專利名稱：一種激光散射法空氣顆粒分布測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空氣顆粒分布測量方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，粉塵污染越來越嚴重。目前我國大氣呈煤煙型污染，許多城市空氣中的總懸浮顆粒物(TSP)長期居高不下，與世界衛(wèi)生組織所給的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相差甚遠。粉塵對人類危害極大，尤其是小粒徑顆粒物，因為小粒徑顆粒物能長時間飄浮在大氣中，難以沉降到地面，易進入人體呼吸道，且粒徑越小，在人體呼吸道中的沉降位置越深，危害就越大。因此粉塵濃度的測量在環(huán)境保護領(lǐng)域中具有十分重要的意義，是迫切需要解決的問題。粉塵即空氣中的懸浮顆粒物，其大小在0.01 20um范圍內(nèi)。環(huán)境保護部門將空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑大于IOum的懸浮顆粒稱為可見粉塵，它們在靜止空氣中會快速沉降；空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于IOum的懸浮顆粒稱為可吸入顆粒物；空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于7. 07 um的顆粒物稱為呼吸性顆粒。目前測量粉塵濃度的方法大致有以下兩種類型
基于取樣的方法進行測量(如濾膜稱重法)和基于非取樣的方法進行測量(如光散射法)?；谌拥姆椒ㄟM行測量雖然容易實施，但是，理論上不容易進行實時測量；采用光散射原理進行粉塵濃度測量，理論上該測量方法可以實時在線測量，直接獲取測量結(jié)果， 并可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)輸出、自動測量、通信等功能，體積小、重量輕、操作簡便、穩(wěn)定性高、可靠性高也是該類儀器的明顯優(yōu)點，但是，到目前為止，還沒有一種可靠的、實用的實用設(shè)備運用上述原理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種現(xiàn)實可用的、能實時測量、直接獲取測量結(jié)果、并可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)輸出、自動測量、報警等功能、體積小、重量輕、操作簡便、穩(wěn)定性高、可靠性高的激光散射法空氣顆粒分布測量方法及裝置。本發(fā)明的激光散射法空氣顆粒分布測量方法是這樣實現(xiàn)的，通過氣泵、測量腔中有空氣管道連續(xù)抽取空氣，使空氣以恒定流速流過測量腔空氣出射管口，然后在測量腔出射管口空氣流過的地方，有一經(jīng)透鏡聚焦后形成的光敏感區(qū)，以垂直于空氣流動方向射向流動著的空氣，在激光射出方向一側(cè)設(shè)置陷光區(qū)，將多余的光線吸取反射掉，在出射管口和激光光束所在平面的法線方向一側(cè)設(shè)置光電探測傳感器，將空氣中的塵埃所散射的光探測后并轉(zhuǎn)換成電子信號，經(jīng)電路信號處理后傳送經(jīng)微處理器處理，微處理器根據(jù)預(yù)設(shè)程序?qū)υ撾娮有盘栕龀龇诸惻袛嗖⒃搲m埃的做累計，并記錄儲存起來，這樣，就能得出空氣中的塵埃的含量及塵埃顆粒大小分布的數(shù)據(jù)。由于激光、透鏡組、陷光區(qū)、光電探測傳感器、氣泵、測量腔、空氣管道、微處理器都是技術(shù)很成熟的構(gòu)件，經(jīng)大數(shù)值孔徑透鏡聚焦后的激光， 焦點半徑達到微米級，其大小和塵埃的大小相配，因此，能有效分辨出流過空氣管道的塵埃。在進行檢測前，通過導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)空氣來進行參數(shù)校正，可有效保證檢測的精確度。這里，光電探測傳感器采用的是高靈敏度的雪崩二極管并配以電子信號濾波放大電路。本發(fā)明的激光散射法空氣顆粒分布測量裝置是這樣實現(xiàn)的，包括帶有測量腔和空氣管道的氣泵、設(shè)置在空氣管道出口的測量腔一側(cè)的激光器、設(shè)置在空氣管道出口的測量腔內(nèi)另一側(cè)的陷光區(qū)、設(shè)置在空氣管道出口的測量腔內(nèi)一側(cè)的帶焦對焦透鏡的光電探測傳感器、與光電探測傳感器的電信號輸出相連的微電腦控制裝置、顯示屏，顯示屏的的電信號輸入與微電腦控制裝置的電信號輸出相連，光電探測傳感器采用高靈敏度雪崩二極管。工作時，啟動氣泵，外界空氣一恒定的流速通過測量腔空氣管道，激光經(jīng)透鏡聚焦后在空氣流過的區(qū)域形成一個直徑為微米級的光敏感區(qū)，塵埃流過在光敏感區(qū)時會發(fā)生散射，塵埃的顆粒越大，散射的光強越大，光電探測傳感器即時檢測這散射光并轉(zhuǎn)換成脈沖電子信號，該脈沖信號對應(yīng)于粒子的粒徑大小，散射光光強越大，脈沖電子信號越強，顆粒粒徑越大，通過計算設(shè)定時間內(nèi)的脈沖電子信號的數(shù)量及強弱，就可以獲得空氣中的塵埃的含量及顆粒大小數(shù)據(jù)，通過電路處理后可以得到空氣中塵埃粒子的粒徑數(shù)量分布，而且，這些數(shù)據(jù)是實時的數(shù)據(jù)。這里，微電腦控制裝置包括電信號濾波放大電路、信號采集電路、微處理器。光電探測傳感器的電信號輸出與濾波放大電路相連，信號采集電路的電信號輸入與與微處理器的電信號輸入相連。采用電信號濾波放大電路、信號采集電路，可有效地保證信號的穩(wěn)定并排除外界電波的干擾。本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有現(xiàn)實可用的、能長時間實時測量、直接獲取測量結(jié)果、并可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)輸出、自動測量、報警等功能、體積小、重量輕、操作簡便、穩(wěn)定性高、可靠性高的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為激光器、光電探測傳感器部分的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為電信號濾波放大電路圖； 圖4為微處理器電路圖； 圖5為數(shù)據(jù)采集過程原理圖； 圖6為采用本發(fā)明所檢測的塵埃的分布圖。
具體實施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述 本發(fā)明的激光散射法空氣顆粒分布測量方法是這樣實現(xiàn)的，通過氣泵、空氣管道抽取空氣，使空氣以恒定流速通過測量腔中，然后在測量腔內(nèi)以垂直于空氣流動方向的激光器從流動著的空氣的一側(cè)經(jīng)透鏡聚焦后在流動的空氣區(qū)域形成一個光敏感區(qū)，在激光光束射出的地方設(shè)置陷光區(qū)，將多余的光線吸收反射掉，在空氣出射方向和激光光束所在平面的法線方向有一由焦對焦透鏡組跟光電探測傳感器組成的探測器，將空氣中的塵埃所散射光線的檢測并轉(zhuǎn)換成電子信號，經(jīng)濾波放大電路分揀處理后傳送到微處理器，微處理器根據(jù)預(yù)設(shè)程序記錄分析電信號，這樣，微處理器根據(jù)預(yù)設(shè)的時間段及在設(shè)定的空氣流速的條件下所檢測到得塵埃數(shù)量及大小就能得出空氣中的塵埃的含量及塵埃顆粒大小分布的數(shù)據(jù)。光電探測傳感器采用的是高靈敏度雪崩二極管并配以電子信號濾波放大電路。如圖4所示，數(shù)據(jù)采集時，通過信號采集電路(由比較電路構(gòu)成)將空氣中的IOum 級、5um級、2um級、Ium級塵埃所散射的光電信號采集出來并分別輸入到微處理器中進行數(shù)據(jù)累加，從而獲得上述不同級別塵埃的含量(如圖5所示)。本發(fā)明的激光散射法空氣顆粒分布測量裝置是這樣實現(xiàn)的，包括帶有測量腔12 和空氣管道1的氣泵2、設(shè)置在空氣管道1出口的測量腔12內(nèi)一側(cè)的帶有聚焦透鏡13的激光器3、設(shè)置在空氣管道1出口的測量腔12內(nèi)的另一側(cè)的陷光區(qū)4、設(shè)置在空氣管道1出口的測量腔12內(nèi)一側(cè)的帶有焦對焦透鏡組14的光電探測傳感器5、與光電探測傳感器5的電信號輸出相連的微電腦控制裝置6、液晶顯示屏7，顯示屏7的的電信號輸入與微電腦控制裝置6的電信號輸出相連，光電探測傳感器5采用的是高靈敏度雪崩二極管。微電腦控制裝置6包括電信號濾波放大電路8、信號采集電路9、微處理器10，光電探測傳感器5的電信號輸出與電信號濾波放大電路8相連，信號采集電路9的電信號輸入與電信號濾波放大電路8的電信號輸出相連，信號采集電路9的電信號輸出與微處理器10 的電信號輸入相連。
權(quán)利要求
1.一種激光散射法空氣顆粒分布測量方法，其特征在于通過氣泵、測量腔中有空氣管道連續(xù)抽取空氣，使空氣以恒定流速流過測量腔空氣出射管口，然后在測量腔出射管口空氣流過的地方，有一經(jīng)透鏡聚焦后形成的光敏感區(qū)，以垂直于空氣流動方向射向流動著的空氣，在激光射出方向一側(cè)設(shè)置陷光區(qū)，將多余的光線吸收反射掉，在出射管口和激光光束所在平面的法線方向一側(cè)設(shè)置光電探測傳感器，將空氣中的塵埃所散射的光探測后并轉(zhuǎn)換成電子信號，經(jīng)電路信號處理后傳送經(jīng)微處理器處理，微處理器根據(jù)預(yù)設(shè)程序?qū)υ撾娮有盘栕龀龇诸惻袛嗖⒃搲m埃的做累計，并記錄儲存起來，這樣，就能得出空氣中的塵埃的含量及塵埃顆粒大小分布的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光散射法空氣顆粒分布測量方法，其特征在于光電探測傳感器采用的是集互阻抗放大器的雪崩二極管并配以電子信號濾波放大電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光散射法空氣顆粒分布測量方法，其特征在于數(shù)據(jù)采集時，通過信號采集電路將空氣中的IOum級、5um級、2um級、Ium級塵埃所散射的光電信號采集出來并分別輸入到微處理器中進行數(shù)據(jù)累加，從而獲得上述不同級別塵埃的含量。
4.一種激光散射法空氣顆粒分布測量裝置，其特征在于包括帶有測量腔和空氣管道的氣泵、設(shè)置在空氣管道出口的測量腔一側(cè)的激光器、設(shè)置在空氣管道出口的測量腔內(nèi)另一側(cè)的陷光區(qū)、設(shè)置在空氣管道出口的測量腔內(nèi)一側(cè)的帶焦對焦透鏡的光電探測傳感器、與光電探測傳感器的電信號輸出相連的微電腦控制裝置、顯示屏，顯示屏的的電信號輸入與微電腦控制裝置的電信號輸出相連，光電探測傳感器采用高靈敏度雪崩二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光散射法空氣顆粒分布測量裝置，其特征在于微電腦控制裝置包括電信號濾波放大電路、信號采集電路、微處理器，光電探測傳感器的電信號輸出與電信號濾波放大電路相連，信號采集電路的電信號輸入與電信號濾波放大電路的電信號輸出相連，信號采集電路的電信號輸出與微處理器的電信號輸入相連。
全文摘要
一種激光散射法空氣顆粒分布測量方法及裝置，其特征在于包括帶有測量腔和空氣管道的氣泵、設(shè)置在空氣管道出口的測量腔一側(cè)的激光器、設(shè)置在空氣管道出口的測量腔內(nèi)另一側(cè)的陷光區(qū)、設(shè)置在空氣管道出口的測量腔內(nèi)一側(cè)的帶焦對焦透鏡的光電探測傳感器、與光電探測傳感器的電信號輸出相連的微電腦控制裝置、顯示屏，顯示屏的的電信號輸入與微電腦控制裝置的電信號輸出相連，光電探測傳感器采用高靈敏度雪崩二極管。本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有現(xiàn)實可用的、能長時間實時測量、直接獲取測量結(jié)果、并可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)輸出、自動測量、報警等功能、體積小、重量輕、操作簡便、穩(wěn)定性高、可靠性高的優(yōu)點。
文檔編號G01N15/06GK102323193SQ20111023607
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者張紫瀚, 曾亞光, 蘇艷軍, 謝嘉寧, 路紅 申請人:佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院