一種帶自凈化系統(tǒng)的顆粒物質(zhì)量濃度檢測儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于環(huán)保檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種顆粒物質(zhì)量濃度檢測儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 粉塵質(zhì)量濃度是指單位體積中微小顆粒物的質(zhì)量，通常用mg/m3或ug/m 3表示。粉 塵質(zhì)量濃度的測量方法分為取樣分析法和感應(yīng)直測法。取樣分析法主要包括；濾膜稱重法； 感應(yīng)直測法主要包括；0射線法、振蕩天平法、壓電晶體檢測費(fèi)W及光散射法。
[0003] 濾膜稱重法：
[0004] 濾膜稱重法的基本原理是；利用固定流量的氣累長時(shí)間抽取樣本氣體讓其通過恒 重的濾膜，濾膜能夠過濾超過95%的固定粒徑的粉塵顆粒，則樣本氣體中大部分大于固定 粒徑的粉塵顆粒將被阻留在濾膜上，通過稱量濾膜增加的質(zhì)量就能計(jì)算出粉塵質(zhì)量濃度。 濾膜稱重法的優(yōu)點(diǎn)在于它能夠最直接的反映樣本氣體的粉塵質(zhì)量濃度，而且所測的濃度值 也不受粉塵顆?；瘜W(xué)成分、粒徑形狀、分散程度、電氣性能W及光學(xué)性質(zhì)的影響，特別是對 測量高濃度粉塵顆粒物環(huán)境有著顯著優(yōu)勢。主要的缺點(diǎn)是測量周期過長，無法提供實(shí)時(shí)連 續(xù)的數(shù)據(jù)，而且其測量的精確度受到所用天平的制約，同時(shí)樣本氣體的體積計(jì)量也存在一 定程度的誤差。
[0005] 0射線吸收法：
[0006] 0射線實(shí)為原子發(fā)生0衰變時(shí)所釋放的一種塊狀帶電粒子集團(tuán)，0粒子的穿透 能力較強(qiáng)。當(dāng)0射線穿過樣本時(shí)，其強(qiáng)度與厚度和粉塵質(zhì)量有如下近似關(guān)系= (式中，I。為0射線的初始強(qiáng)度，I為穿透樣本后0射線的強(qiáng)度，y m為質(zhì)量吸收系數(shù)，單 位為cmVg;tm為質(zhì)量厚度，單位為g/cm3。對于不同的物質(zhì)，Um會(huì)隨著原子序列的增加而 緩慢增加；對于同一種物質(zhì)，Um也與0射線的強(qiáng)度有關(guān)。
[0007] 0射線吸收法測量粉塵濃度的原理是：通過橫流氣累抽入樣本氣體通過濾紙，探 測器實(shí)時(shí)記錄0射線的強(qiáng)度，通過計(jì)算公式就可W換算出粉塵質(zhì)量濃度。0射線法的優(yōu)點(diǎn) 是能夠連續(xù)測量、系統(tǒng)工作可靠、安裝簡便W及無需人員堅(jiān)守等。但是由于0射線對于不 同物質(zhì)表現(xiàn)的質(zhì)量系數(shù)不同，W及相對較高的成本使得其應(yīng)用范圍受限。
[000引振蕩天平法；
[0009] 振蕩天平法是基于航天技術(shù)的錐形元件微量振蕩天平原理而研制的，該錐形元件 是由一個(gè)橡膠、類玻璃物質(zhì)制成的空屯、管，空屯、管底部連接著主基座，另一端支撐著濾膜和 電子反饋系統(tǒng)，引發(fā)并保持空屯、管振蕩。被收集濾膜上的粉塵顆粒質(zhì)量與錐形元件的振蕩 頻率存在著對應(yīng)關(guān)系；Aw = 式中，Am為收集的粉塵顆粒物質(zhì)量，fg為空屯、管 \Jb Ja ) 收集前的振蕩頻率，fb為收集后的振蕩頻率，K。為錐形空屯、管的彈性常數(shù)）。振蕩天平中空 屯、管的振蕩頻率只取決與沉積在濾膜上粉塵顆粒物的質(zhì)量，因此可W認(rèn)為振蕩天平法是一 種稱重法，但是振蕩天平法與傳統(tǒng)的濾膜稱重法又有本質(zhì)的區(qū)別，最主要的區(qū)別表現(xiàn)在實(shí) 時(shí)監(jiān)控性，而且振蕩天平法精度很高，石英天平量程1(T5?lO^ig。缺點(diǎn)是其測量也存在著 一定程度的偏差，主要表現(xiàn)在；首先彈性常數(shù)K。的校準(zhǔn)和粉塵粒徑范圍的影響，其次是粉塵 顆粒物在濾膜過載時(shí)會(huì)脫落，同時(shí)也可能阻塞濾膜，最后揮發(fā)性樣本具有的揮發(fā)性對測量 結(jié)果亦有影響。
[0010] 壓電晶體檢測法：
[0011] 壓電晶體檢測法是基于粉塵粒子附著于壓電材料（壓電式石英晶體）從而改變壓 電材料的振蕩頻率來測量粉塵濃度。測量原理是：當(dāng)待測樣本氣體通過壓電材料的過濾帶 時(shí)，由于壓電材料的吸附作用，使過濾帶的質(zhì)量發(fā)生變化，從而引起壓電材料振蕩頻率的改 變，只要測得壓電材料的振蕩頻率，就能通過計(jì)算公式得到樣本氣體的粉塵質(zhì)量濃度。其主 要優(yōu)點(diǎn)是；有較高的靈敏度和準(zhǔn)確度；能夠?qū)崟r(shí)得到粉塵質(zhì)量濃度。但在實(shí)際應(yīng)用中突顯 出兩個(gè)問題；一是需要增加壓電材料對粉塵顆粒的吸附力；二是要定期清理壓電材料表面 上附著的粒子。
[001引光散射法：
[0013] 樣本氣體通過光敏區(qū)時(shí)，粉塵顆粒物被激光照射發(fā)生Mie散射，被散射光收集系 統(tǒng)收集，其中粉塵顆粒的散射光強(qiáng)度與其質(zhì)量濃度呈線性關(guān)系。光散射法檢測粉塵顆粒是 非接觸式的，測量過程不會(huì)影響粉塵粒子的物化性質(zhì)。光散射法測量的主要優(yōu)點(diǎn)；快速換 算，實(shí)時(shí)監(jiān)控。但對清潔度要求高，需要定期通過其它檢測儀器進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0014] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單、自帶凈化系統(tǒng)的顆粒 物質(zhì)量濃度檢測儀。
[0015] 本實(shí)用新型技術(shù)方案如下：
[0016] 一種帶自凈化系統(tǒng)的顆粒物質(zhì)量濃度檢測儀，其特征在于：
[0017] 包括光電傳感系統(tǒng)和信號(hào)采集處理系統(tǒng)，
[001引所述光電傳感系統(tǒng)包括激光照明系統(tǒng)、采樣氣路、散射光收集系統(tǒng)，所述采樣氣路 按照氣體路徑包括進(jìn)氣口、光敏區(qū)、出氣口，所述出氣口連通抽氣累，
[0019] 還包括自凈系統(tǒng)，所述自凈系統(tǒng)為吹氣累通過肥PA管連通采樣氣路，
[0020] 所述散射光收集系統(tǒng)收集光敏區(qū)內(nèi)的散射光并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸送給信 號(hào)采集處理系統(tǒng)。
[0021] 所述采樣氣路在進(jìn)氣口之前優(yōu)選的包括切割頭。
[0022] 所述切割頭優(yōu)選的連通=通，所述=通的另外兩端分別連通待檢測氣體和自凈系 統(tǒng)的肥PA管。
[0023] 優(yōu)選的所述信號(hào)采集處理系統(tǒng)包括信號(hào)放大電路、信號(hào)積分電路、AD采樣電路和 微處理器，所述信號(hào)放大電路可集成于光電傳感系統(tǒng)內(nèi)部或位于獨(dú)立的信號(hào)采集處理系統(tǒng) 中。
[0024] 所述激光照明系統(tǒng)優(yōu)選的包括激光二極管和透鏡組。
[0025] 所述激光照明系統(tǒng)的照明光路的入射口和出射口優(yōu)選的包括光闊。
[0026] 所述激光照明系統(tǒng)的整個(gè)光學(xué)腔體優(yōu)選的做發(fā)黑處理。
[0027] 所述采樣氣路中還可包括流量計(jì)、過濾濾膜，所述流量計(jì)位于吹氣累的出口和抽 氣累的入口，所述過濾濾膜位于切割頭之前。
[002引所述散射光收集系統(tǒng)優(yōu)選的包括光敏區(qū)（激光通過直接擴(kuò)散和反射最終聚集到 光敏區(qū)的腔體中，也可稱之為聚光腔）、透鏡組和光電探測器。
[0029] 優(yōu)選的所述光電探測器相對于采樣氣路為前向光散射結(jié)構(gòu)或90°光散射結(jié)構(gòu)，所 述前向光散射結(jié)構(gòu)為激光光束與光電探測器在同一直線，還包括位于光電探測器之前的吸 光槽和凸透鏡組；所述90°光散射結(jié)構(gòu)為激光光束、光電探測器和采樣氣路互成90°，還 包括與激光光束相對放置的激光反射斜角組件，激光反射斜角組件將激光反射到聚光腔中 并由光電探測器收集，反射光的反射角在30° W上。
[0030] 本實(shí)用新型的技術(shù)效果：
[0031] 本實(shí)用新型總體工作原理如下；首先W恒定的流量采樣樣本氣體，當(dāng)待檢測的樣 本氣體中的粉塵顆粒通過光敏區(qū)時(shí)，在照明激光光束作用下產(chǎn)生散射光，部分散射光由散 射光收集系統(tǒng)收集并通過光電探測器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。經(jīng)過光電探測器轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)在經(jīng) 過前置放大電路放大，放大電路可集成于光電傳感系統(tǒng)內(nèi)部，也可位于信號(hào)采集處理系統(tǒng) 之中。經(jīng)放大電路放大的電壓信號(hào)到達(dá)積分電路累加起來，最后通過AD電路換算出當(dāng)前電 壓對應(yīng)的數(shù)值，在固定時(shí)間內(nèi)將得到的數(shù)值累加，再乘上固定系數(shù)就得到了當(dāng)前環(huán)境的粉 塵顆粒質(zhì)量濃度值。本實(shí)用新型主要加入了自凈化裝置，不需要定期與其它設(shè)備（如P射 線或振蕩天平的設(shè)備）進(jìn)行標(biāo)定，通過自凈化裝置可W檢測干凈空氣的數(shù)值，關(guān)閉自凈化 裝置后，檢測數(shù)值與干凈空氣時(shí)的檢測數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，即獲得現(xiàn)有空氣的質(zhì)量濃度；另 夕F，現(xiàn)有的光散射技術(shù)的設(shè)備一般都比較龐大，本實(shí)用新型對該技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過 實(shí)際測試，獲取的空氣質(zhì)量濃度可W與0射線或振蕩天平獲取的質(zhì)量濃度和檢測精度相 當(dāng)。
[0032] 本實(shí)用新型顆粒物質(zhì)量濃度檢測儀中光散射法粉塵儀光電傳感系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 主要包括；激光照明系統(tǒng)、采樣氣路、散射光收集系統(tǒng)，特別是還包括自凈系統(tǒng)。
[0033] 激光照明系統(tǒng)；
[0034] 為保證光敏區(qū)激光的強(qiáng)度和均勻性，激光器即激光二極管發(fā)出的激光需要通過透 鏡組的整形，當(dāng)樣本氣體通過光敏區(qū)時(shí)，激光束照射到粉塵顆粒上發(fā)生散射，部分散射光被 探測器接收。為提高光學(xué)傳感器的信噪比，照明光路的入射口和出射口可增加光闊，能夠減 少雜散光計(jì)入光敏區(qū)，同時(shí)整個(gè)光學(xué)腔體優(yōu)選的做發(fā)黑處理，減少腔體內(nèi)壁對照明激光的 反射影響。
[00對采樣氣路：
[0036] 采樣氣路主要將待采樣氣體引入光敏區(qū)，它直接作用于樣本氣體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可 由氣累、機(jī)械氣路、切割頭等組成。其基本工作過程如下；樣本氣體可首先通過切割頭，切割 掉粒徑過大的粉塵顆粒；然后由進(jìn)氣管將樣本氣體送入光敏區(qū)，在里面發(fā)生散射效應(yīng)；樣 本氣體再經(jīng)過出氣管，由抽氣累將氣體抽出。優(yōu)選的還可W包括流量計(jì)和過濾濾膜，流量計(jì) 接在吹氣累和抽氣累位置，用于測試氣累流量，實(shí)際測試過程中保證吹氣累處的出氣流量 大于抽氣累處的進(jìn)氣流量；過濾濾膜接在切割頭位置前，也可W省略。
[0037] 散射光收集系統(tǒng)；
[003引散射光收集系統(tǒng)由位于光敏區(qū)的聚光腔、透鏡組和光電探測器組成。粉塵顆粒在 通過光敏區(qū)時(shí)發(fā)生散射，一部分散射光被光電探測器直接接收，而另一部分散射光通過聚 光腔反射到透鏡組上并通過透鏡組匯聚在光電探測器的探測面上。
[0039] 光電探測器主要分為兩種；前向光散射法和90°光散射法。前向散射法是指激光 光束與光電探測器在同一直線上，激光和光電傳感器為相對放置，通過吸光槽將激光主光 束吸收，并通過光電傳感器結(jié)構(gòu)中集成的透鏡組將散射光收集；90°光散射法是指激光光 束、光電探測器和采樣氣路互成90°，散射光主要通過激光反射斜角組件將激光反射到聚 光腔中并由光電探測器