基于光学的无动力粉尘检测系统、装置和检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种基于光学的无动力粉尘检测系统、装置和检测方法，包括：激光头安装在粉尘检测组件的左侧，通风腔室一侧与激光头之间通过光路导管连接，通风腔室另一侧设置光学陷阱，光学陷阱用于接收激光头发射的激光光束，激光头、光路导管、通风腔室和光学陷阱设置在同一直线上。基于光学散射法的粉尘浓度检测技术，通过特有的无动力光学测试机构、基于无动力机构的粉尘浓度检测算法的研究，简化了粉尘的检测过程和维护方法，延长了维护时间。

Optical based unpowered dust detection system, device and detection method

The invention provides an optical power system, dust detection device and detection method, which is based on a laser head is arranged in a dust detection component on the left side, between the ventilation chamber side and the laser head are connected through the optical conduit, the other side ventilation chamber is provided with optical trap, optical trap for receiving the laser beam laser emission. The laser head, a light path duct, ventilation chamber and optical trap set in the same line. The dust concentration detection technology based on optical scattering method, through the unique unpowered optical testing mechanism, based on dust concentration detection algorithm without power mechanism research, simplifies the detection process and maintenance method of dust, prolong the maintenance time.

【技术实现步骤摘要】
基于光学的无动力粉尘检测系统、装置和检测方法
本专利技术涉及机电一体化控制领域，尤其涉及一种基于光学的无动力粉尘检测系统、装置和检测方法。
技术介绍
粉尘浓度检测在矿山工业领域应用非常广泛，基于光学的粉尘浓度传感器和检测仪由于直读式和可适应各种复杂的环境中而日益得到重视。虽然这些设备已被广泛的应用，但仍然存在一些不足。一是目前国内使用的粉尘检测仪器，无论是采样器，直读仪，还是粉尘浓度传感器，大多需要动力产生取样气流，实现取样和测量。对于粉尘测量的仪器，动力系统不仅增加了仪器的体积和重量，使结构更复杂，而且在使用过程中气路容易被粉尘污染和堵塞，影响测量，甚至是设备无法工作；二是粉尘测量的结果易受被测环境的风速等参数影响；三是多数此类传感器和检测仪功耗高，测量精度低，可靠性差；这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于光学的无动力粉尘检测系统、装置和检测方法。为了实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供了一种基于光学的无动力粉尘检测系统，包括：激光头6、光路导管2、通风腔室、光学陷阱7；激光头6安装在粉尘检测组件的左侧，通风腔室一侧与激光头6之间通过光路导管2连接，通风腔室另一侧设置光学陷阱7，光学陷阱7用于接收激光头6发射的激光光束，激光头6、光路导管2、通风腔室和光学陷阱7设置在同一直线上。上述技术方案的有益效果为：通过激光头在腔室内检测粉尘，该结构设计简单，检测精度高。所述的基于光学的无动力粉尘检测系统，优选的，所述粉尘检测组件包括：激光二极管座3、聚光表支座4；所述激光二极管座3为中空结构，激光二极管座一端安装激光头6，在激光二极管座3的中空结构中安装聚光表支座4，所述聚光表支座4为中空结构，聚光表支座4外径和激光二极管座3的中空结构的内径过盈接触，在聚光表支座4外径和激光二极管座3的中空结构的内径之间安装稳固套，使聚光表支座4外径和激光二极管座3的中空结构的内径安装完成后不产生松动，在聚光表支座4左侧为激光头6前端的激光二极管，在聚光表支座4右侧套接光路导管2，光路导管2为“十”字形，与聚光表支座4的凹槽卡接。上述技术方案的有益效果为：光路导管的形状便于卡在聚光表支座上，稳定可靠不易晃动，通过远端激光头进行测量操作。所述的基于光学的无动力粉尘检测系统，优选的，还包括密封盖5和紧定螺钉12；激光二极管座3的中空结构的中部设置卡槽式过孔，将激光头6卡接在卡槽式过孔中，在激光二极管座3外侧安装密封盖5，所述密封盖5的外螺纹与激光二极管座3的内螺纹相配合，从而拧紧密封盖5，激光二极管座3外部为锥形，在激光二极管座3的管体设置紧定螺钉12，所述紧定螺钉12穿过激光二极管座3拧紧在聚光表支座4上。上述技术方案的有益效果为：通过密封盖防止外界异物干扰检测，方便实用。所述的基于光学的无动力粉尘检测系统，优选的，还包括：检测座1、硅光电池8和滤光片9；在检测座1座体上开设通风腔室，所述通风腔室两侧贯通，在检测座1的通风腔室轴向开设孔隙安装滤光片9，滤光片9靠近检测座1外壁安装硅光电池8，硅光电池8与滤光片9相贴合，硅光电池8通过传输导线连接供电电池14。所述的基于光学的无动力粉尘检测系统，优选的，还包括O型密封圈10和沉头螺钉11；聚光表支座4外侧设置基台，聚光表支座4的基台通过若干沉头螺钉11与检测座1相固定，在靠近光路导管2的外围安装O型密封圈10，将O型密封圈10压合在聚光表支座4和检测座1之间。本专利技术还公开一种便携式粉尘检测装置，包括：粉尘检测组件、控制面板、检测外壳、供电电池14；检测外壳为中空设置，检测外壳分为组件安装部和检测机身，组件安装部和检测机身呈“T”型，检测机身内部安装供电电池14，组件安装部内部安装粉尘检测组件，在组件安装部外部一侧安装控制面板，在组件安装部外部另一侧开设通气孔19，通气孔19与粉尘检测组件相配合检测粉尘浓度。所述的便携式粉尘检测装置，优选的，还包括伸缩插头13、电路板15、电源开关16和光学陷阱出口17；伸缩插头13电源线连接供电电池14电源端，所述电路板14安装在检测机身内部的手持部位，在检测机身的手持部位上端设置电源开关16，电源开关16设置在食指能够直接触碰到的位置，粉尘检测组件的光学陷阱位置设置光学陷阱出口17。所述的便携式粉尘检测装置，优选的，所述组件安装部的通气孔19位置为椭圆形双层设置，在椭圆形双层处设置小于椭圆形的防尘盖18，所述防尘盖18在椭圆形的通气孔19处往复运动；所述检测机身的手持部位为人体工程学波浪形状，方便用户握持。本专利技术还公开一种基于光学的无动力粉尘检测方法，包括如下步骤：S1，通过风速测量仪对风速测量之后，获取风速数据，将风速数据代入风速测量方法中；S2，将计算后的风速数据与粉尘测量补偿方法进行综合计算，获得粉尘浓度值。所述的基于光学的无动力粉尘检测方法，优选的，所述S1中风速测量方法包括：S1-1，设置一维风速模型，假设m为两个收发超声波探头的间距，t12为顺风时探头1和2之间超声波传播的时间；t21为逆风时，两个探头间超声波传播时间，模型假设v为超声波无风情况下传播速度，vi为风速，则可计算出风速为从上述公式得知，在已知两个超声波探头之间的间距m的情况下，只需要得到顺风和逆风的超声波传播时间就可以得到此时的实测风速；S1-2，设置二维风速模型，假设风速在二维空间中分布呈上下左右四个方分别标号1、2、3、4，在四个方向上分别安放四个超声波风速仪，1和2为上下一组，3和4为左右另外一组，两组超声波风速仪互相垂直在同一个水平面上，且每组超声波风速仪的间距均一致为m；以同一频率发射超声波，测量每组探头的顺逆风的传播时间分别为：t12、t21、t34、t43。则得到，在探头1和2上下方向的风速为vy，得到公式，另外一组探头3和4左右方向的风速vx为公式再由矢量分解遵循勾股定理得到实际风速vi，最后，得到实测风速为由二维风向模型公式知道只需测得超声波顺、逆风的传播时间，便求出当前风速风向；将测量的数据看成是一个长度为N的队列，把每次的采样新值放入队尾，队首的一个数据出列，其他数据前移一位，这样队列中始终有N个“最新”数据，再将队列中的N个数据进行数学平均，从而得到新的滤波值。其数据表达式为：式中：为第n次采样滤波后的输出；Xn-i为未经滤波的第n-i次采样；N为滑动平均项数。为防止调节检测仪接收灵敏度时由于超调货失调引起的振荡，使仪器读数能够平缓上升或者下降，这里采用PID算法加以调节，以对振荡进行抑制，在控制过程中采用智能判断的方法使系统处于最优状态。PID控制的基本原理此处不再累述，其输出关系如下式所示：式中：Kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数，I表示一个积分的满域；式中：u(t)为控制器输出；e(t)为控制器输入的偏差信号；e(t)＝r(t)-c(t)。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术针对现有技术提到的三点不足，采用特别设计的无动力光学测试机构，使得仪器体积减小、重量减轻、结构简单、气路不易被污染、功耗大大降低。另外，通过对无动力测试机构的补偿算法的研究，提高了粉尘检测仪的检测精度和可靠性。本专利技术基于光学散射法的粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光学的无动力粉尘检测系统，其特征在于，包括：激光头(6)、光路导管(2)、通风腔室、光学陷阱(7)；激光头(6)安装在粉尘检测组件的左侧，通风腔室一侧与激光头(6)之间通过光路导管(2)连接，通风腔室另一侧设置光学陷阱(7)，光学陷阱(7)用于接收激光头(6)发射的激光光束，激光头(6)、光路导管(2)、通风腔室和光学陷阱(7)设置在同一直线上。

【技术特征摘要】
1.一种基于光学的无动力粉尘检测系统，其特征在于，包括：激光头(6)、光路导管(2)、通风腔室、光学陷阱(7)；激光头(6)安装在粉尘检测组件的左侧，通风腔室一侧与激光头(6)之间通过光路导管(2)连接，通风腔室另一侧设置光学陷阱(7)，光学陷阱(7)用于接收激光头(6)发射的激光光束，激光头(6)、光路导管(2)、通风腔室和光学陷阱(7)设置在同一直线上。2.根据权利要求1所述的基于光学的无动力粉尘检测系统，其特征在于，所述粉尘检测组件包括：激光二极管座(3)、聚光表支座(4)；所述激光二极管座(3)为中空结构，激光二极管座一端安装激光头(6)，在激光二极管座(3)的中空结构中安装聚光表支座(4)，所述聚光表支座(4)为中空结构，聚光表支座(4)外径和激光二极管座(3)的中空结构的内径过盈接触，在聚光表支座(4)外径和激光二极管座(3)的中空结构的内径之间安装稳固套，使聚光表支座(4)外径和激光二极管座(3)的中空结构的内径安装完成后不产生松动，在聚光表支座(4)左侧为激光头(6)前端的激光二极管，在聚光表支座(4)右侧套接光路导管(2)，光路导管(2)为“十”字形，与聚光表支座(4)的凹槽卡接。3.根据权利要求2所述的基于光学的无动力粉尘检测系统，其特征在于，还包括密封盖(5)和紧定螺钉(12)；激光二极管座(3)的中空结构的中部设置卡槽式过孔，将激光头(6)卡接在卡槽式过孔中，在激光二极管座(3)外侧安装密封盖(5)，所述密封盖(5)的外螺纹与激光二极管座(3)的内螺纹相配合，从而拧紧密封盖(5)，激光二极管座(3)外部为锥形，在激光二极管座(3)的管体设置紧定螺钉(12)，所述紧定螺钉(12)穿过激光二极管座(3)拧紧在聚光表支座(4)上。4.根据权利要求1所述的基于光学的无动力粉尘检测系统，其特征在于，还包括：检测座(1)、硅光电池(8)和滤光片(9)；在检测座(1)座体上开设通风腔室，所述通风腔室两侧贯通，在检测座(1)的通风腔室轴向开设孔隙安装滤光片(9)，滤光片(9)靠近检测座(1)外壁安装硅光电池(8)，硅光电池(8)与滤光片(9)相贴合，硅光电池(8)通过传输导线连接供电电池(14)。5.根据权利要求2、3或4所述的基于光学的无动力粉尘检测系统，其特征在于，还包括O型密封圈(10)和沉头螺钉(11)；聚光表支座(4)外侧设置基台，聚光表支座(4)的基台通过若干沉头螺钉(11)与检测座(1)相固定，在靠近光路导管(2)的外围安装O型密封圈(10)，将O型密封圈(10)压合在聚光表支座(4)和检测座(1)之间。6.一种便携式粉尘检测装置，包括：粉尘检测组件、控制面板、检测外壳、供电电池(14)；检测外壳为中空设置，检测外壳分为组件安装部和检测机身，组件安装部和检测机身呈“T”型，检测机身内部安装供电电池(14)，组件安装部内部安装粉尘检测组件，在组件安装部外部一侧安装控制面板，在组件安装部外部另一侧开设通气孔(19)，通气孔(19)与粉尘检测组件相配合检测粉尘浓度。7.根据权利要求6所述的便携式粉尘检测装置，其特征在于，还包括伸缩插头(13)、电路板(15)、电源开关(16)和光学陷阱出口(17)；伸缩插头(13)电源线连接供电电池(14)电源端，所述电路板(14)安装在检测机身内部的手持部位，在检测机身的手持部位上端设置电源开关(16)...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵政，王杰，李德文，吴付祥，隋金君，刘国庆，惠立锋，晏丹，邓勤，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50