一种基于双光声光谱的矿井粉尘实时检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双光声光谱的矿井粉尘实时检测系统及检测方法，其中基于双光声光谱的矿井粉尘实时检测系统包括第一采样单元、第一光声检测腔体、第二采样单元、第二光声检测腔体、信号单元以及处理单元；所述第一采样单元用于分开采样，所述第一光声检测腔体为所述第一采样单元采样的物质提供光声效应场所，所述第二采样单元用于分开采样，所述第二光声检测腔体为所述第二采样单元采样的物质提供光声效应场所，所述信号单元用于提供激光信号，所述处理单元用于将光声信号收集处理。本发明专利技术有助于解决现有的矿井粉尘检测时无法对粉尘中游离SiO2含量、呼吸性粉尘浓度以及总粉尘浓度进行在线实时检测的问题。粉尘浓度进行在线实时检测的问题。粉尘浓度进行在线实时检测的问题。

A real-time detection system and method of mine dust based on dual photoacoustic spectroscopy

【技术实现步骤摘要】
一种基于双光声光谱的矿井粉尘实时检测系统及检测方法


[0001]本专利技术涉及矿井粉尘检测
，具体地说涉及一种基于双光声光谱的矿井粉尘实时检测系统及检测方法。

技术介绍

[0002]呼吸性粉尘是导致尘肺病的主要因素，而尘肺病是我国最严重的职业病。《煤矿安全规程》规定，煤矿企业对井下生产性粉尘必须进行监测，当煤尘中游离SiO2含量<10％时，时间加权平均容许浓度下的呼吸性粉尘应小于2.5mg/m3、总粉尘应小于4mg/m3等。可见，粉尘中游离二氧化硅含量是判断粉尘是否超标的重要依据，规程规定粉尘中游离二氧化硅含量必须每半年测定一次。二氧化硅以游离气态的形式漂浮在煤尘空气中，含量较少，现有的检测技术手段多为离线采样，在实时性和准确性上存在较大缺陷，无法做到在线检测和实时研判，不能满足矿井呼吸性粉尘防控的要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可对粉尘中游离SiO2含量、呼吸性粉尘浓度以及总粉尘浓度进行在线检测的基于双光声光谱的矿井粉尘实时检测系统及其检测方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种基于双光声光谱的矿井粉尘实时检测系统，包括第一采样单元、第一光声检测腔体、第二采样单元、第二光声检测腔体、信号单元以及处理单元；
[0005]所述第一采样单元用于对粉尘中的本底和粉尘总进行分开采样，所述第一光声检测腔体与所述第一采样单元相连通且为所述第一采样单元采样的物质提供光声效应场所，所述第二采样单元用于对粉尘中的本底干扰气体、粉尘中的游离呼吸性粉尘以及游离总粉尘进行分开采样，所述第二光声检测腔体与所述第二采样单元相连通且为所述第二采样单元采样的物质提供光声效应场所，且所述第二光声检测腔体与所述第一光声检测腔体相连通，所述信号单元用于为所述第一光声检测腔体和所述第二光声检测腔体提供激光信号，所述处理单元用于将光声效应后的产生光声信号进行收集处理。
[0006]进一步的，所述第一采样单元包括设置有第一过滤膜的本底CO采样气路、设置有可将粉尘中气态游离SiO2反应生成固态Si和气态CO的反应组件的总CO采样气路以及三通控制阀，所述本底CO采样气路、所述总CO采样气路以及所述第一光声检测腔体的一端分别与所述三通控制阀的三个端口相连通，所述本底CO采样气路以及所述总CO采样气路的另一端分别用于采样，所述第一光声检测腔体的另一端与所述第二光声检测腔体连通。
[0007]进一步的，所述反应组件包括碳管以及依次包裹在所述碳管的外层的对所述碳管进行加热的加热带、高温石英毡、高温石英纤维以及耐高温保温棉，所述碳管的一端为采样口、另一端与所述总CO采样气路相连通。
[0008]进一步的，所述第二采样单元包括设置有第二过滤膜的本底干扰气体采样气路、
设置有7um金属过滤膜的游离呼吸性粉尘采样气路、游离总粉尘采样气路以及四通控制阀，所述本底干扰气体采样气路、所述游离呼吸性粉尘采样气路以及所述游离总粉尘采样气路的一端分别与所述四通控制阀的三个端口相连通、另一端分别与所述第二光声检测腔体相连通。
[0009]进一步的，所述信号单元包括激光器、用于调制所述激光器输出方波调制信号，发出近红外激光的信号调制器以及用于将得到的激光既可经过所述第一光声检测腔体也可经过所述第二光声检测腔体的反光镜。
[0010]进一步的，所述第一光声检测腔体和所述第二光声检测腔体均包括光声腔体以及设置在所述光声腔体的中间部分的用于产生光声信号的微音器，且所述光声腔体的两端均采用密封o圈和石英窗片密封；
[0011]所述处理单元包括用于收集和放大所述微音器产生的光声信号的锁相放大器以及用于将所述锁相放大器收集的信号进行处理并显示出来的检测软件。
[0012]进一步的，还包括采样泵以及两个流量计，所述采样泵设置在所述第一光声检测腔体与所述第二光声检测腔体间，用于抽气，两个所述流量计分别设置在所述第一光声检测腔体与所述采样泵间、所述第二光声检测腔体与所述采样泵间，用于控制气体流量。
[0013]一种基于双光声光谱的矿井粉尘实时检测方法，包括基于双光声光谱的矿井粉尘实时检测系统，其步骤为：
[0014]S1、所述第一采样单元中：调节所述三通控制阀将所述第一光声检测腔体与所述本底CO采样气路连通，所述第二采样单元中：调节所述四通控制阀将所述第二光声检测腔体与所述本底干扰气体采样气路连通；
[0015]S2、启动所述采样泵，所述第一采样单元中：粉尘的本底CO经过所述第一过滤膜过滤颗粒粉尘，经所述三通控制阀进入所述第一光声检测腔体；所述第二采样单元中：粉尘从所述四通控制阀进入，经过所述第二过滤膜过滤颗粒粉尘，进入所述第二光声检测腔体，此时进入所述第一光声检测腔体的待测对象为粉尘的本底CO，进入所述第二光声检测腔体的待测对象为煤尘的本底干扰气体；
[0016]S3、启动所述信号调制器调制所述激光器发出激光，激光经过所述第一光声检测腔体和所述第二光声检测腔体，在所述第一光声检测腔体内：激光基于光声效应激发CO气体，产生声压波段，驱动设置在所述第一光声检测腔体上的所述微音器产生光声信号，光声信号再由所述锁相放大器采集放大后，在所述检测软件上显示本底CO的含量S
CO本底
；在所述第二光声检测腔体内：激光基于光声效应激发本底干扰气体，产生声压波段，驱动设置在所述第二光声检测腔体上的所述微音器产生光声信号，再由所述锁相放大器采集放大后，在所述检测软件显示本底干扰气体的含量S
本底干扰
；
[0017]S4、在所述第一采样单元中：调节所述三通控制阀将所述第一光声检测腔体与所述总CO采样气路连通；在所述第二采样单元中：调节所述四通控制阀将所述第二光声检测腔体与所述游离呼吸性粉尘采样气路连通；
[0018]S5、所述第一采样单元中：粉尘经过所述反应组件，其中气态游离SiO的反应生成固态Si和气态CO，气态游离生成的气态CO同原本粉尘中的CO经所述三通控制阀进入第一光声检测腔体；所述第二采样单元中：粉尘经所述7um金属过滤膜进入所述第二光声检测腔体，此时进入所述第一光声检测腔体的待测对象为气态游离生成的气态CO与原本粉尘中的
CO，进入所述第二光声检测腔体的待测对象为带有干扰气体的游离呼吸性粉尘；
[0019]S6、在第一光声检测腔体内：同S3原理，所述第一光声检测腔体上的所述微音器产生总CO的光声信号，再经由所述锁相放大器采集放大后在检测软件进行处理；在所述第一光声检测腔体内：同S3原理，所述第二光声检测腔体上的所述微音器产生游离呼吸性粉尘的光声信号，再经由所述锁相放大器采集放大后在检测软件进行处理；
[0020]S7、检测软件内：将总CO的光声信号减去S3中得到的本底CO的光声信号，即得到气态游离SiO2反应生成的CO的光声信号，再经过换算得到气态游离SiO反应生成的CO的含量S
CO反应
，再通过公式将S
CO反应
换算得到气态游离SiO的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双光声光谱的矿井粉尘实时检测系统，其特征在于，包括第一采样单元(1)、第一光声检测腔体(2)、第二采样单元(3)、第二光声检测腔体(4)、信号单元(5)以及处理单元(6)；所述第一采样单元(1)用于对粉尘中的本底CO和粉尘总CO进行分开采样，所述第一光声检测腔体(2)与所述第一采样单元(1)相连通且为所述第一采样单元(1)采样的物质提供光声效应场所，所述第二采样单元(3)用于对粉尘中的本底干扰气体、粉尘中的游离呼吸性粉尘以及游离总粉尘进行分开采样，所述第二光声检测腔体(4)与所述第二采样单元(3)相连通且为所述第二采样单元(3)采样的物质提供光声效应场所，且所述第二光声检测腔体(4)与所述第一光声检测腔体(2)相连通，所述信号单元(5)用于为所述第一光声检测腔体(2)和所述第二光声检测腔体(4)提供激光信号，所述处理单元(6)用于将光声效应后的产生光声信号进行收集处理。2.根据权利要求1所述的基于双光声光谱的矿井粉尘实时检测系统，其特征在于，所述第一采样单元(1)包括设置有第一过滤膜(7)的本底CO采样气路(8)、设置有可将粉尘中气态游离SiO2反应生成固态Si和气态CO的反应组件(9)的总CO采样气路(10)以及三通控制阀(11)，所述本底CO采样气路(8)、所述总CO采样气路(10)以及所述第一光声检测腔体(2)的一端分别与所述三通控制阀(11)的三个端口相连通，所述本底CO采样气路(8)以及所述总CO采样气路(10)的另一端分别用于采样，所述第一光声检测腔体(2)的另一端与所述第二光声检测腔体(4)连通。3.根据权利要求2所述的基于双光声光谱的矿井粉尘实时检测系统，其特征在于，所述反应组件(9)包括碳管(12)以及依次包裹在所述碳管(12)的外层的对所述碳管(12)进行加热的加热带(13)、高温石英毡(14)、高温石英纤维(15)以及耐高温保温棉(16)，所述碳管(12)的一端为采样口、另一端与所述总CO采样气路(10)相连通。4.根据权利要求1所述的基于双光声光谱的矿井粉尘实时检测系统，其特征在于，所述第二采样单元(3)包括设置有第二过滤膜(17)的本底干扰气体采样气路(18)、设置有7um金属过滤膜(19)的游离呼吸性粉尘采样气路(20)、游离总粉尘采样气路(21)以及四通控制阀(22)，所述本底干扰气体采样气路(18)、所述游离呼吸性粉尘采样气路(20)以及所述游离总粉尘采样气路(21)的一端分别与所述四通控制阀(22)的三个端口相连通、另一端分别与所述第二光声检测腔体(4)相连通。5.根据权利要求1所述的基于双光声光谱的矿井粉尘实时检测系统，其特征在于，所述信号单元(5)包括激光器(23)、用于调制所述激光器(23)输出方波调制信号，发出近红外激光的信号调制器(24)以及用于将得到的激光既可经过所述第一光声检测腔体(2)也可经过所述第二光声检测腔体(4)的反光镜(25)。6.根据权利要求1所述的基于双光声光谱的矿井粉尘实时检测系统，其特征在于，所述第一光声检测腔体(2)和所述第二光声检测腔体(4)均包括光声腔体(26)以及设置在所述光声腔体(26)的中间部分的用于产生光声信号的微音器(27)，且所述光声腔体(26)的两端均采用密封o圈和石英窗片密封；所述处理单元(6)包括用于收集和放大所述微音器(27)产生的光声信号的锁相放大器(28)以及用于将所述锁相放大器(28)得到的信号进行处理并显示出来的检测软件(29)。7.根据权利要求1所述的基于双光声光谱的矿井粉尘实时检测系统，其特征在于，还包
括采样泵(30)以及两个流量计(31)，所述采样泵(30)设置在所述第一光声检测腔体(2)与所述第二光声检测腔体(4)间，用于抽气，两个所述流量计(31)分别设置在所述第一光声检测腔体(2)与所述采样泵(30)间、所述第二光声检测腔体(4)与所述采样泵(30)间，用于控制气体流量。8.一种基于双光声光谱的矿井呼吸性粉尘实时检测方法，包括如权利要求1至7中所述的基于双光声光谱的矿井粉尘实时检测系统，其步骤为：S1、所述第一采样单元(1)中：调节所述三通控制阀(11)将所述第一光声检测腔体(2)与所述本底CO采样气路(8)连通，所述第二采样单元(3)中：调节所述四通控制阀(22)将所述第二光声检...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳华伟，方磊，王浩伟，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：