一種在線連續顆粒物濃度監測儀的製作方法
2023-12-07 01:59:41 3
一種在線連續顆粒物濃度監測儀的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種在線連續顆粒物濃度監測儀，包括後腔件，前腔件，連接過渡件，所述的後腔件還包括，電源管理電路板、數據處理電路板、雷射器驅動管理電路板、光電接收器、連接線；所述的光電接收器包括光電轉換及信號預處理電路，所述的數據處理電路板包含鎖相電路及噪聲處理電路和4～20mA信號傳輸電路。本實用新型的有益效果是:本專利提供的在線連續顆粒物濃度監測儀光電信號轉換準確，能過濾掉失真信號，採用4-20mA電流來傳輸信號，電流對噪聲並不敏感，避開相關噪聲的影響，電路設計巧妙實用，測量數據準確可信。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種在線連續顆粒物濃度監測儀，屬於在線顆粒物濃度監測裝備 領域。 一種在線連續顆粒物濃度監測儀
【背景技術】
[0002] 顆粒汙染的監測一直是解決難道較大的問題，隨著工業生產及環境保護要求的提 高，對兩相流中顆粒相的連續監測提出了更高的要求。目前由於兩相流中顆粒相的連續監 測涉及到光電信號的轉換，光電信號轉換過程中容易出現幹擾信號，或信號失真，導致測量 不準確。 實用新型內容
[0003] 本實用新型所解決的技術問題在於，提供一種在線連續顆粒物濃度監測儀，以解 決上述【背景技術】中提出的問題。
[0004] 本實用新型是通過以下技術方案實現的：一種在線連續顆粒物濃度監測儀，包括： 後腔件，前腔件，連接過渡件，所述的後腔件又包括：雷射器，雷射器座、李氏孔、保護窗口、 聚光鏡、電路安裝盤，所述的前腔件包括，氣嘴、校準具座，前腔件與連接過渡件通過法蘭盤 連接，後腔件與前腔件固定連接，所述的後腔件還包括，電源管理電路板、數據處理電路板、 雷射器驅動管理電路板、光電接收器、連接線、連接線接口；所述的電源管理電路板與數據 處理電路板、雷射器驅動管理電路板、光電接收器連接，所述的雷射器驅動管理電路板與激 光器連接，所述的數據處理電路板與光電接收器、連接線接口連接；所述的光電接收器包括 光電轉換及信號預處理電路；所述的數據處理電路板包含鎖相電路及噪聲處理電路和4? 20mA信號傳輸電路；所述的光電轉換及信號預處理電路中光信號通過光電二極體SD100， 經過I-V轉換電路並進行初級放大，PWM信號通過C9隔直電容進入由U4組成的運算放大 電路；所述的鎖相電路及噪聲處理電路通過鎖相電路，將有用信號與噪聲信號進行分離， 通過單片機I/O輸出與PWM相同的等脈寬的同步信號Sync，當輸入信號為正時，Sync控 制74hc4052的B將信號通過13腳輸入到U3的正相輸入端，當輸入信號為負時，Sync控制 74hc4052的B將信號通過3腳輸入到U3的負相輸入端。
[0005] 進一步的，所述的雷射器驅動管理電路板包括雷射驅動電路，雷射光源驅動由兩 部分組成，一部分為TEC控制，另一部分為驅動電流控制，從單片機的I/O輸出PWM50%的方 波，通過打開IC-WJB的輸出，使雷射輸出光信號為方波。
[0006] 進一步的，所述的4~20mA電路設計通過C8051F021的DAC1輸出口，經過運算放大 器由LM358搭建而成的V/I轉換電路，將DAC輸出的電壓信號轉換成4?20mA電流輸出信 號。
[0007] 進一步的，所述的連接線接口共有七個端子，分別連接24VDAC電源正極、-20mA電 流輸出正極、24VDAC電源負極、RS485通訊A、4-20mA電流輸出負極、備用24VDAC電源負 極、RS485通訊B。
[0008] 本實用新型的有益效果是：
[0009] 1、本專利提供的在線連續顆粒物濃度監測儀光電信號轉換準確，能過濾掉失真信 號，電路設計巧妙實用。
[0010] 2、採用4-20mA電流來傳輸信號，電流對噪聲並不敏感，避開相關噪聲的影響。解 決了在工業現場電壓傳輸信號時傳輸線會受到噪聲的幹擾；傳輸線的分布電阻會產生電壓 降等問題。
[0011] 3、雷射器驅動管理電路板保證了光源光功率輸出恆定在一定的範圍內。
[0012] 4、電源管理電路板可為4?20mA電流輸出、雷射管等單元電路提供穩定可靠電 源。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1是本實用新型提供的一個實施例的結構示意圖
[0014] 圖2是本實用新型提供的工作原理示意圖
[0015] 圖3是本實用新型提供的連接線接口示意圖
[0016] 圖4是本實用新型提供的雷射驅動電路示意圖
[0017] 圖5是本實用新型提供的光電轉換及信號預處理電路示意圖
[0018] 圖6是本實用新型提供的鎖相電路及噪聲處理電路示意圖 [0019] 圖7是本實用新型提供的4?20mA信號傳輸電路示意圖。
[0020] 圖中：1.後腔件，2.前腔件，3.連接過渡件，101.電源管理電路板，102.數據 處理電路板，103.雷射器驅動管理電路板，104.連接線，105.雷射器座，106.雷射器， 107.李氏孔，108.保護窗口，109.聚光鏡，110.連接線接口，111.光電接收器，112.電 路安裝盤，201.校準具座，202.氣嘴，1101. 24VDAC電源正極，1102. 4-20mA電流輸出正 極，1103. 24VDAC電源負極，1104. RS485通訊A，1105. 4-20mA電流輸出負極；1106.備用 24VDAC電源負極，1106. RS485通訊B，1031.單片機輸出PWM波，1032.驅動電流控制，1033. 自動功率控制器IC-WJB，1034.雷射器接口，1035.雷射器輸出波形，11101.光電接收器接 口，11102.光電接收器接收到的波形，11103. I-V轉換並初級放大電路，11104.放大後波 形，11105.隔直阻交電容C9,11106.運算放大器，11107.最終波形帶噪聲，11108.單片機百 分之五十PWM波，11109.鎖相器，11110.偏置放大電路，11111.低通濾波器，11112.最終正 值信號，1021.單片機，1022. V-I轉換電路。
【具體實施方式】 [0021] ：
[0022] 下面結合附圖，對本實用新型的具體方式進行詳細描述。
[0023] 如圖1所示，一種在線連續顆粒物濃度監測儀：
[0024] 所述的光電接收器包括如圖5所示的光電轉換及信號預處理電路；所述的數據處 理電路板包含如圖6所不的鎖相電路及噪聲處理電路和如圖7所不的4?20mA信號傳輸 電路。
[0025] 包括：後腔件1，前腔件2,連接過渡件3,所述的後腔件又包括：雷射器106,雷射 器座105、李氏孔107、保護窗口 108、聚光鏡109、電路安裝盤112,所述的前腔件包括，氣嘴 202、校準具座201，前腔件2與連接過渡件3通過法蘭盤連接，前腔件2與後腔件1固定連 接，所述的後腔件還包括，電源管理電路板101、數據處理電路板102、雷射器驅動管理電路 板103、光電接收器111、連接線104 ;電源管理電路板101、數據處理電路板102和雷射器 驅動管理電路板103固定在電路安裝盤112上，所述的電源管理電路板101與數據處理電 路板102、雷射器驅動管理電路板103、光電接收器111連接，所述的雷射器驅動管理電路板 103與雷射器連接106,所述的數據處理電路板102與光電接收器111、連接線接口 110連接 線連接。
[0026] 所述的連接線接口 110共有七個端子，如圖3所示，分別連接24VDAC電源正極、 4-20mA電流輸出正極、24VDAC電源負極、RS485通訊A、4-20mA電流輸出負極、備用24VDAC 電源負極、RS485通訊B。
[0027] 所述的雷射器驅動管理電路板103包括雷射驅動電路如圖4所示，雷射光源驅動 由兩部分組成，一部分為TEC控制，另一部分為驅動電流控制1032,從單片機的I/O輸出 PWM50%的方波1031，通過打開自動功率控制器IC-WJB 1033的輸出，使雷射輸出光信號為 方波1035。IC-WJB通過自動功率控制APC----autoamtic power control保證了光源光 功率輸出恆定在一定的範圍內。
[0028] 在所述的光電接收器111包括光電轉換及信號預處理電路，如圖5所示，所述的光 電轉換及信號預處理電路中光信號通過光電接收器接口 11101光電二極體SD100,光電接 收器接收到的波形如1102所示，經過I-V轉換電路11103並進行初級放大，PWM信號通過 C9隔直電容11105進入由U4組成的運算放大電路11106,此時波形變換成電路中所示的 第三種波形11107,這是因為信號在傳輸過程中疊加了部分運放、電容及電阻產生的噪聲信 號，要消除這個噪聲需要在後級信號傳輸中加以消除。
[0029] 所述的鎖相電路及噪聲處理電路通過鎖相電路如圖6所示，將波形11107、單片 機百分之五十PWM波11108的有用信號與噪聲信號進行分離，通過鎖相器11109,鎖相器 11109中，單片機I/O輸出與P麗相同的等脈寬的同步信號Sync，當輸入信號為正時，Sync 控制74hc4052的B將信號通過13腳輸入到U3的正相輸入端，當輸入信號為負時，Sync控 制74hc4052的B將信號通過3腳輸入到U3的負相輸入端，再通過偏置放大電路11110以 及U2, C10, R9, Cl，R3組成二階巴特沃斯低通濾波器11111，這樣保證了信號的最終輸出為 正值，如波形11112,滿足了主控晶片A/D轉換的需求。實現了信號噪聲的有效濾除。
[0030] 所述的數據處理電路板102包含鎖相電路及噪聲處理電路和4?20mA信號傳 輸電路，所述的4~20mA電路如圖7所示，包括單片機1021，V-I轉換電路1022,設計通過 C8051R)21的DAC1輸出口，經過運算放大器由LM358搭建而成的V/I轉換電路1022,將DAC 輸出的電壓信號轉換成4?20mA電流輸出信號。
[0031] 在線連續顆粒物濃度監測儀工作時，電源管理電路板101、數據處理電路板102、 雷射器驅動管理電路板103、光電接收器111、雷射器106,連接線接口 110工作原理關係如 圖1、2所示。雷射器106發出的雷射經過李氏孔107進入煙道，測量煙道內顆粒物濃度，激 光經顆粒物漫反射後，漫反射的光經過保護窗口 108、聚光鏡109進入光電接收器111，光電 信號轉換後，進入數據處理電路板102,數據處理後經連接線接口 110傳輸至上位機，顯示 測量值。測量過程中光電轉換及信號預處理電路以及鎖相電路及噪聲處理電路光電信號轉 換準確，能過濾掉失真信號。採用4-20mA電流來傳輸信號，電流對噪聲並不敏感，避開相關 噪聲的影響。解決了在工業現場電壓傳輸信號時由於傳輸的信號是電壓信號，傳輸線會受 到噪聲的幹擾；傳輸線的分布電阻會產生電壓降等問題。雷射器驅動管理電路板103保證 了光源光功率輸出恆定在一定的範圍內。電源管理電路板101可為4?20mA電流輸出、 雷射管等單元電路提供穩定可靠電源。
[0032] 本實用新型提供的產品電路設計實用合理，測量數據準確可信。
[0033] 本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明，本實用新型所 屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實施例作各種各樣的修改或補充或採用類似 的方法替代，但並不會偏離本實用新型的精神或超越所附權利要求書定義的範圍。
【權利要求】
1. 一種在線連續顆粒物濃度監測儀，包括：後腔件，前腔件，連接過渡件，所述的後腔 件又包括：雷射器，雷射器座、李氏孔、保護窗口、聚光鏡、電路安裝盤，所述的前腔件包括， 氣嘴、校準具座，前腔件與連接過渡件通過法蘭盤連接，後腔件與前腔件固定連接，其特徵 在於：所述的後腔件還包括，電源管理電路板、數據處理電路板、雷射器驅動管理電路板、光 電接收器、連接線、連接線接口；所述的電源管理電路板與數據處理電路板、雷射器驅動管 理電路板、光電接收器連接，所述的雷射器驅動管理電路板與雷射器連接，所述的數據處理 電路板與光電接收器、連接線接口連接；所述的光電接收器包括光電轉換及信號預處理電 路；所述的數據處理電路板包含鎖相電路及噪聲處理電路和4?20mA信號傳輸電路；所述 的光電轉換及信號預處理電路中光信號通過光電二極體SD100,經過I-V轉換電路並進行 初級放大，PWM信號通過C9隔直電容進入由U4組成的運算放大電路；所述的鎖相電路及噪 聲處理電路通過鎖相電路，將有用信號與噪聲信號進行分離，通過單片機I/O輸出與PWM相 同的等脈寬的同步信號Sync，當輸入信號為正時，Sync控制74hc4052的B將信號通過13 腳輸入到U3的正相輸入端，當輸入信號為負時，Sync控制74hc4052的B將信號通過3腳 輸入到U3的負相輸入端。
2. 根據權利要求1所述的一種在線連續顆粒物濃度監測儀，其特徵在於，所述的雷射 器驅動管理電路板包括雷射驅動電路，雷射光源驅動由兩部分組成，一部分為TEC控制，另 一部分為驅動電流控制，從單片機的I/O輸出PWM50%的方波，通過打開IC-WJB的輸出，使 雷射輸出光信號為方波。
3. 根據權利要求1所述的一種在線連續顆粒物濃度監測儀，其特徵在於，所述的 4~20mA電路設計通過C8051F021的DAC1輸出口，經過運算放大器由LM358搭建而成的V/I 轉換電路，將DAC輸出的電壓信號轉換成4?20mA電流輸出信號。
4. 根據權利要求1、2、3所述的一種在線連續顆粒物濃度監測儀，其特徵在於，所述的 連接線接口共有七個端子，分別連接24VDAC電源正極、-20mA電流輸出正極、24VDAC電源 負極、RS485通訊A、4-20mA電流輸出負極、備用24VDAC電源負極、RS485通訊B。
【文檔編號】G01N15/06GK203881652SQ201420287675
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月3日 優先權日:2014年6月3日
【發明者】白惠峰, 閆興鈺, 白慧賓, 郭永亮, 王紅梅, 丁相午 申請人:中綠環保科技股份有限公司