專利名稱：一種應(yīng)用新型濾光片的激光粉塵儀的檢測(cè)和標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光分析儀器，尤其涉及一種應(yīng)用新型濾光片的激光粉塵儀的 檢測(cè)和標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
激光粉塵儀廣泛應(yīng)用在火電、化工、垃圾焚燒等行業(yè)領(lǐng)域中煙氣排放中固 體顆粒物如粉塵的檢測(cè)。所述激光粉塵儀可以通過測(cè)量光的透過率或光的散射
來測(cè)量粉塵。如圖7所示， 一種激光粉塵儀，通過測(cè)量激光在被測(cè)煙氣中的透 過率來測(cè)量粉塵，所述激光粉塵儀包括光發(fā)射單元、光反射單元40、光接收單 元和分析單元，所述光發(fā)射單元包括半導(dǎo)體激光器10、參考檢測(cè)器30和分光鏡 20，所述光接收單元包括光電檢測(cè)器50。在所述激光粉塵儀出廠前，要進(jìn)行檢 測(cè)和標(biāo)定。通常的檢測(cè)和標(biāo)定方法為在測(cè)量光路上插入平行平板濾光片，根 據(jù)所述激光粉塵儀測(cè)得的透過率值和所述濾光片的真實(shí)透過率值進(jìn)行檢測(cè)和標(biāo) 定。
上述濾光片是在平行平板玻璃片表面鍍膜或內(nèi)部摻雜形成。由于兩透光面 平行，對(duì)于激光來說很容易產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，如圖1所示。當(dāng)平行激光束l、 2入 射到濾光片時(shí)，激光束1被平行平板玻璃的第一面折射，接著被平行平板玻璃 的第二面反射，再被平行平板玻璃的第一面反射后形成反射光束3;入射光束2 被平行平板玻璃的第一面折射后形成光束4;上述光束3、 4將產(chǎn)生干涉，并且 隨入射角度e i的改變，光束3、 4的干涉在相長(zhǎng)和相消之間變化。同理，當(dāng)激 光器波長(zhǎng)有所變化時(shí)，干涉也會(huì)在相長(zhǎng)和相消之間變化。根據(jù)菲涅耳公式可以 計(jì)算出干涉在相長(zhǎng)和相消之間的能量差為總能量的18%左右(平行平板玻璃為 K9玻璃，激光波長(zhǎng)為655nm)。
由上述可見，由于平行平板濾光片的透過率會(huì)隨著激光的入射角和激光波 長(zhǎng)的變化而發(fā)生較明顯的變化，也即所述平行平板濾光片的透過率的穩(wěn)定性較
差，故而，使用此種平行平板濾光片會(huì)造成激光粉塵儀的檢測(cè)和標(biāo)定精度較低， 進(jìn)而降低了激光粉塵儀的測(cè)量精度。
激光粉塵儀還有另外一種結(jié)構(gòu)形式，利用的技術(shù)和上述激光粉塵儀相同，
如圖8所示，與上述結(jié)構(gòu)形式不同的是，不再使用光反射單元。但該種激光粉 塵儀在使用平行平板濾光片進(jìn)行檢測(cè)和標(biāo)定時(shí)具有和上述激光粉塵儀同樣的不 足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種應(yīng)用透過率穩(wěn)定性 較好的新型濾光片的激光粉塵儀的檢測(cè)和標(biāo)定方法。
本發(fā)明的目的主要是通過下述技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的
一種應(yīng)用新型濾光片的激光粉塵儀的檢測(cè)方法，所述激光粉塵儀具有測(cè)量 通道和參考通道，所述測(cè)量通道上設(shè)有光發(fā)射單元、光接收單元和分析單元； 所述光發(fā)射單元包括激光器，所述光接收單元包括光電檢測(cè)器；所述參考通道 上設(shè)有參考檢測(cè)器；所述方法包括以下步驟
a. 提供若干個(gè)濾光片，所述濾光片的兩個(gè)透光面間具有一大于零的夾角；
b. 分別把所述若干個(gè)濾光片固定在激光粉塵儀的測(cè)量光路中，分別測(cè)得所 述激光粉塵儀的透過率。根據(jù)所述測(cè)得的透過率和每一濾光片的真實(shí)透過率值， 得到所述激光粉塵儀的誤差。
作為優(yōu)選，所述夾角小于15度。
作為優(yōu)選，所述激光粉塵儀的透過率的計(jì)算方法為<formula>formula see original document page 5</formula>其中，
;;為歸一化系數(shù)；D,為所述光電檢測(cè)器在激光器開啟時(shí)測(cè)得的信號(hào)，D。為所述
光電檢測(cè)器在激光器關(guān)閉時(shí)測(cè)得的信號(hào)，A/,為所述參考探測(cè)器在激光器開啟時(shí) 測(cè)得的信號(hào)，M。為參考探測(cè)器在激光器關(guān)閉時(shí)測(cè)得的信號(hào)。
作為優(yōu)選，所述步驟b中誤差包括線性誤差^，線性誤差^的計(jì)算方法為 & =^^00%,其中A^^為每一所述濾光片的真實(shí)透過率值和實(shí)際測(cè)量值的
最大偏差(絕對(duì)值)，J 為所述激光粉塵儀的量程。
本發(fā)明還公開了一種激光粉塵儀的標(biāo)定方法，所述激光粉塵儀具有測(cè)量通
道和參考通道，所述測(cè)量通道上設(shè)有光發(fā)射單元、光接收單元和分析單元；所 述光發(fā)射單元包括激光器，所述光接收單元包括光電檢測(cè)器；所述參考通道上 設(shè)有參考檢測(cè)器；所述標(biāo)定方法包括步驟
a. 提供若干個(gè)濾光片，所述濾光片的兩個(gè)透光面間具有一大于零的夾角；
b. 分別把若干個(gè)濾光片固定在激光粉塵儀的測(cè)量光路中，分別測(cè)得所述激 光粉塵儀的透過率；
C.根據(jù)所述激光粉塵儀測(cè)得的透過率值和濾光片的真實(shí)透過率值，得到標(biāo) 定系數(shù)。
作為優(yōu)選，所述夾角小于15度。
根據(jù)激光干涉理論分析和實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn) 當(dāng)濾光片的兩透光面為非平行，也即具有一大于零的夾角的情況下，當(dāng)光束入 射角度或激光波長(zhǎng)發(fā)生改變時(shí)激光光束的透過率變化很小，而且透過率長(zhǎng)時(shí)間 的穩(wěn)定性也較好。因此，在激光粉塵儀的檢測(cè)和標(biāo)定中應(yīng)用所述新型濾光片時(shí)， 能夠較顯著地提高檢測(cè)和標(biāo)定的精度，進(jìn)而提高了激光粉塵儀的測(cè)量精度。


圖1是激光束在平行平板濾光片中的干涉示意圖； 圖2是激光束在非平行平板濾光片中的光路示意圖3是改變激光束到平行平板濾光片的入射角度時(shí)透過率的變化曲線；
圖4是改變激光束到非平行平板濾光片的入射角度時(shí)透過率的變化曲線；
圖5給出用激光粉塵儀測(cè)得平行平板濾光片的透過率的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性；
圖6給出用激光粉塵儀測(cè)得非平行平板濾光片的透過率的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性；
圖7是一種激光粉塵儀的結(jié)構(gòu)示意圖8是另一種激光粉塵儀的結(jié)構(gòu)示意圖9是一種激光粉塵儀的檢測(cè)和標(biāo)定示意圖10是激光粉塵儀測(cè)得的透過率值和濾光片的真實(shí)透過率值比較示意圖； 圖ll是標(biāo)定曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 實(shí)施例1:
如圖2, 9所示， 一種新型濾光片，濾光片的兩個(gè)透光面間具有一大于零的
夾角，也即兩個(gè)面具有一楔角。激光束l、 2以一定傾角射入所述濾光片中，其
中光束1在進(jìn)入濾光片后又在第二面上反射，再在第一面上反射。由圖可見，
反射光束3與入射光束2被濾光片折射后的光束4不平行，這樣濾光片多次反 射產(chǎn)生的光束3就無法到達(dá)激光粉塵儀的光電檢測(cè)器上，從而避免了激光的多 光束干涉現(xiàn)象。
把一平行平板濾光片放置在激光光路中，不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)平行平板濾光片來改 變激光在濾光片上的入射角，然后測(cè)得激光在平行平板濾光片中的透過率(透 過率為往返透過率，即光線透過兩次)曲線，如圖3所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)間從9: 50 到10: 30。把上述平行平板濾光片改成有一定楔角濾光片的透過率，不斷轉(zhuǎn)動(dòng) 該濾光片來改變激光的入射角，測(cè)得激光通過該濾光片后的透過率變化曲線， 如圖4所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)間從15: 33到15: 38。兩次實(shí)驗(yàn)除了使用不同的濾光片外， 其它實(shí)驗(yàn)裝置均相同。圖3、圖4中橫坐標(biāo)表示實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，縱坐標(biāo)表示透過率 值。通過兩次實(shí)驗(yàn)可以明顯看出，平行平板濾光片的透過率隨入射角度變化的 幅度約為10%,而楔角濾光片透過率變化幅度僅有0.4%，可見，楔角濾光片很 好地消除了干涉現(xiàn)象，進(jìn)而提高了透過率的穩(wěn)定性。
把一平行平板濾光片固定在激光光路中，保證激光的入射角不變，測(cè)得激 光通過所述濾光片后的透過率隨時(shí)間變化的曲線，如圖5所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)間從晚 上2h 00到第二天的8: 00。而圖6表示的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性中使用了有楔角的濾 光片。兩次實(shí)驗(yàn)除了使用不同的濾光片外，其它實(shí)驗(yàn)裝置均相同。從圖中可以 看出，有楔角的濾光片長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性明顯好于平行平板濾光片，原因是長(zhǎng)時(shí) 間內(nèi)激光器發(fā)射波長(zhǎng)會(huì)有一定的變化，隨著波長(zhǎng)的變化，干涉導(dǎo)致激光透過率 發(fā)生變化。
一種激光粉塵儀，如圖7所示，所述激光粉塵儀具有測(cè)量通道和參考通道； 所述測(cè)量通道上依次設(shè)置有光發(fā)射單元、光反射單元40、光接收單元和分析單 元。所述光發(fā)射單元包括半導(dǎo)體激光器10、分光鏡20;所述光接收單元包括光 電檢測(cè)器50，所述參考通道上設(shè)置有參考檢測(cè)器30。
本發(fā)明還揭示了一種激光粉塵儀的檢測(cè)方法，也即上述激光粉塵儀的檢測(cè) 過程，所述方法包括以下步驟
a. 提供若干個(gè)濾光片60，如圖2所示，所述濾光片60的兩個(gè)透光面間具 有一大于零的夾角，本實(shí)施例為5。；
b. 分別把若干個(gè)濾光片60固定在激光粉塵儀的測(cè)量光路中，如圖9所示， 分別記錄所述激光粉塵儀測(cè)得的透過率值5.652°/。， 12.441°/。， 28.425%， 51.872%， 79.128% (圖10);
所述激光粉塵儀的透過率的計(jì)算方法為7^;/.^^，其中，7為歸一化
- M。
系數(shù)；A為所述光電檢測(cè)器50在激光器10開啟時(shí)測(cè)得的信號(hào)，Z)。為所述光電 檢測(cè)器50在激光器10關(guān)閉時(shí)測(cè)得的信號(hào)，M,為所述參考探測(cè)器30在激光器 IO開啟時(shí)測(cè)得的信號(hào)，M。為參考探測(cè)器30在激光器IO關(guān)閉時(shí)測(cè)得的信號(hào)。
根據(jù)所述測(cè)得的透過率值和每一濾光片的真實(shí)透過率值(針對(duì)所述激光器 10所發(fā)射的波長(zhǎng)而言)5.68%, 12.39%， 28.61%, 51.76%， 78.96%,得到所述 激光粉塵儀的線性誤差為0.185%。
所述線性誤差^的計(jì)算方法為A=^lx100%=0.19%， A4^是上述每一
濾光片的真實(shí)透過率值和實(shí)際測(cè)量值的最大偏差(絕對(duì)值)，j 為所述激光粉塵
儀的量程，本實(shí)施例為100%。 實(shí)施例2:
一種激光粉塵儀的標(biāo)定方法，也即實(shí)施例2中激光粉塵儀的標(biāo)定過程，所 述標(biāo)定方法包括以下步驟
a. 與實(shí)施例1中檢測(cè)方法中的步驟a相同
b. 與實(shí)施例1中檢測(cè)方法中的步驟b不同的是，不再計(jì)算誤差；
c. 標(biāo)定步驟；根據(jù)所述測(cè)得的各透過率值和各濾光片的真實(shí)透過率值，得 到標(biāo)定系數(shù)，使得當(dāng)測(cè)得的透過率值乘以該標(biāo)定系數(shù)時(shí)，對(duì)應(yīng)的是真實(shí)的透過 率值。
所述標(biāo)定系數(shù)是通過下述方法得到把各濾光片的真實(shí)透過率值除以對(duì)應(yīng) 各濾光片的測(cè)得透過率值，進(jìn)而得到與各測(cè)得透過率值對(duì)應(yīng)的標(biāo)定系數(shù)1.005，
0.996， 1.007， 0.998， 0.998，再利用所述標(biāo)定系數(shù)擬和出一條標(biāo)定曲線，如圖 11所示。
需要指出的是，上述實(shí)施方式不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。本發(fā) 明的關(guān)鍵是，在激光粉塵儀的檢測(cè)和標(biāo)定過程中應(yīng)用了一種新型濾光片，所述 濾光片的兩個(gè)透光面間具有一大于零的夾角，這種濾光片抑制了激光的干涉作 用，從而大大抑制了激光透過率隨入射角、激光波長(zhǎng)變化而變化的現(xiàn)象，保證 了濾光片透過率的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高了檢測(cè)和標(biāo)定的準(zhǔn)確性，從而提高了激光 粉塵儀的測(cè)量精度。在不脫離本發(fā)明精神的情況下，對(duì)本發(fā)明作出的任何形式 的改變均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種應(yīng)用新型濾光片的激光粉塵儀的檢測(cè)方法，所述激光粉塵儀具有測(cè)量通道和參考通道，所述測(cè)量通道上設(shè)有光發(fā)射單元、光接收單元和分析單元；所述光發(fā)射單元包括激光器，所述光接收單元包括光電檢測(cè)器；所述參考通道上設(shè)有參考檢測(cè)器；所述方法包括以下步驟a.提供若干個(gè)濾光片，所述濾光片的兩個(gè)透光面間具有一大于零的夾角；b.分別把若干個(gè)濾光片固定在激光粉塵儀的測(cè)量光路中，分別測(cè)得所述激光粉塵儀的透過率根據(jù)所述測(cè)得的透過率和每一濾光片的真實(shí)透過率值，得到所述激光粉塵儀的誤差。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征在于所述夾角小于15度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征在于所述激光粉塵儀的透過率的計(jì)算方法為r-;/.^^,其中，7為歸一化系數(shù)；A為所述光電檢測(cè)器- A/0在激光器開啟時(shí)測(cè)得的信號(hào)，化為所述光電檢測(cè)器在激光器關(guān)閉時(shí)測(cè)得的信號(hào)，M,為所述參考探測(cè)器在激光器開啟時(shí)測(cè)得的信號(hào)，M。為參考探測(cè)器在激光器關(guān) 閉時(shí)測(cè)得的信號(hào)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的檢測(cè)方法，其特征在于所述步驟b中 誤差包括線性誤差&，線性誤差&的計(jì)算方法為^=^^100%，其中M^為每一所述濾光片的真實(shí)透過率值和實(shí)際測(cè)量值的最大偏差(絕對(duì)值)，i 為所述 激光粉塵儀的量程。
5、 一種激光粉塵儀的標(biāo)定方法，所述激光粉塵儀具有測(cè)量通道和參考通道， 所述測(cè)量通道上設(shè)有光發(fā)射單元、光反射單元、光接收單元和分析單元；所述 光發(fā)射單元包括激光器，所述光接收單元包括光電檢測(cè)器；所述參考通道上設(shè) 有參考檢測(cè)器；所述標(biāo)定方法包括步驟a. 提供若干個(gè)濾光片，所述濾光片的兩個(gè)透光面間具有一大于零的夾角；b. 分別把若干個(gè)濾光片固定在激光粉塵儀的測(cè)量光路中，分別測(cè)得所述激 光粉塵儀的透過率； C.根據(jù)所述激光粉塵儀測(cè)得的透過率值和濾光片的真實(shí)透過率值，得到標(biāo) 定系數(shù)。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的標(biāo)定方法，其特征在于所述夾角小于15度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用新型濾光片的激光粉塵儀的檢測(cè)方法，所述激光粉塵儀具有測(cè)量通道和參考通道，所述測(cè)量通道上設(shè)有光發(fā)射單元、光接收單元和分析單元；所述光發(fā)射單元包括激光器，所述光接收單元包括光電檢測(cè)器；所述參考通道上設(shè)有參考檢測(cè)器；所述方法包括以下步驟a.提供若干個(gè)濾光片，所述濾光片的兩個(gè)透光面間具有大于零的夾角；b.分別把濾光片固定在激光粉塵儀的測(cè)量光路中，分別測(cè)得所述激光粉塵儀的透過率，根據(jù)測(cè)得的透過率和每一濾光片的真實(shí)透過率值，得到所述激光粉塵儀的誤差。所述新型濾光片保證了透過率的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高了激光粉塵儀檢測(cè)和標(biāo)定的準(zhǔn)確性，從而提高了激光粉塵儀的測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01N21/59GK101109704SQ20071007048
公開日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2007年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月3日
發(fā)明者健 王, 賀和好 申請(qǐng)人:聚光科技(杭州)有限公司