基于激光散射的空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于激光散射的空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：包括激光發(fā)射系統(tǒng)、激光接收系統(tǒng)以及樣品池，激光發(fā)射系統(tǒng)中設(shè)置有激光光源和第一光電接收器，激光光源發(fā)出的激光依次經(jīng)過(guò)偏振器、孔徑光闌、第一聚光透鏡、第一分光鏡以及第二聚光透鏡后射入樣品池，第一分光鏡分出的另一路光線(xiàn)射入第一光電接收器；激光接收系統(tǒng)中設(shè)置有第三聚光透鏡和第二光電接收器。其顯著效果是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，采用基于激光散射的方式對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，降低了光源成本，通過(guò)設(shè)置多個(gè)光電接收器，可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效校正，克服光源強(qiáng)度不穩(wěn)定等問(wèn)題，保證了檢測(cè)精度，滿(mǎn)足空氣質(zhì)量檢測(cè)需要。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于激光散射的空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空氣質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種基于激光散射的空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，屬于光電檢測(cè)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于空氣質(zhì)量檢測(cè)而言，檢測(cè)的主要對(duì)象是空氣中的顆粒污染物，即？12丨5-？110。所謂912.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱(chēng)為可入肺顆粒物。雖然912.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對(duì)空氣質(zhì)量和能見(jiàn)度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，^12.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。同理，？110是指空氣中粒徑小于10微米的飄塵。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)？12.5~？110的檢測(cè)，按檢測(cè)方法的不同，主要可以分為:3射線(xiàn)吸收法，微量振蕩法，重量天平法，光吸收法。但這些方法均存在一些缺陷:
[0004](1)0射線(xiàn)吸收法，它是根據(jù)0射線(xiàn)穿過(guò)濾紙和顆粒物時(shí)，射線(xiàn)被散射而衰減，衰減的程度與？12丨5的重量成正比，通過(guò)接收儀器計(jì)算顆粒物的濃度。但是這種方法需要放射源，價(jià)格昂貴。
[0005]( 2 )微量振蕩法，它是由于顆粒物在微量振蕩天平上質(zhì)量的增加，導(dǎo)致石英振蕩的頻率產(chǎn)生變化，通過(guò)振蕩頻率的變化，從而算出顆粒物的濃度。但是這種方法的清洗難度大，后續(xù)校準(zhǔn)比較困難。
[0006](3)重量天平法，它是通過(guò)濾紙上的顆粒物重量的變化，通過(guò)與干凈濾紙的重量比較，得到每立方米的濃度。這種方法是我國(guó)的測(cè)量顆粒物濃度的標(biāo)準(zhǔn)方法。但是這種方法需要人工進(jìn)行稱(chēng)重，程序比較繁瑣而且費(fèi)時(shí)。
[0007](4)光吸收法，它是根據(jù)激光強(qiáng)度的變化得到對(duì)應(yīng)濃度的變化，但是這種方法還存在信噪比不高的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種低成本、高精度、易實(shí)現(xiàn)的空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)。
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種基于激光散射的空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于:包括激光發(fā)射系統(tǒng)、激光接收系統(tǒng)以及樣品池，所述激光發(fā)射系統(tǒng)中設(shè)置有激光光源和第一光電接收器，所述激光光源發(fā)出的激光依次經(jīng)過(guò)偏振器、孔徑光闌、第一聚光透鏡、第一分光鏡以及第二聚光透鏡后射入所述樣品池，所述第一分光鏡分出的另一路光線(xiàn)射入所述第一光電接收器；所述激光接收系統(tǒng)中設(shè)置有第三聚光透鏡和第二光電接收器，所述激光發(fā)射系統(tǒng)射出的激光入射到樣品池中的空氣顆粒上，空氣顆粒的散射光經(jīng)過(guò)所述第三聚光透鏡匯聚到第二光電接收器中，所述第一光電接收器和第二光電接收器分別連接在后端處理設(shè)備上。
[0010]通過(guò)激光發(fā)射系統(tǒng)射出的激光照射到樣品池中的空氣顆粒物上，產(chǎn)生散射光，通過(guò)激光接收系統(tǒng)獲取該散射光的光強(qiáng)，空氣顆粒濃度越大，則散射光線(xiàn)強(qiáng)度越強(qiáng)，空氣顆粒濃度越小，則散射光線(xiàn)強(qiáng)度越弱，利用后端處理設(shè)備對(duì)激光接收系統(tǒng)中第二光電接收器獲取的散射光強(qiáng)信息進(jìn)行處理，則可計(jì)算出空氣顆粒的濃度值，達(dá)到空氣質(zhì)量檢測(cè)的目的。
[0011]激光發(fā)射系統(tǒng)中設(shè)置第一分光鏡的目的在于將一部分入射光反射到第一光電接收器中，另一部分入射光則通過(guò)聚光透鏡透射到樣品池中，第一光電接收器可以記錄入射光源的信號(hào)強(qiáng)度，在后端處理設(shè)備進(jìn)行處理時(shí)，可以將第一光電接收器和第二光電接收器所接收到的光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行差分濾波，從而解決光源強(qiáng)度不穩(wěn)定引起的檢測(cè)誤差。
[0012]作為進(jìn)一步描述，所述第二聚光透鏡射入樣品池中的入射光線(xiàn)和第三聚光透鏡獲取樣品池中的散射光線(xiàn)的夾角小于或等于90。。
[0013]通過(guò)選擇小于或等于90。的散射光線(xiàn)作為檢測(cè)光線(xiàn)，可以保證光電接收器的信號(hào)強(qiáng)度要求，提高準(zhǔn)確性。
[0014]為了便于信號(hào)校正，在所述激光接收系統(tǒng)中設(shè)置有第二分光鏡和第三光電接收器，所述第二分光鏡設(shè)置在第三聚光透鏡和樣品池之間的光路上，樣品池中空氣顆粒的散射光經(jīng)過(guò)所述第二分光鏡后一路射入第三聚光透鏡，另一路射入第三光電接收器，該第三光電接收器也連接在后端處理設(shè)備上。
[0015]通過(guò)設(shè)置第二分光鏡和第三光電接收器可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行零點(diǎn)校正。由于第三光電接收器和第二光電接收器所接收到的光信號(hào)走過(guò)的路徑長(zhǎng)度幾乎相同，當(dāng)樣品池中輸入的是干凈空氣時(shí)，插入第二分光鏡，通過(guò)第三光電接收器可以獲取干凈空氣的散射光強(qiáng)信息，最后由后端處理設(shè)備進(jìn)行處理，可以對(duì)第二光電接收器所接收的信號(hào)進(jìn)行有效的校正。
[0016]為了便于實(shí)施，所述第一光電接收器、第二光電接收器以及第三光電接收器均采用光電倍增管。
[0017]為了減少系統(tǒng)光路中的空氣引起干擾，所述激光發(fā)射系統(tǒng)和激光接收系統(tǒng)分別安裝在一個(gè)密閉的腔室內(nèi)，在激光發(fā)射系統(tǒng)安裝腔室的側(cè)壁上設(shè)置有第一平面透鏡作為激光發(fā)射窗口，在激光接收系統(tǒng)安裝腔室的側(cè)壁上設(shè)置有第二平面透鏡作為散射光接收窗口。
[0018]本發(fā)明的顯著效果是:系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，采用基于激光散射的方式對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，降低了光源成本，通過(guò)設(shè)置多個(gè)光電接收器，可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效校正，克服光源強(qiáng)度不穩(wěn)定等問(wèn)題，保證了檢測(cè)精度，滿(mǎn)足空氣質(zhì)量檢測(cè)需要。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖。
[0020]附圖標(biāo)記:
[0021]1激光發(fā)射系統(tǒng)、2激光接收系統(tǒng)、3激光光源、4偏振器、5孔徑光闌、6第一聚光透鏡、7第一分光鏡、8第二聚光透鏡、9樣品池、10第一光電接收器、11第三聚光透鏡、12第二光電接收器、13第二分光鏡、14第三光電接收器、15第一平面透鏡、16第二平面透鏡。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】以及工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]如圖1所不，一種基于激光散射的空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，包括激光發(fā)射系統(tǒng)1、激光接收系統(tǒng)2以及樣品池9，所述激光發(fā)射系統(tǒng)1中設(shè)置有激光光源3和第一光電接收器10，所述激光光源3發(fā)出的激光依次經(jīng)過(guò)偏振器4、孔徑光闌5、第一聚光透鏡6、第一分光鏡7以及第二聚光透鏡8后射入所述樣品池9，所述第一分光鏡7分出的另一路光線(xiàn)射入所述第一光電接收器10 ；所述激光接收系統(tǒng)2中設(shè)置有第三聚光透鏡11和第二光電接收器12，所述激光發(fā)射系統(tǒng)1射出的激光入射到樣品池9中的空氣顆粒上，空氣顆粒的散射光經(jīng)過(guò)所述第三聚光透鏡11匯聚到第二光電接收器12中，所述第一光電接收器10和第二光電接收器12分別連接在后端處理設(shè)備上。
[0024]為了防止空氣顆粒物進(jìn)入光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)中污染光學(xué)鏡片，所述激光發(fā)射系統(tǒng)1和激光接收系統(tǒng)2分別安裝在一個(gè)密閉的腔室內(nèi)，在激光發(fā)射系統(tǒng)1安裝腔室的側(cè)壁上設(shè)置有第一平面透鏡15作為激光發(fā)射窗口，在激光接收系統(tǒng)2安裝腔室的側(cè)壁上設(shè)置有第二平面透鏡16作為散射光接收窗口。通過(guò)第一平面透鏡15和第二平面透鏡16可以在隔絕空氣顆粒物的情況下保證了光路的暢通。
[0025]為了增強(qiáng)散射光的信號(hào)強(qiáng)度，所述第二聚光透鏡8射入樣品池9中的入射光線(xiàn)和第三聚光透鏡11獲取樣品池9中的散射光線(xiàn)的夾角小于或等于90。?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)激光發(fā)射系統(tǒng)1和激光接收系統(tǒng)2的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)入射光線(xiàn)和散射光線(xiàn)的夾角調(diào)節(jié)，從圖1可以看出，入射光和散射光的夾角為90。。
[0026]為了便于系統(tǒng)零點(diǎn)校正，在所述激光接收系統(tǒng)2中設(shè)置有第二分光鏡13和第三光電接收器14，所述第二分光鏡13設(shè)置在第三聚光透鏡11和樣品池9之間的光路上，樣品池9中空氣顆粒的散射光經(jīng)過(guò)所述第二分光鏡13后一路射入第三聚光透鏡11，另一路射入第三光電接收器14，該第三光電接收器14也連接在后端處理設(shè)備上。
[0027]在實(shí)施過(guò)程中，所述第一光電接收器10、第二光電接收器12以及第三光電接收器14均采用光電倍增管，光電倍增管可以將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)放大和濾波處理后得到電壓信號(hào)，利用后端處理設(shè)備分析電壓信號(hào)和空氣顆粒物的濃度關(guān)系，即可判斷空氣質(zhì)量。
[0028]盡管這里參照本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出很多其他的修改和實(shí)施方式，比如說(shuō)，在本申請(qǐng)文件公開(kāi)范圍內(nèi)，可以選擇計(jì)算機(jī)、微處理器以及其他控制芯片作為后端處理設(shè)備，可以選擇其他實(shí)施方式作為光電接收器，可以選擇樣品池的形狀和尺寸等等，這些修改和實(shí)施方式均落在本申請(qǐng)公開(kāi)的原則范圍和精神之內(nèi)。除此之外，本實(shí)施例僅對(duì)系統(tǒng)各個(gè)部件的安裝關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)描述，后端處理設(shè)備中具體的處理算法未被提及，但相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在認(rèn)識(shí)到本發(fā)明工作原理的基礎(chǔ)上是可以實(shí)施的，后端處理設(shè)備中的處理算法是可以根據(jù)不同硬件環(huán)境和系統(tǒng)的精度需求進(jìn)行多種優(yōu)化和改進(jìn)的，因此不再贅述。
【權(quán)利要求】
1.一種基于激光散射的空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括激光發(fā)射系統(tǒng)(I)、激光接收系統(tǒng)(2)以及樣品池(9)，所述激光發(fā)射系統(tǒng)(I)中設(shè)置有激光光源(3)和第一光電接收器(10)，所述激光光源(3)發(fā)出的激光依次經(jīng)過(guò)偏振器(4)、孔徑光闌(5)、第一聚光透鏡(6)、第一分光鏡(7)以及第二聚光透鏡(8)后射入所述樣品池(9),所述第一分光鏡(7)分出的另一路光線(xiàn)射入所述第一光電接收器(10);所述激光接收系統(tǒng)(2)中設(shè)置有第三聚光透鏡(11)和第二光電接收器(12)，所述激光發(fā)射系統(tǒng)(I)射出的激光入射到樣品池(9)中的空氣顆粒上，空氣顆粒的散射光經(jīng)過(guò)所述第三聚光透鏡(11)匯聚到第二光電接收器(12)中，所述第一光電接收器(10)和第二光電接收器(12)分別連接在后端處理設(shè)備上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光散射的空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述第二聚光透鏡(8)射入樣品池(9)中的入射光線(xiàn)和第三聚光透鏡(11)獲取樣品池(9)中的散射光線(xiàn)的夾角小于或等于90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光散射的空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:在所述激光接收系統(tǒng)(2)中設(shè)置有第二分光鏡(13)和第三光電接收器(14),所述第二分光鏡(13)設(shè)置在第三聚光透鏡(11)和樣品池(9)之間的光路上，樣品池(9)中空氣顆粒的散射光經(jīng)過(guò)所述第二分光鏡(13)后一路射入第三聚光透鏡(11 )，另一路射入第三光電接收器(14)，該第三光電接收器(14)也連接在后端處理設(shè)備上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于激光散射的空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一光電接收器(10)、第二光電接收器(12)以及第三光電接收器(14)均采用光電倍增管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的基于激光散射的空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述激光發(fā)射系統(tǒng)(I)和激光接收系統(tǒng)(2)分別安裝在一個(gè)密閉的腔室內(nèi)，在激光發(fā)射系統(tǒng)(I)安裝腔室的側(cè)壁上設(shè)置有第一平面透鏡(15)作為激光發(fā)射窗口，在激光接收系統(tǒng)(2)安裝腔室的側(cè)壁上設(shè)置有第二平面透鏡(16)作為散射光接收窗口。
【文檔編號(hào)】G01N15/06GK104422640SQ201310401008
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】陳建軍, 金聰, 李雪, 嚴(yán)一清, 單良, 范亞林, 褚慧穎 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)