一种光散射颗粒物浓度检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种光散射颗粒物浓度检测装置，包括有样气采样系统、光学测量系统、电路控制系统；采用90度激光光散射原理，采样气流通过一个均匀照明的光敏感区时，气流中的尘埃粒子产生散射光，一定范围内的散射光通量被收集并投射到光电转换器上，由光电转换器输出的与粒子直径成一定比例关系的电信号经其后的电子系统处理后给出被测粒子的粒径，然后输入对应的计数通道进行计数，从而测出空气中颗粒物浓度并给出空气洁净度级别。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种光散射颗粒物浓度检测装置，属于在线检测领域。
技术介绍
地面上的尘土在风力、人为带动及其他带动飞扬而进入大气的开放性污染源是环境空气中总悬浮颗粒物的重要组成部分。其危害表现在：遮挡阳光、降低空气能见度、影响交通；扬尘颗粒沾染各种有毒有害物质侵入呼吸道，容易引发咽喉炎、支气管炎和肺部感染等疾病。扬尘颗粒物主要分为道路扬尘、施工扬尘、堆场扬尘等，属于无组织污染源、对于城市PM2.5的贡献率有时甚至可达30%，防治难度很大，缺乏精细化监控和管理，也是国家环保部十二五规划的重点课题。扬尘颗粒物监测的方法有很多种，市场上比较成熟的测量方法有手工称重法、β射线法、光散射法。手工称重法不能实时在线监测，β射线法虽然可以在线监测，但是射线法的测量方法是测量积分的过程，一次测量结果需要最少半个小时的累计时间，而某些场合的扬尘浓度变化是一个快变化过程，因此需要在线实时快速监测的场合下，通常使用光散射的原理进行测量。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种光散射颗粒物浓度检测装置，可同时在线测量不同粒径的粒子浓度，能广泛应用于城市建筑施工场地、工业企业厂界、施工场界、社会生活等场合颗粒物实时在线监测，能瞬时出值并能够同时监测PM1、PM2.5、PM10和TSP。为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：一种光散射颗粒物浓度检测装置，其特征在于：包括有样气采样系统、光学测量系统、电路控制系统；所述样气采样系统包括有光学测量腔，位于光学测量腔的两侧分别螺纹连接有进气管、出气管，进气管、出气管之间形成气路，光学测量腔的顶端固定安装有球面反射镜，光学测量腔的下端设有散射光压束透镜，散射光压束透镜的下端面紧贴在光电探测器上并用压圈固定在光电探测器工装中，光电探测器工装与光学测量腔的下端螺纹连接，光电探测器工装可调整光电探测器与球面反射镜之间的距离；所述光学测量系统包括有激光器二极管，激光器二极管的前方光路上依次设有光源整形透镜组、光陷阱，光源整形透镜组包括有准直透镜、柱透镜，所述光路贯穿光学测量腔；所述激光器二极管发射有一定发散角的光束，光束通过光源整形透镜组整形成平行光并进行一维聚焦，光源整形透镜组的焦点落在光路光轴和气路中心轴的交汇处，光束照射到气路中的扬尘粒子上发出散射光，扬尘粒子的部分角度范围的散射光信号通过球面反射镜以及扬尘粒子自身部分角度范围的散射光信号通过散射光压束透镜压束后，收集到光电探测器的探测面上，其余光信号被光陷阱吸收；所述光电探测器的信号输出端与电路控制系统连接。所述的一种光散射颗粒物浓度检测装置，其特征在于：所述球面反射镜与光学测量腔之间通过O形圈密封。所述的一种光散射颗粒物浓度检测装置，其特征在于：所述光源整形透镜组的焦点处获得长轴约4mm短轴约0.3mm的长窄型椭圆光斑。所述的一种光散射颗粒物浓度检测装置，其特征在于：所述电路控制模块包括有依次电连接的前置取样放大电路、二级运放电路、阈值比较器、触发器、多路计数器、处理器，处理器还与人机交互模块连接；对光电探测器输出的微弱电信号进行放大、甄别、计数，通过计数散射光信号脉冲个数来得到单位时间内的粒子数量从而反演扬尘粒子的质量浓度或者数浓度，将不同粒径范围的粒子分不同通道进行计数，达到了在线同时测量不同粒径段的扬尘粒子浓度的目的。所述的一种光散射颗粒物浓度检测装置，其特征在于：所述球面反射镜的反射面镀有金膜，提高反射效率。所述的一种光散射颗粒物浓度检测装置，其特征在于：所述光陷阱采用锥形口结构。所述的一种光散射颗粒物浓度检测装置，其特征在于：所述光学测量腔内部全部进行发黑处理，减小杂散光影响。所述的一种光散射颗粒物浓度检测装置，其特征在于：所述进气管的内径在2mm～3mm范围内，确保在一定浓度范围内能够测量到单粒子信号。本技术的工作原理是：激光器发出的激光束经准直透镜准直后，被柱透镜镜一维聚焦于光学测量腔内光敏感区，焦线位于照明系统光轴和散射光收集系统光轴组成的平面内，且垂直于气流方向(即采用直角方向散射收集形式)。激光束穿过光敏感区后进入光陷阱，并被光陷阱吸收掉。室内气体在真空泵作用下，以一定流量通过进气口进入光学测量腔内光敏感区，当空气中没有尘埃时，激光束将被光陷阱完全吸收，光电探测器的光电二极管没有光线射入，无输出信号；当空气中有尘埃时，激光束将在光敏感区照射到尘埃，产生与其尺寸成比例的散射光，一定立体角范围内的散射光被球面反射镜反射，光电探测器的光电二极管有信号输入，同时输出一个幅值与粒子尺寸成比例的电脉冲信号，经后续电路放大、甄别、计数后即可得到被测空气中各种粒径尘埃粒子的颗粒数。电路控制系统中，对光电探测器输出的微弱电信号首先进行前置取样放大，匹配后续处理电路与检测器件之间的阻抗，对放大器的要求是低噪声、高增益、低输出阻抗，应有足够的信号带宽和负载能力以及良好的抗干扰能力；二级运放电路采用低噪声、高共模抑制比的精密运算放大器，将脉冲信号放大到适当大小，经由阈值比较器比较脉冲幅值和计数器分档计数后送到处理器进行处理，并将结果实时在人机交互模块上显示。本技术的优点是：本技术可同时在线测量不同粒径的粒子浓度，能广泛应用于城市建筑施工场地、工业企业厂界、施工场界、社会生活等场合颗粒物实时在线监测。附图说明图1是本技术的光学测量系统的主视图。图2是本技术的光学测量系统的俯视图。图3是本技术的样气采样系统示意图。图4是本技术的电路控制系统示意图。具体实施方式本技术涉及一种光散射颗粒物浓度检测装置，可同时在线测量不同粒径段的粒子浓度，应用于环境大气中扬尘颗粒物实时在线监测。具体实施方式配合附图，详细说明如下：如图1-4所示，一种光散射颗粒物浓度检测装置，包括有样气采样系统、光学测量系统、电路控制系统；样气采样系统包括有光学测量腔13，位于光学测量腔13的两侧分别螺纹连接有进气管12、出气管10，进气管12、出气管10之间形成气路9，光学测量腔13的顶端固定安装有球面反射镜4，球面反射镜4与光学测量腔13之间通过O形圈11密封，光学测量腔13的下端设有散射光压束透镜6，散射光压束透镜6的下端面紧贴在光电探测器7上并用压圈15固定在光电探测器工装14中，光电探测器工装14与光学测量腔13的下端螺纹连接，光电探测器工装14可调整光电探测器7与球面反射镜4之间的距离；光学测量系统包括有激光器二极管1，激光器二极管1的前方光路上依次设有光源整形透镜组8、光陷阱5，光源整形透镜组8包括有准直透镜2、柱透镜3，所述光路贯穿光学测量腔13；激光器二极管2发射有一定发散角的光束，光束通过光源整形透镜组8整形成平行光并进行一维聚焦，光源整形透镜组8的焦点落在光路光轴和气路9中心轴的交汇处，光源整形透镜组8的焦点处获得长轴约4mm短轴约0.3mm的长窄型椭圆光斑，光束照射到气路9中的扬尘粒子上发出散射光，扬尘粒子的部分角度范围的散射光信号通过球面反射镜4以及扬尘粒子自身部分角度范围的散射光信号通过散射光压束透镜压束后，收集到光电探测器7的探测面上，其余光信号被光陷阱吸收；光电探测器7的信号输出端与电路控制系统连接，电路控制模块包括有依次电连接的前置取样放大电路16、二级运放电路17、阈值比较器18、触发器19本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光散射颗粒物浓度检测装置，其特征在于：包括有样气采样系统、光学测量系统、电路控制系统；所述样气采样系统包括有光学测量腔，位于光学测量腔的两侧分别螺纹连接有进气管、出气管，进气管、出气管之间形成气路，光学测量腔的顶端固定安装有球面反射镜，光学测量腔的下端设有散射光压束透镜，散射光压束透镜的下端面紧贴在光电探测器上并用压圈固定在光电探测器工装中，光电探测器工装与光学测量腔的下端螺纹连接，光电探测器工装可调整光电探测器与球面反射镜之间的距离；所述光学测量系统包括有激光器二极管，激光器二极管的前方光路上依次设有光源整形透镜组、光陷阱，光源整形透镜组包括有准直透镜、柱透镜，所述光路贯穿光学测量腔；所述激光器二极管发射有一定发散角的光束，光束通过光源整形透镜组整形成平行光并进行一维聚焦，光源整形透镜组的焦点落在光路光轴和气路中心轴的交汇处，光束照射到气路中的扬尘粒子上发出散射光，扬尘粒子的部分角度范围的散射光信号通过球面反射镜以及扬尘粒子自身部分角度范围的散射光信号通过散射光压束透镜压束后，收集到光电探测器的探测面上，其余光信号被光陷阱吸收；所述光电探测器的信号输出端与电路控制系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种光散射颗粒物浓度检测装置，其特征在于：包括有样气采样系统、光学测量系统、电路控制系统；所述样气采样系统包括有光学测量腔，位于光学测量腔的两侧分别螺纹连接有进气管、出气管，进气管、出气管之间形成气路，光学测量腔的顶端固定安装有球面反射镜，光学测量腔的下端设有散射光压束透镜，散射光压束透镜的下端面紧贴在光电探测器上并用压圈固定在光电探测器工装中，光电探测器工装与光学测量腔的下端螺纹连接，光电探测器工装可调整光电探测器与球面反射镜之间的距离；所述光学测量系统包括有激光器二极管，激光器二极管的前方光路上依次设有光源整形透镜组、光陷阱，光源整形透镜组包括有准直透镜、柱透镜，所述光路贯穿光学测量腔；所述激光器二极管发射有一定发散角的光束，光束通过光源整形透镜组整形成平行光并进行一维聚焦，光源整形透镜组的焦点落在光路光轴和气路中心轴的交汇处，光束照射到气路中的扬尘粒子上发出散射光，扬尘粒子的部分角度范围的散射光信号通过球面反射镜以及扬尘粒子自身部分角度范围的散射光信号通过散射光压束透镜压束后，收集到光电探测器的探测面上，其余光信号被光陷阱吸收；所述光电探测器的信号输出端与电路控制系统连接。2.根据权利要求1所述的一种光散射颗粒物浓度检测装置，其特征在于：所述球面反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏，桂华侨，吴玉笛，
申请(专利权)人：安徽蓝盾光电子股份有限公司，中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：新型
国别省市：安徽;34