一种反射式光纤粉尘浓度测量系统技术方案

本发明专利技术涉及粉尘浓度测量技术领域，具体公开了一种反射式光纤粉尘浓度测量装置，包括测量部分、光源部分、定向耦合器部分、信号转换部分，测量部分包括激光调整端、衰减区、反射端，光源部分产生激光并将激光传送至定向耦合器部分，定向耦合器部分通过光纤将激光传送至测量部分，激光进入测量部分后，首先通过激光调整端的调整，然后射入衰减区进行测量衰减，再垂直射入反射端，反射端将激光反射并依次穿过衰减区、激光调整端后由光纤传输回定向耦合器部分，定向耦合器部分将反射后的激光传输至信号转换部分。本发明专利技术采用光纤传输光信号，实现了远程测量，测量部分为纯光学装置，放置在粉尘浓度过高的测量区域非常安全。

Reflection type optical fiber dust concentration measuring system

The present invention relates to the technical field of dust concentration measurement, a reflective optical fiber dust concentration measuring device includes measurement part, in particular, the light source part, directional coupler part, signal conversion part, measurement part includes laser adjusting end, attenuation zone, reflector, light source laser and the laser is transmitted to the directional coupler. Part of the laser directional coupler is transmitted to the measuring part through the optical fiber laser, enter the measurement part, first through the end of the laser adjustment adjustment, and then into the measured attenuation zone, and then shot into the vertical reflector, reflector and reflecting the laser light passes through the District, after the end of laser attenuation adjustment by the optical fiber transmission to the directional coupler. Part of the laser directional coupler transmitted to the signal conversion after the reflection part. The invention adopts optical fiber to transmit optical signals, and realizes remote measurement. The measuring part is a pure optical device and is placed in the measuring area with high dust concentration.

【技术实现步骤摘要】
一种反射式光纤粉尘浓度测量系统
本专利技术涉及粉尘浓度测量领域，尤其涉及一种反射式光纤粉尘浓度测量系统。
技术介绍
粉尘浓度的测量方法主要包括光学分析法与非光学分析法，非光学分析法由于检测设备响应速度慢、处理复杂，难以对粉尘浓度进行实时监测。而基于光学分析的粉尘浓度测量技术具有探测灵敏度高、选择性强、响应速度快等特点，适合现场实时监测，且成本较低，是以后粉尘浓度测量的理想方法。现有的手持粉尘浓度测量装置必须要求操作人员在现场进行测量，而在类似于煤矿矿井等粉尘浓度高的环境中，操作人员在测量时必须做好防尘措施，不然会损伤呼吸道，影响健康。现有的化学反应式粉尘浓度传感器，需要对空气粉尘进行采集处理，具有测量时延差，无法进行实时测量；电式粉尘浓度测量装置安全性较差，当矿井粉尘浓度过高时，轻微的电火花会引发矿井爆炸的风险。而对于光纤式粉尘浓度传感器，利用光纤进行光信号远距离传播，可以实现远程测量，但是测量仪器位于高粉尘区域，长期使用后仪器表面或仪器内会有粉尘沉积，增加激光在传输器件表面的损耗，使得激光的传输效果受到影响，进而影响测量精度。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种反射式光纤粉尘浓度测量系统，通过光纤将光信号传输至测量区域，测量部分中包含的反射区将测量后的激光按照原路返回，再经光纤传回，实现同一根光纤传输两个不同方向的激光，节约了激光远程传输的成本。一种反射式光纤粉尘浓度测量系统，包括测量部分、光源部分、定向耦合器部分、信号转换部分，光源部分、信号转换部分分别与定向耦合器部分连接，测量部分与定向耦合器部分通过光纤连接，测量部分位于测量现场，测量部分远离光源部分、信号转换部分、定向耦合器部分；测量部分包括激光调整端、衰减区、反射端，其中激光调整端与反射端之间为衰减区，衰减区内为含有粉尘的待测气体；光源部分产生激光并将激光传送至定向耦合器部分，定向耦合器部分通过光纤将激光传送至测量部分，激光进入测量部分首先通过激光调整端的调整然后射入衰减区进行测量衰减，再垂直射入反射端，反射端将激光反射并依次穿过衰减区、激光调整端后由光纤传输回定向耦合器部分，定向耦合器部分将反射后的激光传输至信号转换部分。进一步的,定向耦合器部分包括第一定向耦合器与第二定向耦合器，光纤包括第一光纤与第二光纤，信号转换部分包括第一探测器与第二探测器，其中第一定向耦合器、第二定向耦合器分别与光源部分连接，第一定向耦合器与第一光纤的首端连接，第二定向耦合器与第二光纤的首端连接，第一光纤与第二光纤的末端均与激光调整端连接；第一探测器与第一定向耦合器连接，第二探测器与第二定向耦合器连接，第一探测器与第二探测器将接收到的光信号转化为电信号。进一步的，光源部分包括依次连接的激光器、耦合器、分束器，其中激光器发射激光并经过耦合器耦合后传入分束器，分束器将激光分为第一光路与第二光路，第一光路进入第一定向耦合器后经第一光纤传输至激光调整端，第二光路进入第二定向耦合器后经第二光纤传输至激光调整端。进一步的,激光调整端包括第一激光调整端、第二激光调整端，衰减区分为第一衰减区、第二衰减区，反射端包括第一反射端、第二反射端，其中第一衰减区位于第一激光调整端与第一反射端之间，第二衰减区位于第二激光调整端与第二反射端之间；第一激光调整端与第一光纤末端连接，第二激光调整端与第二光纤末端连接；第一光路由第一激光调整端调整后传输至第一衰减区进行衰减，测量衰减后的第一光路垂直射入第一反射端，第二光路由第二激光调整端调整后传输至第二衰减区进行衰减，测量衰减后的第二光路垂直射入第二反射端；第一光路在第一衰减区的光程大于第二光路在第二衰减区的光程。进一步的,测量部分还包括连接杆，其中激光调整端与反射端通过连接杆固定连接。进一步的,第一激光调整端包括第一准直器与第一平透镜，第二激光调整端包括第二准直器与第二平透镜，其中第一光路经过第一准直器准直后由第一平透镜射出并射入第一衰减区；第二光路经过第二准直器准直后由第二平透镜输出并射入第二衰减区。进一步的,第一反射端包括第三平透镜与第一反射镜，第二反射端包括第四平透镜与第二反射镜，其中第一反射镜安装在第三平透镜之后，第二反射镜安装在第四平透镜之后；第一光路经过第一衰减区衰减后从第三平透镜射入第一反射镜，第二光路经过第二衰减区衰减后从第四平透镜射入第二反射镜。进一步的，第一激光调整端还包括第一单透镜整形器，第二激光调整端还包括第二单透镜整形器，其中第一单透镜整形器安装在第一准直器与第一平透镜之间，第一光路经第一准直器准直后，经第一单透镜整形器将激光能量均匀化再通过第一平透镜照射到第一衰减区；第二单透镜整形器安装在第二准直器与第二平透镜之间第二光路经第二准直器准直后，经第二单透镜整形器将激光能量均匀化再通过第二平透镜照射到第二衰减区。进一步的,还包括数据处理部分，其中数据处理部分与第一探测器与第二探测器连接，第一探测器与第二探测器将电信号发送至数据处理部分进行处理。本专利技术的一种反射式光纤粉尘浓度测量系统，具有以下有益效果：1、设置定向耦合器以及反射式测量方法，使用同一根光纤完成一条光路上输入测量部分的激光和输出测量部分的激光的传输，节约成本；2、利用光纤远距离传输光信号，实现远程测量粉尘浓度；3、反射式测量方法可以使测量距离加倍，或者在同样的测量距离上可以使测量部分的体积减小一半；4、双光路测量方法，利用差分运算消除测量误差，提高测量精度；5、利用单透镜整形器对准直器的输出光进行能量平均化处理，使得对于粉尘浓度的测量在均匀分布的光场下进行，可改善测量空间范围内粉尘浓度的非均匀分布问题对测量结果的不利影响；6、测量部分为纯光学结构，放置于测量现场非常安全；7、采用准直器对光纤输出的激光进行扩束，可以提高测量区域截面积，其测量结果能反映较大空间中粉尘浓度的平均测量效果。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1为本专利技术的一种反射式光纤粉尘浓度测量系统第一个实施例的组成图；图2为本专利技术的一种反射式光纤粉尘浓度测量系统第一个实施例的测量部分组成图；图3为本专利技术的一种反射式光纤粉尘浓度测量系统第二个实施例的组成图；图4为本专利技术的一种反射式光纤粉尘浓度测量系统第三个实施例的组成图；图5为本专利技术的一种反射式光纤粉尘浓度测量系统第四个实施例的组成图；图6为本专利技术的一种反射式光纤粉尘浓度测量系统第五个实施例的结构图；图7为本专利技术的一种反射式光纤粉尘浓度测量系统第六个实施例的结构图；其中：1-测量部分、2-光源部分、3-定向耦合器部分、4-信号转换部分、5-光纤、6-激光调整端、7-衰减区、8-反射端、9-第一定向耦合器、10-第二定向耦合器、11-第一光纤、12-第二光纤、13-第一探测器、14-第二探测器、15-第一光路、16-第二光路、17-激光器、18-耦合器、19-分束器、20-第一激光调整端、21-第二激光调整端、22-第一衰减区、23-第二衰减区、24-第一反射端、25-第二反射端、26-连接杆、27-第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反射式光纤粉尘浓度测量系统，其特征在于，包括测量部分、光源部分、定向耦合器部分、信号转换部分，所述光源部分、所述信号转换部分分别与所述定向耦合器部分连接，所述测量部分与所述定向耦合器部分通过光纤连接，所述测量部分位于测量现场，所述测量部分远离所述光源部分、所述信号转换部分、所述定向耦合器部分；所述测量部分包括激光调整端、衰减区、反射端，其中：所述激光调整端与所述反射端之间为所述衰减区，所述衰减区内为含有粉尘的待测气体；所述光源部分产生激光并将激光传送至所述定向耦合器部分，所述定向耦合器部分通过所述光纤将激光传送至所述测量部分，激光进入所述测量部分后，首先通过所述激光调整端的调整，然后射入所述衰减区进行测量衰减，再垂直射入所述反射端，所述反射端将激光反射并依次穿过所述衰减区、所述激光调整端后由所述光纤传输回所述定向耦合器部分，所述定向耦合器部分将反射后的激光传输至所述信号转换部分。

【技术特征摘要】
1.一种反射式光纤粉尘浓度测量系统，其特征在于，包括测量部分、光源部分、定向耦合器部分、信号转换部分，所述光源部分、所述信号转换部分分别与所述定向耦合器部分连接，所述测量部分与所述定向耦合器部分通过光纤连接，所述测量部分位于测量现场，所述测量部分远离所述光源部分、所述信号转换部分、所述定向耦合器部分；所述测量部分包括激光调整端、衰减区、反射端，其中：所述激光调整端与所述反射端之间为所述衰减区，所述衰减区内为含有粉尘的待测气体；所述光源部分产生激光并将激光传送至所述定向耦合器部分，所述定向耦合器部分通过所述光纤将激光传送至所述测量部分，激光进入所述测量部分后，首先通过所述激光调整端的调整，然后射入所述衰减区进行测量衰减，再垂直射入所述反射端，所述反射端将激光反射并依次穿过所述衰减区、所述激光调整端后由所述光纤传输回所述定向耦合器部分，所述定向耦合器部分将反射后的激光传输至所述信号转换部分。2.如权利要求1所述的一种反射式光纤粉尘浓度测量系统，其特征在于,所述定向耦合器部分包括第一定向耦合器与第二定向耦合器，所述光纤包括第一光纤与第二光纤，所述信号转换部分包括第一探测器与第二探测器，其中：所述第一定向耦合器、所述第二定向耦合器分别与所述光源部分连接，所述第一定向耦合器与所述第一光纤的首端连接，所述第二定向耦合器与所述第二光纤的首端连接，所述第一光纤与所述第二光纤的末端均与所述激光调整端连接；所述第一探测器与所述第一定向耦合器连接，所述第二探测器与所述第二定向耦合器连接，所述第一探测器与所述第二探测器将接收到的光信号转化为电信号。3.如权利要求2所述的一种反射式光纤粉尘浓度测量系统，其特征在于，所述光源部分包括依次连接的激光器、耦合器、分束器，其中：所述激光器发射激光并经过所述耦合器耦合后传入所述分束器，所述分束器将激光分为第一光路与第二光路，所述第一光路进入所述第一定向耦合器后经所述第一光纤传输至所述激光调整端，所述第二光路进入所述第二定向耦合器后经所述第二光纤传输至所述激光调整端。4.如权利要求3所述的一种反射式光纤粉尘浓度测量系统，其特征在于,所述激光调整端包括第一激光调整端、第二激光调整端，所述衰减区分为第一衰减区、第二衰减区，所述反射端包括第一反射端、第二反射端，其中：所述第一衰减区位于所述第一激光调整端与所述第一反射端之间，所述第二衰减区位于所述第二激光调整端...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海强，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61