專利名稱：一種抗積灰干擾的激光粉塵檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種激光粉塵檢測裝置，尤其是涉及一種抗積灰干擾的激光粉塵 檢測裝置。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外用于檢測環(huán)境中粉塵濃度的方法有多種，包括取樣法、稱重法、β射線 法、光學(xué)法等等，前三類方法一般設(shè)備復(fù)雜、體積大，不利于在線測量，而光學(xué)法中采用散射 法和透射法，因激光光源的多種優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用，例如(如國內(nèi)生產(chǎn)的LD-5C型微電腦激 光粉塵儀、ΑΙΜ-2000激光粉塵濃度儀、JFC-I激光粉塵濃度儀)，這些儀器由于都能在線測 量，具有自動連續(xù)取樣，數(shù)據(jù)有代表性，抗干擾能力較強(qiáng)。中國專利200620000174.9公開了一種激光測量粉塵濃度的裝置，通過采用擴(kuò) 束和分光檢測的方式克服了中國專利CN85109253A中使用雙光源帶來的缺點；中國專 利200710199228. 8公開了一種后向散射型光電粉塵濃度探測器，該技術(shù)方案的探測器位 于設(shè)備殼體之外，能直接對外界粉塵做較精確的檢測；中國專利02266662. 1公開了一種 激光粉塵濃度檢測裝置，實現(xiàn)了雙參量測量，提高了對粉塵光效應(yīng)的檢測，減弱了粒徑對 測量值的影響。但以上方法均未考慮激光光路窗口積灰對測量精度的影響。中國專利 200420047907. 5公開了一種激光粉塵濃度檢測裝置，采用抽氣泵在激光光路出口和入口處 形成一道氣幕對光路窗口進(jìn)行自動清潔，提高了檢測精度。中國專利20082012269. 1公開 了具有濕度連續(xù)自動修正功能的激光粉塵檢測儀、中國專利02235130. 2公開的激光粉塵 儀也具有類似的裝置。此類設(shè)備較為復(fù)雜，而且在長期的在線測量時并不能保證光路窗口 的清潔度。在測量粉塵濃度的散射法和透射法之間，透射法只適用于高濃度場合，如大于幾 百mg/m3;在低濃度情況下，激光的透射率很高，設(shè)備必須有非常高的靈敏度才能獲得較 高的測量精度，因此粉塵濃度低的情況下一般采用散射法。中國專利200620000174.9、 200420047907. 5公開的激光測量粉塵濃度的裝置，在光電檢測端檢測到的光強(qiáng)實際包含 了透射光和散射光成分，因此測量的準(zhǔn)確度必然受到影響；中國專利02235130. 2公開的激 光粉塵儀在相對于光源的凸透鏡中心處設(shè)置凹陷的吸光槽，剔除了透射光對測量精度的影 響，但不能確保消除光路窗口積灰的影響。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)散射光和透射光的分離，從 而提高檢測精度，并且能夠減輕光路窗口積灰對散射光、透射光影響，可實時檢測積灰程 度，可以隨時了解設(shè)備的積灰情況的抗積灰干擾的激光粉塵檢測裝置。本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種抗積灰干擾的激光粉塵 檢測裝置，包括激光器和用以檢測含塵氣體的第一檢測暗室和第二檢測暗室，所述的第一 檢測暗室和所述的第二檢測暗室之間通過氣流連接管道相互聯(lián)通，所述的氣流連接管道的軸線與所述的激光器的出射光平行，所述的第一檢測暗室的入口設(shè)置有第一遮光裝置，所 述的第二檢測暗室的入口設(shè)置有第二遮光裝置，所述的第一檢測暗室設(shè)置有第一入光窗口 和第一出光窗口，所述的第二檢測暗室設(shè)置有第二入光窗口和第二出光窗口，所述的第一 入光窗口和所述的第一出光窗口及所述的第二入光窗口和所述的第二出光窗口上均設(shè)置 有防塵玻璃，所述的激光器的出射方向上依次設(shè)置有第一半透半反鏡、第二半透半反鏡和 反射鏡，所述的第一入光窗口前設(shè)置有第一擴(kuò)束透鏡，所述的第二入光窗口前設(shè)置有第二 擴(kuò)束透鏡，所述的第一出光窗口后設(shè)置有第一聚焦透鏡，所述的第二出光窗口后設(shè)置有第 二聚焦透鏡，所述的第一半透半反鏡的反射光路上設(shè)置有第一光電探測器，所述的第一擴(kuò) 束透鏡設(shè)置在所述的第二半透半反鏡的反射光路上，所述的第二擴(kuò)束透鏡設(shè)置在所述的反 射鏡的反射光路上，所述的第一聚焦透鏡后的焦點處設(shè)置有第一多元光纖分布板，所述的 第一多元光纖分布板上設(shè)置有接收所述的第一多元光纖分布板中心光強(qiáng)的第二光電探測 器和接收所述的第一多元光纖分布板中心光強(qiáng)之外的其余部分光強(qiáng)的第三光電探測器，所 述的第二聚焦透鏡后的焦點處設(shè)置有第二多元光纖分布板，所述的第二多元光纖分布板上 設(shè)置有接收所述的第二多元光纖分布板中心光強(qiáng)的第四光電探測器和接收所述的第二多 元光纖分布板中心光強(qiáng)之外的其余部分光強(qiáng)的第五光電探測器，所述的氣流連接管道上設(shè) 置有隔光結(jié)構(gòu)，所述的第二入光窗口與所述的第二出光窗口之間設(shè)置有積灰補(bǔ)償玻璃。所述的隔光結(jié)構(gòu)包括與所述的氣流連接管道的軸線平行偏移的平行部和相互平 行設(shè)置在所述的平行部兩端的與所述的平行部垂直的第一彎折部和第二彎折部和與第一 彎折部。所述的積灰補(bǔ)償玻璃與所述的防塵玻璃的厚度是相同的。所述的第一半透半反鏡的反射光路上設(shè)置有第三多元光纖分布板，所述的第一光 電探測器接收所述的第三多元光纖分布板上的所有光強(qiáng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于采用前散射檢測方法，利用聚焦透鏡和 多元光纖分布板的恰當(dāng)配置，實現(xiàn)散射光和透射光的分離，從而提高檢測精度；本實用新型 巧妙利用積灰補(bǔ)償玻璃，可實時檢測積灰程度，使用人員可以隨時了解設(shè)備的積灰情況，減 輕光路窗口積灰對散射光、透射光的影響。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。一種抗積灰干擾的激光粉塵檢測裝置，包括激光器1和用以檢測含塵氣體的第一 檢測暗室2和第二檢測暗室3，第一檢測暗室2和第二檢測暗室3之間通過氣流連接管道4 相互聯(lián)通，氣流連接管道4的軸線與激光器1的出射光平行，第一檢測暗室2的入口設(shè)置有 第一遮光裝置21，第二檢測暗室3的入口設(shè)置有第二遮光裝置31，第一檢測暗室2設(shè)置有 第一入光窗口 22和第一出光窗口 23，第二檢測暗室3設(shè)置有第二入光窗口 32和第二出光 窗口 33，第一入光窗口 22和第一出光窗口 23及第二入光窗口 32和第二出光窗口 33上均 設(shè)置有防塵玻璃5，激光器1的出射方向上依次設(shè)置有第一半透半反鏡6、第二半透半反鏡7和反射鏡8，第一入光窗口 22前設(shè)置有第一擴(kuò)束透鏡9，第二入光窗口 32前設(shè)置有第二擴(kuò) 束透鏡10，第一出光窗口 23后設(shè)置有第一聚焦透鏡11，第二出光窗口 33后設(shè)置有第二聚 焦透鏡12，第一半透半反鏡6的反射光路上設(shè)置有第三多元光纖分布板13，第三多元光纖 分布板13上設(shè)置有第一光電探測器(未顯示)用于接收第三多元光纖分布板13上的所有 光強(qiáng)，第一擴(kuò)束透鏡9設(shè)置在第二半透半反鏡7的反射光路上，第二擴(kuò)束透鏡10設(shè)置在反 射鏡8的反射光路上，第一聚焦透鏡11后的焦點處設(shè)置有第一多元光纖分布板14，第一多 元光纖分布板14上設(shè)置有接收第一多元光纖分布板14中心光強(qiáng)的第二光電探測器15和 接收第一多元光纖分布板14中心光強(qiáng)之外的其余部分光強(qiáng)的第三光電探測器16，第二聚 焦透鏡12后的焦點處設(shè)置有第二多元光纖分布板17，第二多元光纖分布板17上設(shè)置有接 收第二多元光纖分布板17中心光強(qiáng)的第四光電探測器18和接收第二多元光纖分布板17 中心光強(qiáng)之外的其余部分光強(qiáng)的第五光電探測器19，氣流連接管道上設(shè)置有隔光結(jié)構(gòu)50， 隔光結(jié)構(gòu)50由與氣流連接管道5的軸線平行偏移的平行部51和相互平行設(shè)置在平行部51 兩端的與平行部51垂直的第一彎折部52和第二彎折部53構(gòu)成，第二入光窗口 32與第二 出光窗口 33之間設(shè)置有積灰補(bǔ)償玻璃20，積灰補(bǔ)償玻璃20與防塵玻璃5的厚度相同。進(jìn)入第一檢測暗室2的光經(jīng)含塵氣體發(fā)生散射和透射，其透射光完全通過第一出 光窗口 23，進(jìn)入第一聚焦透鏡11，散射光的一部分也通過第一出光窗口 23，進(jìn)入第一聚焦 透鏡11，第一聚焦透鏡11的焦點處設(shè)置第一多元光纖分布板14，第一多元光纖分布板14 的中心點的光強(qiáng)由第二光電探測器15接收，其余各環(huán)的光強(qiáng)送第三光電探測器16。進(jìn)入第一檢測暗室3的光經(jīng)含塵氣體并經(jīng)積灰補(bǔ)償玻璃20，其透射光完全通過第 二出光窗口 33，進(jìn)入第二聚焦透鏡12，散射光的一部分也通過第二出光窗口 33，進(jìn)入第二 聚焦透鏡12，第二聚焦透鏡12的焦點處設(shè)置第二多元光纖分布板17，第二多元光纖分布板 17的中心點的光強(qiáng)由第四光電探測器18接收，其余各環(huán)的光強(qiáng)送第五光電探測器19。本實用新型的工作原理是利用激光前向小角度散射原理，聚焦透鏡放置在透射 光照射的方向上可以獲得較高的散射光強(qiáng)；利用幾何光學(xué)原理，經(jīng)含塵氣體的散射光通過 聚焦透鏡后不能在焦點處聚集，其絕大部分能量將分布在多元光纖分布板的平面上，其中 心點的光強(qiáng)因該點面積很小，所以照射到該點的散射光強(qiáng)十分微?。唤?jīng)過含塵氣體的透射 光完全聚集在聚焦透鏡的焦點上，因在氣體粉塵濃度不是太大的情況下，透射光一般遠(yuǎn)大 于散射光，所以置于該焦點處的多元光纖分布板的中心點獲得的光強(qiáng)基本為透射光；通過 這樣安排可以將散射光和透射光基本分開。激光發(fā)生器發(fā)出的激光經(jīng)第一半透半反鏡6后，均勻分為兩部分，其反射光送入 第三多元光纖分布板13，得到的光強(qiáng)除以2，即可得到每個檢測暗室的入射光強(qiáng)IO ；其透射 光經(jīng)第二半透半反鏡7后再次均勻分成兩部分，其反射光經(jīng)第一擴(kuò)束透鏡9，得到一束平行 光，該平行光經(jīng)第一檢測暗室2的第一入光窗口進(jìn)入第一檢測暗室2，再經(jīng)含塵氣體后，部 分發(fā)生散射，為散射光；部分繼續(xù)直行，為透射光，兩種混合光經(jīng)第一檢測暗室2的第一出 光窗口后，到達(dá)第一聚焦透鏡11。根據(jù)幾何光學(xué)原理，經(jīng)含塵氣體的散射光通過第一聚焦透 鏡11后不能在焦點處聚集，其絕大部分能量將分布在第一多元光纖分布板14的圓形平面 上；經(jīng)過含塵氣體的透射光完全聚集在第一聚焦透鏡11的焦點上，因在氣體粉塵濃度不是 太大的情況下，透射光強(qiáng)度一般遠(yuǎn)大于散射光，而第一多元光纖分布板14中心點的光強(qiáng)因 該點面積很小，所以照射到該點的散射光強(qiáng)十分微小，所以置于該焦點處的第一多元光纖分布板14的中心點獲得的光強(qiáng)基本為透射光，記為lit，其余各環(huán)處得到的光強(qiáng)為散射光， 記為Ils ；經(jīng)第二半透半反鏡7后的透射光，經(jīng)反射鏡8后，通過第二擴(kuò)束透鏡10擴(kuò)束，得到 一束平行光。該平行光經(jīng)第二檢測暗室3的第二入光窗口 32進(jìn)入第二矩形檢測暗室3，再 經(jīng)含塵氣體后，部分發(fā)生散射，為散射光；部分繼續(xù)直行，為透射光，兩種混合光經(jīng)過第二檢 測暗室3內(nèi)部的積灰補(bǔ)償玻璃20后再次前行，經(jīng)由第二出光窗口 33后，到達(dá)第二聚焦透鏡 12。與前述類似，在第二多元光纖分布板17中心點獲得的光強(qiáng)基本為透射光，記為I2t，其 余各環(huán)處得到的光強(qiáng)為散射光，記為I2s ；與第一檢測暗室2內(nèi)部的工作過程不同點是，通過第二檢測暗室3的光路僅多出 了一片積灰補(bǔ)償玻璃20的影響。根據(jù)前述設(shè)定條件，第二檢測暗室3內(nèi)的積灰補(bǔ)償玻璃 20與各光路窗口的防塵玻璃5完全一樣，且其厚度遠(yuǎn)小于檢測暗室入光窗口與出光之間的 距離，所以在玻璃干凈時，它對透射光和散射光的影響可以忽略不計，即lit = I2t，Ils = I2s。此時，入射光強(qiáng)IO和Ilt或I2t決定了透射濃度P t，入射光強(qiáng)IO和Ils或I2s決定 了散射濃度Ps;在粉塵濃度低時可以采用散射濃度Ps，在粉塵濃度高時可以采用透射濃 度P t，從而擴(kuò)展了粉塵濃度的測量范圍。因防塵玻璃并不完全防塵，長期在惡劣環(huán)境工作，防塵玻璃有可能因水汽或其他 因素附著積灰，此時第一檢測暗室2和第二檢測暗室3的兩光路窗口的防塵玻璃以及第二 檢測暗室3內(nèi)部的積灰補(bǔ)償玻璃20都會有附著積灰，若不及時處理將對檢測結(jié)果產(chǎn)生重大 影響。因兩檢測暗室的工作環(huán)境一致，所以它們的光路窗口積灰分布一致，第二檢測暗室 3內(nèi)部的積灰補(bǔ)償玻璃20兩面也應(yīng)有與各光路窗口一致的積灰分布，這樣積灰對透射光和 散射光的影響必須考慮。此時，經(jīng)過第二檢測暗室3的透射光和散射光均將小于經(jīng)過第一 檢測暗室2的透射光和散射光，即lit > I2t，Ils > I2s。在積灰不是十分嚴(yán)重時，經(jīng)過第 一檢測暗室2的透射光Ilt和經(jīng)過第二檢測暗室3的透射光I2t，差別不大，除非有高靈敏 度的器件才能區(qū)分；而經(jīng)過第一檢測暗室2的散射光Ils和經(jīng)過第二檢測暗室3的散射光 I2s，將會有較大的差別，容易檢測。其差別是，Ils經(jīng)過了兩層積灰的衰減，而I2s則經(jīng)過 了四層積灰的衰減，所以Ils-I2s就是積灰補(bǔ)償玻璃的兩層積灰的衰減量，記為Ih，通過檢 測Ih的大小就可以近似得知檢測暗室光路窗口的積灰情況，為及時處理提供依據(jù)；因此時 Ils是經(jīng)過兩層積灰衰減后的散射光強(qiáng)，所以真正的散射光強(qiáng)近似為Ils+Ih = 2Ils-I2s, 這樣就基本抵消了積灰對散射光強(qiáng)的影響，提高了檢測精度。本實用新型經(jīng)上述結(jié)構(gòu)安排還可以獲得額外的優(yōu)勢，即設(shè)備的自檢功能，具體如 下正常情況下，因第一檢測暗室2和第二檢測暗室3的工作環(huán)境一樣，所以有IO >= Ilt >=I2t，Ils>= I2s，如果在設(shè)備工作過程中發(fā)現(xiàn)Ilt或I2t在一段時間內(nèi)明顯大于10， 或I2t明顯大于lit，或I2s明顯大于lis，則可以認(rèn)為設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)了故障，此時得到的檢 測數(shù)據(jù)不再可靠。
權(quán)利要求一種抗積灰干擾的激光粉塵檢測裝置，包括激光器和用以檢測含塵氣體的第一檢測暗室和第二檢測暗室，所述的第一檢測暗室和所述的第二檢測暗室之間通過氣流連接管道相互聯(lián)通，所述的氣流連接管道的軸線與所述的激光器的出射光平行，所述的第一檢測暗室的入口設(shè)置有第一遮光裝置，所述的第二檢測暗室的入口設(shè)置有第二遮光裝置，所述的第一檢測暗室設(shè)置有第一入光窗口和第一出光窗口，所述的第二檢測暗室設(shè)置有第二入光窗口和第二出光窗口，所述的第一入光窗口和所述的第一出光窗口及所述的第二入光窗口和所述的第二出光窗口上均設(shè)置有防塵玻璃，所述的激光器的出射方向上依次設(shè)置有第一半透半反鏡、第二半透半反鏡和反射鏡，所述的第一入光窗口前設(shè)置有第一擴(kuò)束透鏡，所述的第二入光窗口前設(shè)置有第二擴(kuò)束透鏡，所述的第一出光窗口后設(shè)置有第一聚焦透鏡，所述的第二出光窗口后設(shè)置有第二聚焦透鏡，所述的第一半透半反鏡的反射光路上設(shè)置有第一光電探測器，所述的第一擴(kuò)束透鏡設(shè)置在所述的第二半透半反鏡的反射光路上，所述的第二擴(kuò)束透鏡設(shè)置在所述的反射鏡的反射光路上，其特征在于所述的第一聚焦透鏡后的焦點處設(shè)置有第一多元光纖分布板，所述的第一多元光纖分布板上設(shè)置有接收所述的第一多元光纖分布板中心光強(qiáng)的第二光電探測器和接收所述的第一多元光纖分布板中心光強(qiáng)之外的其余部分光強(qiáng)的第三光電探測器，所述的第二聚焦透鏡后的焦點處設(shè)置有第二多元光纖分布板，所述的第二多元光纖分布板上設(shè)置有接收所述的第二多元光纖分布板中心光強(qiáng)的第四光電探測器和接收所述的第二多元光纖分布板中心光強(qiáng)之外的其余部分光強(qiáng)的第五光電探測器，所述的氣流連接管道上設(shè)置有隔光結(jié)構(gòu)，所述的第二入光窗口與所述的第二出光窗口之間設(shè)置有積灰補(bǔ)償玻璃。
2.如權(quán)利要求1所述的一種抗積灰干擾的激光粉塵檢測裝置，其特征在于所述的隔光 結(jié)構(gòu)包括與所述的氣流連接管道的軸線平行偏移的平行部和相互平行設(shè)置在所述的平行 部兩端的與所述的平行部垂直的第一彎折部和第二彎折部。
3.如權(quán)利要求1所述的一種抗積灰干擾的激光粉塵檢測裝置，其特征在于所述的積灰 補(bǔ)償玻璃與所述的防塵玻璃的厚度相同。
4.如權(quán)利要求1所述的一種抗積灰干擾的激光粉塵檢測裝置，其特征在于所述的第一 半透半反鏡的反射光路上設(shè)置有第三多元光纖分布板，所述的第一光電探測器接收所述的 第三多元光纖分布板上的所有光強(qiáng)。
專利摘要本實用新型公開了一種抗積灰干擾的激光粉塵檢測裝置，包括激光器和兩個用以檢測含塵氣體的兩個檢測暗室，兩個檢測暗室之間通過氣流連接管道相互聯(lián)通，特點是將激光器的出射光分成兩路相同光強(qiáng)的光，再分別經(jīng)擴(kuò)束透鏡進(jìn)入兩個檢測暗室，然后分別通過聚焦透鏡將從檢測暗室中出射的光匯聚到各自的多元光纖分布板上，設(shè)置兩個光電探測器分別接收多元光纖分布板中心光強(qiáng)和其余部分光強(qiáng)，氣流連接管道上設(shè)置有隔光結(jié)構(gòu)，其中的一個檢測暗室中設(shè)置有積灰補(bǔ)償玻璃，優(yōu)點在于采用前散射檢測方法，利用聚焦透鏡和多元光纖分布板的恰當(dāng)配置，實現(xiàn)散射光和透射光的分離，從而提高檢測精度；并巧妙利用積灰補(bǔ)償玻璃，可實時檢測積灰程度，減輕積灰的影響。
文檔編號G01N21/47GK201653903SQ20102016927
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者張瑞華, 陸黎 申請人:浙江萬里學(xué)院