双通道粉尘浓度传感器及其粉尘浓度检测方法技术

本发明专利技术涉及一种双通道粉尘浓度传感器及其粉尘浓度检测方法，属于传感器技术领域。本发明专利技术的传感器包括检测光源单元、校准光源单元、光接收单元、信号处理单元和光源控制单元。检测光源单元和校准光源单元分别采用红外光光源和激光光源，从而采用本发明专利技术的传感器及其检测方法能够利用激光光源的检测结果对红外光源检测进行补偿，有效提高利用红外光光源的检测精度，同时减少激光光源的使用时间，延长使用寿命，且本发明专利技术双通道粉尘浓度传感器，其结构简单，成本低廉；采用该传感器的粉尘浓度检测方法，应用方式简便，应用范围也相当广泛。

【技术实现步骤摘要】
双通道粉尘浓度传感器及其粉尘浓度检测方法
本专利技术涉及传感器
，特别涉及气体传感器
，具体是指一种双通道粉尘浓度传感器及其粉尘浓度检测方法。
技术介绍
随着国民经济的发展和人们生活水平的提高，空气环境质量的好坏引起了人们的高度重视。近年来，粉尘作为空气中最重要的污染物之一备受关注。粉尘对人类危害极大，尤其是小粒径颗粒物，能长时间飘浮在大气中，难以沉降到地面，易进入人体呼吸道，且粒径越小，在人体呼吸道中的沉降位置越深，危害就越大。因此粉尘浓度的测量在环境保护领域中具有十分重要的意义，是迫切需要解决的问题。国家环保部新修订的《环境空气质量标准》将环境空气中空气动力学当量直径≤10μm的颗粒物称为可吸入颗粒物(PM10)；将环境空气中空气动力学当量直径≤2.5μm的颗粒物称为细颗粒物(PM2.5)。PM10易沉积在上呼吸道，引发各种疾病；细颗粒物(PM2.5)可以沉积在支气管和肺部，且更易吸附有毒害的物质进入体内，危害人体健康。因此，对空气中粉尘浓度的准确测量显得格外重要。目前国内外采用光学发测量粉尘浓度的传感器主要是通过光散射原理。携带粉尘气流可以认为是空气中散布着固体颗粒的气溶胶，当光束通过含尘空气时，会发生吸收和散射，从而使光在原来传播方向上的光强减弱。激光、红外粉尘传感器可用于测量粉尘，花粉，毛屑，香烟烟雾等颗粒物。光发射单元和光接收单元形成一个测量区域。当携带粉尘的空气流进入传感器的测量区域时，会产生吸收和散射。粉尘产生的散射光被接收单元接收，转换成电信号，通过电路处理得到粉尘的粒径和浓度。目前主要采用的光源有红外光和激光:使用红外光光源的特性包括核心光组件光衰减慢，一般使用寿命在7年以上，数据漂移基本没有，成本低，目前被大量采用在各类粉尘传感器上面，但其主要问题是由于红外光的波长导致可检测的最小粒径在1微米以上，精度也很低；而采用激光光源的传感器可以检测到最小粒径0.3微米的粉尘颗粒，测量精度大大提高，但是其缺陷在于激光光源的使用寿命约8000小时，并且随着使用衰减很快，导致测量数据漂移严重，而且成本也很高。因此，如何提供一种既有较长的使用寿命，又具有较高的检测精度，且成本较低的粉尘浓度检测设备成为本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种既包括红外光光源又包括激光光源，同时能够利用激光光源的检测结果对红外光源检测进行补偿，从而提高利用红外光光源的检测精度，延长使用寿命，且结构简单，成本低廉，应用范围广泛的双通道粉尘浓度传感器及其粉尘浓度检测方法。为了实现上述的目的，本专利技术的双通道粉尘浓度传感器具有如下构成：该双通道粉尘浓度传感器包括：检测光源单元、校准光源单元、光接收单元、信号处理单元和光源控制单元。其中，检测光源单元用以产生第一种光，并将所述的第一种光投射到粉尘检测区域；校准光源单元用以产生第二种光，并将所述的第二种光投射到所述的粉尘检测区域；光接收单元用于接收所述的第一种光和第二种光分别投射到所述的粉尘检测区域后，经粉尘散射产生的第一散射光和第二散射光，并根据所述的第一散射光和第二散射光生成对应的第一电信号和第二电信号；信号处理单元用以根据所述的光接收单元产生的第一电信号和第二电信号计算获得对应的第一粉尘浓度和第二粉尘浓度，并利用所述的第二粉尘浓度校准所述的第一粉尘浓度；光源控制单元用以控制所述的检测光源单元和校准光源单元中的一个处于工作状态。该双通道粉尘浓度传感器中，所述的第一种光为红外光，所述的检测光源单元包括红外二极管和第一透镜，所述的红外二极管产生的红外光通过所述的第一透镜投射到所述的粉尘检测区域；所述的第二种光为激光，所述的校准光源单元包括激光二极管和第二透镜，所述的激光二极管产生的激光通过所述的第二透镜投射到所述的粉尘检测区域。该双通道粉尘浓度传感器中，所述的光接收单元包括第三透镜和光接收端，所述的第三透镜将所述的粉尘检测区域内的第一散射光和第二散射光汇聚到所述的光接收端，该光接收端生成对应的第一电信号和第二电信号，并将所述的第一电信号和第二电信号发送至所述的信号处理单元。该双通道粉尘浓度传感器中，该传感器还包括前置放大单元，所述的第一电信号和第二电信号从所述的光接收端通过所述的前置放大单元传输至所述的信号处理单元。该双通道粉尘浓度传感器中，所述的第一透镜、第二透镜和第三透镜的光轴相交于所述的粉尘检测区域内的一点。该双通道粉尘浓度传感器中，所述的第一透镜、第二透镜和第三透镜中任意两个透镜的光轴之间的夹角为120°。该双通道粉尘浓度传感器中，还包括盒体，所述的检测光源单元、校准光源单元和光接收单元均设置于所述的盒体内，所述的盒体内还设置有风道，所述风道的两端连通盒体外，所述的粉尘检测区域位于所述的风道中。该双通道粉尘浓度传感器中，所述的风道包括顺序连通的进风口、进风风道、环形缓流风道、出风风道和出风口，所述的粉尘检测区域位于所述的环形缓流风道中。该双通道粉尘浓度传感器中，所述的进风风道的孔径大于所述的进风口的口径。该双通道粉尘浓度传感器中，所述的信号处理单元包括：浓度计算子单元、存储子单元和校准子单元。其中浓度计算子单元用以根据所述的光接收单元产生的第一电信号和第二电信号计算获得对应的第一粉尘浓度和第二粉尘浓度；存储子单元用以存储所述的第一粉尘浓度和第二粉尘浓度；校准子单元用以计算所述的第一粉尘浓度与第二粉尘浓度之间的差值，根据该差值校准所述的第一粉尘浓度。该双通道粉尘浓度传感器中，所述的光源控制单元包括：计时子单元和光源切换控制子单元。其中，计时子单元用于根据设定在经过确定的时间后发出光源切换控制信号；光源切换控制子单元用于根据所述的光源切换控制信号控制所述的检测光源单元和校准光源单元中的一个处于工作状态。该双通道粉尘浓度传感器中，所述的光源控制单元还包括浓度变化判断子单元，该浓度变化判断子单元用以判断所述的第一粉尘浓度在单位时间内的变化量是否超出预设值，若超出该预设值则向所述的光源切换控制子单元发出光源切换控制信号，并控制所述的计时子单元重新开始计时。本专利技术还提供一种利用上述的传感器实现的粉尘浓度检测方法，该方法包括以下步骤：(1)所述的光源控制单元控制所述的校准光源单元处于工作状态，并控制所述的检测光源单元处于非工作状态；(2)所述的光接收单元接收到所述的第二种光投射到所述的粉尘检测区域后经粉尘散射产生的第二散射光，并生成对应的第二电信号；(3)所述的信号处理单元根据所述的光接收单元产生的第二电信号计算获得对应的第二粉尘浓度；(4)所述的光源控制单元判断是否满足第一预设条件，当满足该第一预设条件时，进入步骤(5)；(5)所述的光源控制单元控制所述的检测光源单元处于工作状态，并控制所述的校准光源单元处于非工作状态；(6)所述的光接收单元接收到所述的第一种光投射到所述的粉尘检测区域后经粉尘散射产生的第一散射光，并生成对应的第一电信号；(7)所述的信号处理单元根据所述的光接收单元产生的第一电信号计算获得对应的第一粉尘浓度，并利用所述的第二粉尘浓度校准所述的第一粉尘浓度；(8)所述的光源控制单元判断是否满足第二预设条件，当满足该第二预设条件时，返回步骤(1)。该粉尘浓度检测方法中，所述的信号处理单元包括浓度计算子单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双通道粉尘浓度传感器，其特征在于，包括：检测光源单元，用以产生第一种光，并将所述的第一种光投射到粉尘检测区域；校准光源单元，用以产生第二种光，并将所述的第二种光投射到所述的粉尘检测区域；光接收单元，用于接收所述的第一种光和第二种光分别投射到所述的粉尘检测区域后，经粉尘散射产生的第一散射光和第二散射光，并根据所述的第一散射光和第二散射光生成对应的第一电信号和第二电信号；信号处理单元，用以根据所述的光接收单元产生的第一电信号和第二电信号计算获得对应的第一粉尘浓度和第二粉尘浓度，并利用所述的第二粉尘浓度校准所述的第一粉尘浓度；光源控制单元，用以控制所述的检测光源单元和校准光源单元中的一个处于工作状态。

【技术特征摘要】
1.一种双通道粉尘浓度传感器，其特征在于，包括：检测光源单元，用以产生第一种光，并将所述的第一种光投射到粉尘检测区域，所述的第一种光为红外光；校准光源单元，用以产生第二种光，并将所述的第二种光投射到所述的粉尘检测区域，所述的第二种光为激光；光接收单元，用于接收所述的第一种光和第二种光分别投射到所述的粉尘检测区域后，经粉尘散射产生的第一散射光和第二散射光，并根据所述的第一散射光和第二散射光生成对应的第一电信号和第二电信号；信号处理单元，用以根据所述的光接收单元产生的第一电信号和第二电信号计算获得对应的第一粉尘浓度和第二粉尘浓度，并利用所述的第二粉尘浓度校准所述的第一粉尘浓度；光源控制单元，用以控制所述的检测光源单元和校准光源单元中的一个处于工作状态；所述的光源控制单元包括：计时子单元，用于根据设定在经过确定的时间后发出光源切换控制信号；光源切换控制子单元，用于根据所述的光源切换控制信号控制所述的检测光源单元和校准光源单元中的一个处于工作状态；浓度变化判断子单元，用以判断所述的第一粉尘浓度在单位时间内的变化量是否超出预设值，若超出该预设值则向所述的光源切换控制子单元发出控制从检测光源单元向校准光源单元切换的光源切换控制信号，并控制所述的计时子单元重新开始计时；该传感器还包括盒体，所述的检测光源单元、校准光源单元和光接收单元均设置于所述的盒体内，所述的盒体内还设置有风道，所述风道的两端连通盒体外，所述的风道包括顺序连通的进风口、进风风道、环形缓流风道、出风风道和出风口，所述的粉尘检测区域位于所述的环形缓流风道中，且所述的进风风道的孔径大于所述的进风口的口径。2.根据权利要求1所述的双通道粉尘浓度传感器，其特征在于，所述的第一种光为红外光，所述的检测光源单元包括红外二极管和第一透镜，所述的红外二极管产生的红外光通过所述的第一透镜投射到所述的粉尘检测区域；所述的第二种光为激光，所述的校准光源单元包括激光二极管和第二透镜，所述的激光二极管产生的激光通过所述的第二透镜投射到所述的粉尘检测区域；所述的光接收单元包括第三透镜和光接收端，所述的第三透镜将所述的粉尘检测区域内的第一散射光和第二散射光汇聚到所述的光接收端，该光接收端生成对应的第一电信号和第二电信号，并将所述的第一电信号和第二电信号发送至所述的信号处理单元。3.根据权利要求2所述的双通道粉尘浓度传感器，其特征在于，所述的第一透镜、第二透镜和第三透镜的光轴相交于所述的粉尘检测区域内的一点，且所述的第一透镜、第二透镜和第三透镜中任意两个透镜的光轴之间的夹角为120°。4.根据权利要求1至3中任一项所述的双通道粉尘浓度传感器，其特征在于，所述的信号处理单元包括：浓度计算子单元，用以根据所述的光接收单元产生的第一电信号和第二电信号计算获得对应的第一粉尘浓度和第二粉尘浓度；存储子单元，用以存储所述的第一粉尘浓度和第二粉尘浓度；校准子单元，用以计算所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高波，王慧卿，
申请(专利权)人：安费诺常州连接系统有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32