一种带自净化系统的颗粒物质量浓度检测仪技术方案

本发明专利技术一种带自净化系统的颗粒物质量浓度检测仪，属于环保检测技术领域，包括光电传感系统和信号采集处理系统，所述光电传感系统包括激光照明系统、采样气路、散射光收集系统，所述散射光收集系统收集光敏区内的散射光并将光信号转换为电信号输送给信号采集处理系统；还包括自净系统，所述自净系统为吹气泵通过HEPA管连通采样气路。本发明专利技术主要加入了自净化装置，可防止残留在光电传感系统的粉尘颗粒对光学系统的污染，提高其工作稳定性，延长其工作寿命，且可对正常工作状态下采集的粉尘颗粒质量浓度进行标定和计算。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环保检测
，具体涉及一种颗粒物质量浓度检测仪。
技术介绍
粉尘质量浓度是指单位体积中微小颗粒物的质量，通常用mg/m3或ug/m3表示。粉尘质量浓度的测量方法分为取样分析法和感应直测法。取样分析法主要包括：滤膜称重法；感应直测法主要包括：β射线法、振荡天平法、压电晶体检测费以及光散射法。滤膜称重法：滤膜称重法的基本原理是：利用固定流量的气泵长时间抽取样本气体让其通过恒重的滤膜，滤膜能够过滤超过95％的固定粒径的粉尘颗粒，则样本气体中大部分大于固定粒径的粉尘颗粒将被阻留在滤膜上，通过称量滤膜增加的质量就能计算出粉尘质量浓度。滤膜称重法的优点在于它能够最直接的反映样本气体的粉尘质量浓度，而且所测的浓度值也不受粉尘颗粒化学成分、粒径形状、分散程度、电气性能以及光学性质的影响，特别是对测量高浓度粉尘颗粒物环境有着显著优势。主要的缺点是测量周期过长，无法提供实时连续的数据，而且其测量的精确度受到所用天平的制约，同时样本气体的体积计量也存在一定程度的误差。β射线吸收法：β射线实为原子发生β衰变时所释放的一种块状带电粒子集团，β粒子的穿透能力较强。当β射线穿过样本时，其强度与厚度和粉尘质量有如下近似关系：(式中，I0为β射线的初始强度，I为穿透样本后β射线的强度，μm为质量吸收系数，单位为cm2/g；tm为质量厚度，单位为g/cm3。对于不同的物质，μm会随着原子序列的增加而缓慢增加；对于同一种物质，μm也与β射线的强度有关。β射线吸收法测量粉尘浓度的原理是：通过横流气泵抽入样本气体通过滤纸，探测器实时记录β射线的强度，通过计算公式就可以换算出粉尘质量浓度。β射线法的优点是能够连续测量、系统工作可靠、安装简便以及无需人员坚守等。但是由于β射线对于不同物质表现的质量系数不同，以及相对较高的成本使得其应用范围受限。振荡天平法：振荡天平法是基于航天技术的锥形元件微量振荡天平原理而研制的，该锥形元件是由一个橡胶、类玻璃物质制成的空心管，空心管底部连接着主基座，另一端支撑着滤膜和电子反馈系统，引发并保持空心管振荡。被收集滤膜上的粉尘颗粒质量与锥形元件的振荡频率存在着对应关系：(式中，Δm为收集的粉尘颗粒物质量，fa为空心管收集前的振荡频率，fb为收集后的振荡频率，K0为锥形空心管的弹性常数)。振荡天平中空心管的振荡频率只取决与沉积在滤膜上粉尘颗粒物的质量，因此可以认为振荡天平法是一种称重法，但是振荡天平法与传统的滤膜称重法又有本质的区别，最主要的区别表现在实时监控性，而且振荡天平法精度很高，石英天平量程10-5～10-11g。缺点是其测量也存在着一定程度的偏差，主要表现在：首先弹性常数K0的校准和粉尘粒径范围的影响，其次是粉尘颗粒物在滤膜过载时会脱落，同时也可能阻塞滤膜，最后挥发性样本具有的挥发性对测量结果亦有影响。压电晶体检测法：压电晶体检测法是基于粉尘粒子附着于压电材料(压电式石英晶体)从而改变压电材料的振荡频率来测量粉尘浓度。测量原理是：当待测样本气体通过压电材料的过滤带时，由于压电材料的吸附作用，使过滤带的质量发生变化，从而引起压电材料振荡频率的改变，只要测得压电材料的振荡频率，就能通过计算公式得到样本气体的粉尘质量浓度。其主要优点是：有较高的灵敏度和准确度；能够实时得到粉尘质量浓度。但在实际应用中突显出两个问题：一是需要增加压电材料对粉尘颗粒的吸附力；二是要定期清理压电材料表面上附着的粒子。光散射法：样本气体通过光敏区时，粉尘颗粒物被激光照射发生Mie散射，被散射光收集系统收集，其中粉尘颗粒的散射光强度与其质量浓度呈线性关系。光散射法检测粉尘颗粒是非接触式的，测量过程不会影响粉尘粒子的物化性质。光散射法测量的主要优点：快速换算，实时监控。但对清洁度要求高，需要定期通过其它检测仪器进行参数标定。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种结构简单、自带净化系统的颗粒物质量浓度检测仪。本专利技术技术方案如下：一种带自净化系统的颗粒物质量浓度检测仪，其特征在于：包括光电传感系统和信号采集处理系统，所述光电传感系统包括激光照明系统、采样气路、散射光收集系统，所述采样气路按照气体路径包括进气口、光敏区、出气口，所述出气口连通抽气泵，还包括自净系统，所述自净系统为吹气泵通过HEPA管连通采样气路，所述散射光收集系统收集光敏区内的散射光并将光信号转换为电信号输送给信号采集处理系统。所述采样气路在进气口之前优选的包括切割头。所述切割头优选的连通三通，所述三通的另外两端分别连通待检测气体和自净系统的HEPA管。优选的所述信号采集处理系统包括信号放大电路、信号积分电路、AD采样电路和微处理器，所述信号放大电路可集成于光电传感系统内部或位于独立的信号采集处理系统中。所述激光照明系统优选的包括激光二极管和透镜组。所述激光照明系统的照明光路的入射口和出射口优选的包括光阑。所述激光照明系统的整个光学腔体优选的做发黑处理。所述采样气路中还可包括流量计、过滤滤膜，所述流量计位于吹气泵的出口和抽气泵的入口，所述过滤滤膜位于切割头之前。所述散射光收集系统优选的包括光敏区(激光通过直接扩散和反射最终聚集到光敏区的腔体中，也可称之为聚光腔)、透镜组和光电探测器。优选的所述光电探测器相对于采样气路为前向光散射结构或90°光散射结构，所述前向光散射结构为激光光束与光电探测器在同一直线，还包括位于光电探测器之前的吸光槽和凸透镜组；所述90°光散射结构为激光光束、光电探测器和采样气路互成90°，还包括与激光光束相对放置的激光反射斜角组件，激光反射斜角组件将激光反射到聚光腔中并由光电探测器收集，反射光的反射角在30°以上。本专利技术的技术效果：本专利技术总体工作原理如下：首先以恒定的流量采样样本气体，当待检测的样本气体中的粉尘颗粒通过光敏区时，在照明激光光束作用下产生散射光，部分散射光由散射光收集系统收集并通过光电探测器转换为电信号。经过光电探测器转换后的电信号在经过前置放大电路放大，放大电路可集成于光电传感系统内部，也可位于信号采集处理系统之中。经放大电路放大的电压信号到达积分电路累加起来，最后通过AD电路换算出当前电压对应的数值，在固定时间内将得到的数值累加，再乘上固定系数就得到了当前环境的粉尘颗粒质量浓度值。本专利技术主要加入了自净化装置，不需要定期与其它设备(如β射线或振荡天平的设备)进行标定，通过自净化装置可以检测干净空气的数值，关闭自净化装置后，检测数值与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带自净化系统的颗粒物质量浓度检测仪，其特征在于：包括光电传感系统和信号采集处理系统，所述光电传感系统包括激光照明系统、采样气路、散射光收集系统，所述采样气路按照气体路径包括进气口、光敏区、出气口，所述出气口连通抽气泵，所述散射光收集系统收集光敏区内的散射光并将光信号转换为电信号输送给信号采集处理系统，还包括自净系统，所述自净系统为吹气泵通过HEPA管连通采样气路。

【技术特征摘要】
1.一种带自净化系统的颗粒物质量浓度检测仪，其特征在于：
包括光电传感系统和信号采集处理系统，
所述光电传感系统包括激光照明系统、采样气路、散射光收集系统，
所述采样气路按照气体路径包括进气口、光敏区、出气口，所述出气口连通抽气泵，
所述散射光收集系统收集光敏区内的散射光并将光信号转换为电信号输送给信号采集处
理系统，
还包括自净系统，所述自净系统为吹气泵通过HEPA管连通采样气路。
2.根据权利要求1所述的一种带自净化系统的颗粒物质量浓度检测仪，其特征在于所述
采样气路在进气口之前包括切割头。
3.根据权利要求2所述的一种带自净化系统的颗粒物质量浓度检测仪，其特征在于所述
切割头连通三通，所述三通的另外两端分别连通待检测气体和自净系统的HEPA管。
4.根据权利要求2所述的一种带自净化系统的颗粒物质量浓度检测仪，其特征在于所述
采样气路中还包括流量计、过滤滤膜，所述流量计位于吹气泵的出口和抽气泵的入口，所述
过滤滤膜位于切割头之前。
5.根据权利要求1所述的一种带自净化系统的颗粒物质量浓度检测仪，其特征在于所述
信号采集处理系统包括信号放大电路、信号积...

【专利技术属性】
技术研发人员：李苏安，李浩，
申请(专利权)人：北京中科诚毅科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11