一種在線連續(xù)顆粒物濃度監(jiān)測(cè)儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種在線連續(xù)顆粒物濃度監(jiān)測(cè)儀，包括后腔件，前腔件，連接過渡件，所述的后腔件還包括，電源管理電路板、數(shù)據(jù)處理電路板、激光器驅(qū)動(dòng)管理電路板、光電接收器、連接線；所述的光電接收器包括光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)預(yù)處理電路，所述的數(shù)據(jù)處理電路板包含鎖相電路及噪聲處理電路和4～20mA信號(hào)傳輸電路。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的在線連續(xù)顆粒物濃度監(jiān)測(cè)儀光電信號(hào)轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確，能過濾掉失真信號(hào)，采用4-20mA電流來傳輸信號(hào)，電流對(duì)噪聲并不敏感，避開相關(guān)噪聲的影響，電路設(shè)計(jì)巧妙實(shí)用，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可信。
【專利說明】一種在線連續(xù)顆粒物濃度監(jiān)測(cè)儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在線連續(xù)顆粒物濃度監(jiān)測(cè)儀，屬于在線顆粒物濃度監(jiān)測(cè)裝備領(lǐng) 域。

【背景技術(shù)】
[0002] 顆粒污染的監(jiān)測(cè)一直是解決難道較大的問題，隨著工業(yè)生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)要求的提 高，對(duì)兩相流中顆粒相的連續(xù)監(jiān)測(cè)提出了更高的要求。目前由于兩相流中顆粒相的連續(xù)監(jiān) 測(cè)涉及到光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，光電信號(hào)轉(zhuǎn)換過程中容易出現(xiàn)干擾信號(hào)，或信號(hào)失真，導(dǎo)致測(cè)量 不準(zhǔn)確。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于，提供一種在線連續(xù)顆粒物濃度監(jiān)測(cè)儀，以解決上 述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0004] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種在線連續(xù)顆粒物濃度監(jiān)測(cè)儀，包括：后 腔件，前腔件，連接過渡件，所述的后腔件又包括：激光器，激光器座、李氏孔、保護(hù)窗口、聚 光鏡、電路安裝盤，所述的前腔件包括，氣嘴、校準(zhǔn)具座，前腔件與連接過渡件通過法蘭盤連 接，后腔件與前腔件固定連接，所述的后腔件還包括，電源管理電路板、數(shù)據(jù)處理電路板、激 光器驅(qū)動(dòng)管理電路板、光電接收器、連接線、連接線接口；所述的電源管理電路板與數(shù)據(jù)處 理電路板、激光器驅(qū)動(dòng)管理電路板、光電接收器連接，所述的激光器驅(qū)動(dòng)管理電路板與激光 器連接，所述的數(shù)據(jù)處理電路板與光電接收器、連接線接口連接；所述的光電接收器包括光 電轉(zhuǎn)換及信號(hào)預(yù)處理電路；所述的數(shù)據(jù)處理電路板包含鎖相電路及噪聲處理電路和4? 20mA信號(hào)傳輸電路；所述的光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)預(yù)處理電路中光信號(hào)通過光電二極管SD100， 經(jīng)過I-V轉(zhuǎn)換電路并進(jìn)行初級(jí)放大，PWM信號(hào)通過C9隔直電容進(jìn)入由U4組成的運(yùn)算放大 電路；所述的鎖相電路及噪聲處理電路通過鎖相電路，將有用信號(hào)與噪聲信號(hào)進(jìn)行分離， 通過單片機(jī)I/O輸出與PWM相同的等脈寬的同步信號(hào)Sync，當(dāng)輸入信號(hào)為正時(shí)，Sync控 制74hc4052的B將信號(hào)通過13腳輸入到U3的正相輸入端，當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)時(shí)，Sync控制 74hc4052的B將信號(hào)通過3腳輸入到U3的負(fù)相輸入端。
[0005] 進(jìn)一步的，所述的激光器驅(qū)動(dòng)管理電路板包括激光驅(qū)動(dòng)電路，激光光源驅(qū)動(dòng)由兩 部分組成，一部分為TEC控制，另一部分為驅(qū)動(dòng)電流控制，從單片機(jī)的I/O輸出PWM50%的方 波，通過打開IC-WJB的輸出，使激光輸出光信號(hào)為方波。
[0006] 進(jìn)一步的，所述的4~20mA電路設(shè)計(jì)通過C8051F021的DAC1輸出口，經(jīng)過運(yùn)算放大 器由LM358搭建而成的V/I轉(zhuǎn)換電路，將DAC輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成4?20mA電流輸出信 號(hào)。
[0007] 進(jìn)一步的，所述的連接線接口共有七個(gè)端子，分別連接24VDAC電源正極、-20mA電 流輸出正極、24VDAC電源負(fù)極、RS485通訊A、4-20mA電流輸出負(fù)極、備用24VDAC電源負(fù) 極、RS485通訊B。
[0008] 本發(fā)明的有益效果是： 1、本專利提供的在線連續(xù)顆粒物濃度監(jiān)測(cè)儀光電信號(hào)轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確，能過濾掉失真信號(hào)， 電路設(shè)計(jì)巧妙實(shí)用。
[0009] 2、采用4-20mA電流來傳輸信號(hào)，電流對(duì)噪聲并不敏感，避開相關(guān)噪聲的影響。解 決了在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電壓傳輸信號(hào)時(shí)傳輸線會(huì)受到噪聲的干擾；傳輸線的分布電阻會(huì)產(chǎn)生電壓 降等問題。
[0010] 3、激光器驅(qū)動(dòng)管理電路板保證了光源光功率輸出恒定在一定的范圍內(nèi)。
[0011] 4、電源管理電路板可為4?20mA電流輸出、激光管等單元電路提供穩(wěn)定可靠電 源。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明提供的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是本發(fā)明提供的工作原理示意圖 圖3是本發(fā)明提供的連接線接口示意圖 圖4是本發(fā)明提供的激光驅(qū)動(dòng)電路示意圖 圖5是本發(fā)明提供的光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)預(yù)處理電路示意圖 圖6是本發(fā)明提供的鎖相電路及噪聲處理電路示意圖 圖7是本發(fā)明提供的4?20mA信號(hào)傳輸電路示意圖。
[0013] 圖中：1.后腔件，2.前腔件，3.連接過渡件，101.電源管理電路板，102.數(shù)據(jù) 處理電路板，103.激光器驅(qū)動(dòng)管理電路板，104.連接線，105.激光器座，106.激光器， 107.李氏孔，108.保護(hù)窗口，109.聚光鏡，110.連接線接口，111.光電接收器，112.電路 安裝盤，201.校準(zhǔn)具座，202.氣嘴，1101. 24VDAC電源正極，1102. 4_20mA電流輸出正 極，1103. 24VDAC電源負(fù)極，1104. RS485通訊A，1105. 4-20mA電流輸出負(fù)極；1106.備用 24VDAC電源負(fù)極，1106. RS485通訊B，1031.單片機(jī)輸出PWM波，1032.驅(qū)動(dòng)電流控制，1033. 自動(dòng)功率控制器IC-WJB，1034.激光器接口，1035.激光器輸出波形，11101.光電接收器接 口，11102.光電接收器接收到的波形，11103. I-V轉(zhuǎn)換并初級(jí)放大電路，11104.放大后波 形，11105.隔直阻交電容C9,11106.運(yùn)算放大器，11107.最終波形帶噪聲，11108.單片機(jī)百 分之五十PWM波，11109.鎖相器，11110.偏置放大電路，11111.低通濾波器，11112.最終正 值信號(hào)，1021.單片機(jī)，1022. V-I轉(zhuǎn)換電路。
[0014]

【具體實(shí)施方式】： 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體方式進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0015] 如圖1所示，一種在線連續(xù)顆粒物濃度監(jiān)測(cè)儀： 所述的光電接收器包括如圖5所示的光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)預(yù)處理電路；所述的數(shù)據(jù)處理電 路板包含如圖6所不的鎖相電路及噪聲處理電路和如圖7所不的4?20mA信號(hào)傳輸電路。
[0016] 包括：后腔件1，前腔件2,連接過渡件3,所述的后腔件又包括：激光器106,激光 器座105、李氏孔107、保護(hù)窗口 108、聚光鏡109、電路安裝盤112,所述的前腔件包括，氣嘴 202、校準(zhǔn)具座201，前腔件2與連接過渡件3通過法蘭盤連接，前腔件2與后腔件1固定連 接，所述的后腔件還包括，電源管理電路板101、數(shù)據(jù)處理電路板102、激光器驅(qū)動(dòng)管理電路 板103、光電接收器111、連接線104 ;電源管理電路板101、數(shù)據(jù)處理電路板102和激光器 驅(qū)動(dòng)管理電路板103固定在電路安裝盤112上，所述的電源管理電路板101與數(shù)據(jù)處理電 路板102、激光器驅(qū)動(dòng)管理電路板103、光電接收器111連接，所述的激光器驅(qū)動(dòng)管理電路板 103與激光器連接106,所述的數(shù)據(jù)處理電路板102與光電接收器111、連接線接口 110連接 線連接。
[0017] 所述的連接線接口 110共有七個(gè)端子，如圖3所示，分別連接24VDAC電源正極、 4-20mA電流輸出正極、24VDAC電源負(fù)極、RS485通訊A、4-20mA電流輸出負(fù)極、備用24VDAC 電源負(fù)極、RS485通訊B。
[0018] 所述的激光器驅(qū)動(dòng)管理電路板103包括激光驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示，激光光源驅(qū)動(dòng) 由兩部分組成，一部分為TEC控制，另一部分為驅(qū)動(dòng)電流控制1032,從單片機(jī)的I/O輸出 PWM50%的方波1031，通過打開自動(dòng)功率控制器IC-WJB 1033的輸出，使激光輸出光信號(hào)為 方波1035。IC-WJB通過自動(dòng)功率控制APC----autoamtic power control保證了光源光 功率輸出恒定在一定的范圍內(nèi)。
[0019] 在所述的光電接收器111包括光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)預(yù)處理電路，如圖5所示，所述的光 電轉(zhuǎn)換及信號(hào)預(yù)處理電路中光信號(hào)通過光電接收器接口 11101光電二極管SD100,光電接 收器接收到的波形如1102所示，經(jīng)過I-V轉(zhuǎn)換電路11103并進(jìn)行初級(jí)放大，PWM信號(hào)通過 C9隔直電容11105進(jìn)入由U4組成的運(yùn)算放大電路11106,此時(shí)波形變換成電路中所示的 第三種波形11107,這是因?yàn)樾盘?hào)在傳輸過程中疊加了部分運(yùn)放、電容及電阻產(chǎn)生的噪聲信 號(hào)，要消除這個(gè)噪聲需要在后級(jí)信號(hào)傳輸中加以消除。
[0020] 所述的鎖相電路及噪聲處理電路通過鎖相電路如圖6所示，將波形11107、單片 機(jī)百分之五十PWM波11108的有用信號(hào)與噪聲信號(hào)進(jìn)行分離，通過鎖相器11109,鎖相器 11109中，單片機(jī)I/O輸出與PWM相同的等脈寬的同步信號(hào)Sync，當(dāng)輸入信號(hào)為正時(shí)，Sync 控制74hc4052的B將信號(hào)通過13腳輸入到U3的正相輸入端，當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)時(shí)，Sync控 制74hc4052的B將信號(hào)通過3腳輸入到U3的負(fù)相輸入端，再通過偏置放大電路11110以 及U2, C10, R9, Cl，R3組成二階巴特沃斯低通濾波器11111，這樣保證了信號(hào)的最終輸出為 正值，如波形11112,滿足了主控芯片A/D轉(zhuǎn)換的需求。實(shí)現(xiàn)了信號(hào)噪聲的有效濾除。
[0021] 所述的數(shù)據(jù)處理電路板102包含鎖相電路及噪聲處理電路和4?20mA信號(hào)傳 輸電路，所述的4~20mA電路如圖7所示，包括單片機(jī)1021，V-I轉(zhuǎn)換電路1022,設(shè)計(jì)通過 C8051R)21的DAC1輸出口，經(jīng)過運(yùn)算放大器由LM358搭建而成的V/I轉(zhuǎn)換電路1022,將DAC 輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成4?20mA電流輸出信號(hào)。
[0022] 在線連續(xù)顆粒物濃度監(jiān)測(cè)儀工作時(shí)，電源管理電路板101、數(shù)據(jù)處理電路板102、 激光器驅(qū)動(dòng)管理電路板103、光電接收器111、激光器106,連接線接口 110工作原理關(guān)系如 圖1、2所示。激光器106發(fā)出的激光經(jīng)過李氏孔107進(jìn)入煙道，測(cè)量煙道內(nèi)顆粒物濃度，激 光經(jīng)顆粒物漫反射后，漫反射的光經(jīng)過保護(hù)窗口 108、聚光鏡109進(jìn)入光電接收器111，光電 信號(hào)轉(zhuǎn)換后，進(jìn)入數(shù)據(jù)處理電路板102,數(shù)據(jù)處理后經(jīng)連接線接口 110傳輸至上位機(jī)，顯示 測(cè)量值。測(cè)量過程中光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)預(yù)處理電路以及鎖相電路及噪聲處理電路光電信號(hào)轉(zhuǎn) 換準(zhǔn)確，能過濾掉失真信號(hào)。采用4-20mA電流來傳輸信號(hào)，電流對(duì)噪聲并不敏感，避開相關(guān) 噪聲的影響。解決了在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電壓傳輸信號(hào)時(shí)由于傳輸?shù)男盘?hào)是電壓信號(hào)，傳輸線會(huì)受 到噪聲的干擾；傳輸線的分布電阻會(huì)產(chǎn)生電壓降等問題。激光器驅(qū)動(dòng)管理電路板103保證 了光源光功率輸出恒定在一定的范圍內(nèi)。電源管理電路板101可為4?20mA電流輸出、 激光管等單元電路提供穩(wěn)定可靠電源。
[0023] 本發(fā)明提供的產(chǎn)品電路設(shè)計(jì)實(shí)用合理，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可信。
[0024] 本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明，本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例作各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方法替 代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或超越所附權(quán)利要求書定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種在線連續(xù)顆粒物濃度監(jiān)測(cè)儀，包括：后腔件，前腔件，連接過渡件，所述的后腔 件又包括：激光器，激光器座、李氏孔、保護(hù)窗口、聚光鏡、電路安裝盤，所述的前腔件包括， 氣嘴、校準(zhǔn)具座，前腔件與連接過渡件通過法蘭盤連接，后腔件與前腔件固定連接，其特征 在于：所述的后腔件還包括，電源管理電路板、數(shù)據(jù)處理電路板、激光器驅(qū)動(dòng)管理電路板、光 電接收器、連接線、連接線接口；所述的電源管理電路板與數(shù)據(jù)處理電路板、激光器驅(qū)動(dòng)管 理電路板、光電接收器連接，所述的激光器驅(qū)動(dòng)管理電路板與激光器連接，所述的數(shù)據(jù)處理 電路板與光電接收器、連接線接口連接；所述的光電接收器包括光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)預(yù)處理電 路；所述的數(shù)據(jù)處理電路板包含鎖相電路及噪聲處理電路和4?20mA信號(hào)傳輸電路；所述 的光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)預(yù)處理電路中光信號(hào)通過光電二極管SD100,經(jīng)過I-V轉(zhuǎn)換電路并進(jìn)行 初級(jí)放大，PWM信號(hào)通過C9隔直電容進(jìn)入由U4組成的運(yùn)算放大電路；所述的鎖相電路及噪 聲處理電路通過鎖相電路，將有用信號(hào)與噪聲信號(hào)進(jìn)行分離，通過單片機(jī)I/O輸出與PWM相 同的等脈寬的同步信號(hào)Sync，當(dāng)輸入信號(hào)為正時(shí)，Sync控制74hc4052的B將信號(hào)通過13 腳輸入到U3的正相輸入端，當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)時(shí)，Sync控制74hc4052的B將信號(hào)通過3腳 輸入到U3的負(fù)相輸入端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線連續(xù)顆粒物濃度監(jiān)測(cè)儀，其特征在于，所述的激光 器驅(qū)動(dòng)管理電路板包括激光驅(qū)動(dòng)電路，激光光源驅(qū)動(dòng)由兩部分組成，一部分為TEC控制，另 一部分為驅(qū)動(dòng)電流控制，從單片機(jī)的I/O輸出PWM50%的方波，通過打開IC-WJB的輸出，使 激光輸出光信號(hào)為方波。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在線連續(xù)顆粒物濃度監(jiān)測(cè)儀，其特征在于，所述的 4~20mA電路設(shè)計(jì)通過C8051F021的DAC1輸出口，經(jīng)過運(yùn)算放大器由LM358搭建而成的V/I 轉(zhuǎn)換電路，將DAC輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成4?20mA電流輸出信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的一種在線連續(xù)顆粒物濃度監(jiān)測(cè)儀，其特征在于，所述的 連接線接口共有七個(gè)端子，分別連接24VDAC電源正極、-20mA電流輸出正極、24VDAC電源 負(fù)極、RS485通訊A、4-20mA電流輸出負(fù)極、備用24VDAC電源負(fù)極、RS485通訊B。
【文檔編號(hào)】G01N15/06GK104089860SQ201410239404
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】白惠峰, 閆興鈺, 白慧賓, 郭永亮, 王紅梅, 丁相午 申請(qǐng)人:中綠環(huán)保科技股份有限公司