lis，則可以認為設備已經出現了故障，此時得到的檢 測數據不再可靠。
權利要求一種抗積灰幹擾的雷射粉塵檢測裝置，包括雷射器和用以檢測含塵氣體的第一檢測暗室和第二檢測暗室，所述的第一檢測暗室和所述的第二檢測暗室之間通過氣流連接管道相互聯通，所述的氣流連接管道的軸線與所述的雷射器的出射光平行，所述的第一檢測暗室的入口設置有第一遮光裝置，所述的第二檢測暗室的入口設置有第二遮光裝置，所述的第一檢測暗室設置有第一入光窗口和第一出光窗口，所述的第二檢測暗室設置有第二入光窗口和第二出光窗口，所述的第一入光窗口和所述的第一出光窗口及所述的第二入光窗口和所述的第二出光窗口上均設置有防塵玻璃，所述的雷射器的出射方向上依次設置有第一半透半反鏡、第二半透半反鏡和反射鏡，所述的第一入光窗口前設置有第一擴束透鏡，所述的第二入光窗口前設置有第二擴束透鏡，所述的第一出光窗口後設置有第一聚焦透鏡，所述的第二出光窗口後設置有第二聚焦透鏡，所述的第一半透半反鏡的反射光路上設置有第一光電探測器，所述的第一擴束透鏡設置在所述的第二半透半反鏡的反射光路上，所述的第二擴束透鏡設置在所述的反射鏡的反射光路上，其特徵在於所述的第一聚焦透鏡後的焦點處設置有第一多元光纖分布板，所述的第一多元光纖分布板上設置有接收所述的第一多元光纖分布板中心光強的第二光電探測器和接收所述的第一多元光纖分布板中心光強之外的其餘部分光強的第三光電探測器，所述的第二聚焦透鏡後的焦點處設置有第二多元光纖分布板，所述的第二多元光纖分布板上設置有接收所述的第二多元光纖分布板中心光強的第四光電探測器和接收所述的第二多元光纖分布板中心光強之外的其餘部分光強的第五光電探測器，所述的氣流連接管道上設置有隔光結構，所述的第二入光窗口與所述的第二出光窗口之間設置有積灰補償玻璃。
2.如權利要求1所述的一種抗積灰幹擾的雷射粉塵檢測裝置，其特徵在於所述的隔光 結構包括與所述的氣流連接管道的軸線平行偏移的平行部和相互平行設置在所述的平行 部兩端的與所述的平行部垂直的第一彎折部和第二彎折部。
3.如權利要求1所述的一種抗積灰幹擾的雷射粉塵檢測裝置，其特徵在於所述的積灰 補償玻璃與所述的防塵玻璃的厚度相同。
4.如權利要求1所述的一種抗積灰幹擾的雷射粉塵檢測裝置，其特徵在於所述的第一 半透半反鏡的反射光路上設置有第三多元光纖分布板，所述的第一光電探測器接收所述的 第三多元光纖分布板上的所有光強。
專利摘要本實用新型公開了一種抗積灰幹擾的雷射粉塵檢測裝置，包括雷射器和兩個用以檢測含塵氣體的兩個檢測暗室，兩個檢測暗室之間通過氣流連接管道相互聯通，特點是將雷射器的出射光分成兩路相同光強的光，再分別經擴束透鏡進入兩個檢測暗室，然後分別通過聚焦透鏡將從檢測暗室中出射的光匯聚到各自的多元光纖分布板上，設置兩個光電探測器分別接收多元光纖分布板中心光強和其餘部分光強，氣流連接管道上設置有隔光結構，其中的一個檢測暗室中設置有積灰補償玻璃，優點在於採用前散射檢測方法，利用聚焦透鏡和多元光纖分布板的恰當配置，實現散射光和透射光的分離，從而提高檢測精度；並巧妙利用積灰補償玻璃，可實時檢測積灰程度，減輕積灰的影響。
文檔編號G01N21/47GK201653903SQ20102016927
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月26日 優先權日2010年4月26日
發明者張瑞華, 陸黎 申請人:浙江萬裡學院