RU2691978C1 - Optical dust meter - Google Patents

Optical dust meter Download PDF

Info

Publication number
RU2691978C1
RU2691978C1 RU2018133318A RU2018133318A RU2691978C1 RU 2691978 C1 RU2691978 C1 RU 2691978C1 RU 2018133318 A RU2018133318 A RU 2018133318A RU 2018133318 A RU2018133318 A RU 2018133318A RU 2691978 C1 RU2691978 C1 RU 2691978C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dust
splitting mirror
photodetector
transmitted
mirror
Prior art date
Application number
RU2018133318A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Наталья Владимировна Кочковая
Юрий Георгиевич Асцатуров
Юрий Борисович Ханжонков
Владимир Владимирович Семенов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
Priority to RU2018133318A priority Critical patent/RU2691978C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2691978C1 publication Critical patent/RU2691978C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/02Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging
    • G01N15/0211Investigating a scatter or diffraction pattern
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/94Investigating contamination, e.g. dust

Abstract

FIELD: ventilation and air conditioning.SUBSTANCE: dust meter can be used for control of ventilation equipment, as well as for determination of total fraction of dust respirable fraction causing professional pulmonary diseases. Dust detector has a light source, two beam splitters, two diaphragms, two photodetectors, a laser range finder, a reflector, a CCD matrix, three analogue-to-digital converters and an electric computer. Light flux reflected from the first beam-splitting mirror is transmitted through the first diaphragm to the first photodetector, and the transmitted through the first beam-splitting mirror and the second diaphragm arrives at the second beam-splitter mirror. Portion of the light flux transmitted through the second beam-splitter mirror is projected onto the CCD matrix, and reflected from it is transmitted to the second photodetector. Laser range finder measures distance between centres of beam-splitter mirrors. Two photodetectors and CCD matrixes are connected to a computer via three analogue-to-digital converters.EFFECT: high accuracy of continuous measurement of average concentration, as well as determination of average size of dust particles in the medium under study.1 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к измерительной технике.The proposed device relates to the measurement technique.

Изобретение может быть использовано в промышленности для определения средней концентрации, с целью управления вентиляционным оборудованием предприятия по пылевому фактору, а так же для определения среднего размера частиц пыли и, в свою очередь, общей доли респирабельной фракции пыли, вызывающей профессиональные легочные заболевания рабочих.The invention can be used in industry to determine the average concentration, to control the ventilation equipment of an enterprise by the dust factor, as well as to determine the average size of dust particles and, in turn, the total fraction of the respirable fraction of dust causing occupational lung diseases of workers.

Известен оптический пылемер (Пат. России № 2095792, кл. МПК G01N21/85, опубл. 10.11.1997) для непрерывного измерения запыленности газов. Сущность изобретения: в оптическом пылемере первый излучатель расположен перед рабочей камерой, формирует измерительный канал и оптически связан с фотоприемником через защитные окна рабочей камеры, второй излучатель расположен за рабочей камерой, формирует контрольный канал и оптически связан с фотоприемником, третий излучатель расположен внутри устройства за рабочей камерой, формирует дополнительный контрольный канал и оптически связан с фотоприемником через защитное окно, при этом все излучатели выполнены с возможностью поочередного включения.Known optical dust meter (US Pat. Of Russia No. 2095792, CL IPC G01N21 / 85, publ. 10.11.1997) for continuous measurement of dust content of gases. The invention: in the optical dust meter, the first emitter is located in front of the working chamber, forms the measuring channel and is optically connected to the photodetector through the protective windows of the working chamber, the second emitter is located behind the working chamber, forms the control channel and is optically connected to the photodetector, the third emitter is located inside the device behind the working camera, forms an additional control channel and is optically connected to the photodetector through a protective window, with all the emitters made with the possibility of alternating inclusion.

Недостатком указанного устройства является низкая точность измерений.The disadvantage of this device is the low measurement accuracy.

Известен оптический абсорбционный пылемер (Клименко А.П, Королёв В.И., Швецов В.И. Непрерывный контроль концентрации пыли. Киев:”Техника”, 1980- с. 62-65). Принцип работы устройства заключается в следующем: свет от источника формируется в два потока. Один из них отправляется в газоход с измеряемой пылегазовой средой и, с помощью системы зеркал, проходит через коммутатор каналов и воспринимается фотоприёмником. Второй световой поток проходит через эталонный канал, который заполнен очищенной от пыли газовой смесью, по своему составу аналогичной отходящим газам конкретного промышленного предприятия. Световой поток, прошедший эталонный канал, с помощью системы зеркал попадает на коммутатор каналов и воспринимается тем же фотоприёмником. Сигнал с выхода фотоприёмника поступает на усилитель, далее на блок разделения измерительного сигнала и сигнала сравнения, далее на логарифмирующие устройство, результаты измерения регистрируются измерительным прибором. The optical absorption dust meter is known (Klymenko A.P., Korolev V.I., Shvetsov V.I. Continuous monitoring of the dust concentration. Kiev: “Technique”, 1980- p. 62-65). The principle of operation of the device is as follows: the light from the source is formed in two streams. One of them is sent to the gas duct with the measured dust-gas medium and, with the help of a system of mirrors, passes through the switch of channels and is perceived by the photo-receiver. The second luminous flux passes through a reference channel, which is filled with a dust-free gas mixture, its composition is similar to the exhaust gases of a particular industrial enterprise. The luminous flux that has passed the reference channel, with the help of a system of mirrors, hits the channel switch and is perceived by the same photodetector. The signal from the output of the photodetector enters the amplifier, then to the separation unit of the measuring signal and the comparison signal, then to the logarithm device, the measurement results are recorded by the measuring device.

Недостатком указанного устройства является низкая точность измерений.The disadvantage of this device is the low measurement accuracy.

Известен оптический пылемер для системы управления проветриванием предприятия (Пат. России № 2210070, МПК G01N15/02, опубл. 10.08.2003) выбранный в качестве прототипа. Known optical dust meter for the ventilation control system of the enterprise (US Pat. Russia No. 2210070, IPC G01N15 / 02, publ. 10.08.2003) selected as a prototype.

Оптический пылемер для системы управления проветриванием предприятия содержащий источник света, последовательно соединенный и оптически связанный со входом устройства разделения светового потока, первый выход которого последовательно соединен и оптически связан с первым защитным окном, с измерительным каналом, вторым защитным окном и первым входом устройства обработки сигнала; второй выход устройства разделения светового потока последовательно соединен и оптически связан с опорным каналом, который заполнен очищенной от пыли газовой смесью, по своем составу аналогичной отходящим газам конкретного промышленного предприятия, вторым входом устройства обработки сигнала, отличающийся тем, что источник света питается от источника импульсного напряжения, а также дополнительно введено устройство контроля запыленности защитного окна, которое оптически связано с защитным окном в измерительном канале, выход которого является входом для устройства управления, выход которого подключен к устройству обдува, которое осуществляет обдув смотровых окон, также введено устройство контроля температуры, выход которого подключен ко входу устройства обработки сигналов, кроме того, для снижения запыления защитных окон введено устройство подогрева смотровых окон, которое связано с нагревательными элементами, расположенными в смотровых окнах.An optical dust meter for an enterprise ventilation control system that contains a light source that is connected in series and optically connected to the input of a light beam separation device, the first output of which is connected in series and optically connected to the first protective window, the measuring channel, the second protective window and the first signal-processing device; the second output of the device for dividing the luminous flux is serially connected and optically connected to the reference channel, which is filled with a gas-free mixture of dust that is similar in composition to the flue gases of a particular industrial enterprise, the second input of the signal processing device, characterized in that the light source is powered by a pulsed voltage source as well as additionally introduced a dust control device for the protective window, which is optically connected to the protective window in the measuring channel, the output of which o is the input for the control device, the output of which is connected to the blowing device that blows the viewing windows, a temperature control device is also introduced, the output of which is connected to the input of the signal processing device, in addition, to reduce the dusting of the protective windows, the heating window of the viewing windows is introduced associated with heating elements located in the viewing windows.

Принцип работы устройства заключается в следующем:The principle of operation of the device is as follows:

Генератор функционально-импульсной развёртки подаёт импульсное напряжение на источник светового излучения, оптически связанный со входом устройства разделения светового потока, основное назначение которого направлять разделённые световые потоки в измерительный и опорный канал.The functional-pulse sweep generator supplies a pulsed voltage to a source of light radiation, optically connected to the input of a luminous flux separation device, the main purpose of which is to direct the separated light streams to the measuring and reference channel.

Импульсное световое излучение проходя через измерительный канал ослабляется пылью и поступает на фотоприёмник, расположенный в устройстве обработки электрического сигнала.Pulsed light radiation passing through the measuring channel is attenuated by dust and enters the photodetector located in the electrical signal processing device.

Импульсное световое излучение проходя через опорный канал изменяется незначительно и поступает на фотоприёмник опорного канала, расположенный в устройстве обработки электрического сигнала.Pulsed light radiation passing through the reference channel changes slightly and enters the photodetector of the reference channel located in the electrical signal processing device.

Устройство контроля запылённости смотрового окна осуществляет управление устройством обдува со специально-закреплёнными на лопастях вентилятора очищающими щётками, автоматически приближающимися к смотровым окнам при работе вентилятора.The inspection window dust control device controls the blowing device with cleaning brushes specially attached to the fan blades automatically approaching the viewing windows when the fan is running.

К недостаткам указанного устройства является низкая точность измерений.The disadvantages of this device is the low measurement accuracy.

Известна оптическая схема и блок- схема регистрационного устройства для измерения методом флуктуации (Шифрин К.С ”Введение в оптику океана ”,Санкт-Петербург :”Гидрометеоиздат”, 1983 - с. 225) выбранное в качестве прототипа. Принцип работы регистрационного устройства по указанному методу заключается в следующем. Параллельный пучок от источника света, промодулированный модулятором, проходит сквозь смотровые окна, кюветы с исследуемой средой и попадает на светоделительное зеркало, которое пропускает центральную часть пучка, а остальной свет посылает на фотоприёмник; из прошедшего света диафрагмой формируется узкий пучок, который поступает на фотоприёмник . С фотоприемников сигналы поступают на блок, в котором происходит электрическое выравнивание и вычитание сигналов, затем разностный сигнал подаётся на усилитель и далее на синхронный детектор, опорный сигнал на который поступает от фотодиода. Последний освещается светом, промодулированным модулятором. Спектр флюктуаций регистрируется на записывающем блоке. The optical scheme and the block diagram of a recording device for measurement by the fluctuation method (Shifrin K.S. “Introduction to Ocean Optics”, St. Petersburg: ”Gidrometeoizdat”, 1983 - p. 225), selected as a prototype, is known. The principle of operation of the registration device for the specified method is as follows. A parallel beam from a light source, modulated by a modulator, passes through observation windows, cuvettes with the test medium and hits a beam-splitting mirror, which passes the central part of the beam, and sends the rest to the photoreceiver; From the transmitted light, a narrow beam is formed by the diaphragm, which is fed to the photoreceiver. The photodetectors receive signals from the unit, in which electric alignment and subtraction of signals occur, then the difference signal is fed to the amplifier and then to the synchronous detector, the reference signal to which comes from the photodiode. The latter is illuminated by light modulated by a modulator. The spectrum of fluctuations is recorded on the recording unit.

Недостатком указанного устройства является низкая точность измерений среднего размера и средней концентрации частиц пыли. The disadvantage of this device is the low accuracy of measurements of the average size and average concentration of dust particles.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение точности непрерывного измерения средней концентрации, а так же определение среднего размера частиц пыли в изучаемой среде. The technical task of the invention is to improve the accuracy of continuous measurement of the average concentration, as well as the determination of the average size of dust particles in the studied environment.

Поставленная задача достигается тем, что оптический пылемер содержит источник света, светоделительное зеркало, диафрагму, два фотоприемника, для повышения точности измерения дополнительно содержит лазерный дальномер, отражатель, вторую диафрагму, ПЗС-матрицу, второе светоделительное зеркало, три аналого-цифровых преобразователя, электро-вычислительную машину (ЭВМ), а в качестве источника света используется лазерный излучатель.The task is achieved by the fact that the optical dust meter contains a light source, a beam-splitting mirror, a diaphragm, two photodetectors. To improve measurement accuracy, it additionally contains a laser range finder, a reflector, a second aperture, a CCD matrix, a second beam-splitting mirror, three analog-digital converters, a computer (computer), and a laser emitter is used as the light source.

На фиг. 1 изображена специальная функция, связывающая дисперсию с оптической толщиной системы и средним числом частиц в просвечиваемом объеме.FIG. Figure 1 shows a special function that relates the dispersion to the optical thickness of the system and the average number of particles in a translucent volume.

На фиг.2 представлена блок-схема устройства в соответствии с формулой изобретения. Figure 2 presents the block diagram of the device in accordance with the invention.

Устройство содержит лазерный излучатель 1, отражатель 2, два светоделительных зеркала 3, 8, две диафрагмы 4, 7, два фотоприемника 5, 9, три аналого-цифровых преобразователя 6, 12, 13, лазерный дальномер 10, ПЗС-матрицу 11, ЭВМ 14.The device contains a laser emitter 1, a reflector 2, two beam-splitting mirrors 3, 8, two diaphragms 4, 7, two photodetectors 5, 9, three analog-digital converters 6, 12, 13, a laser range finder 10, a CCD 11, a computer 14 .

Конструктивно оптический пылемер состоит из передающего и приемного блоков. В состав передающего блока входят: лазерный излучатель 1, отражатель 2, светоделительное зеркало 3, диафрагмы 4 и 7, фотоприемник 5, аналого-цифровой преобразователь 6. Назначение передающего блока – создать регулируемый зондирующий световой поток и измерить интенсивность этого потока на выходе блока. Приемный блок состоит из светоделительного зеркала 8, фотоприемника 9, лазерного дальномера 10, ПЗС-матрицы 11, аналого-цифровых преобразователей 12 и 13, ЭВМ 14.Structurally, the optical dust meter consists of transmitting and receiving units. The transmitting unit includes: laser emitter 1, reflector 2, beam-splitting mirror 3, diaphragms 4 and 7, photodetector 5, analog-digital converter 6. The purpose of the transmitting unit is to create an adjustable probe light flux and measure the intensity of this flux at the output of the unit. The receiving unit consists of a beam-splitting mirror 8, a photodetector 9, a laser rangefinder 10, a CCD matrix 11, analog-digital converters 12 and 13, a computer 14.

Работа описываемого устройства основана на так называемом методе флюктуаций. Измерение прозрачности позволяет определить оптическую толщину системы. Если частиц в пучке много, то прозрачность системы испытывает заметные флюктуации. Эти флюктуации вызваны случайными перемещениями частиц, при этом частицы по разному перекрывают друг друга. Во флюктуациях содержится ценная информация о свойствах изучаемой дисперсной системы. Дисперсия прозрачности, помимо толщины системы зависит непосредственно от числа частиц в изучаемом объекте, так что одновременное измерение прозрачности и дисперсии среды даёт нам возможность определения как среднего размера, так и концентрации частиц.The operation of the described device is based on the so-called fluctuation method. Measuring transparency allows you to determine the optical thickness of the system. If there are many particles in the beam, then the transparency of the system undergoes noticeable fluctuations. These fluctuations are caused by random movements of particles, and the particles overlap in different ways. Fluctuations contain valuable information about the properties of the dispersed system under study. The dispersion of transparency, in addition to the thickness of the system, depends directly on the number of particles in the object under study, so that a simultaneous measurement of the transparency and dispersion of the medium enables us to determine both the average size and the concentration of particles.

В ходе моделирования с помощью теоремы Робинса для дисперсной среды, состоящей из одинаковых частиц сферической формы, получены проекции поперечника ослабления всех частиц, находящихся в освещенном объеме, на поперечное сечение падающего светового пучка. В результате данного моделирования определены следующие выражения для метода флюктуаций. In the course of modeling using the Robins theorem for a dispersed medium consisting of identical spherical particles, projections of the attenuation width of all particles in the illuminated volume onto the cross section of the incident light beam were obtained. As a result of this simulation, the following expressions for the fluctuation method are defined.

Средний радиус частиц: Average particle radius:

Figure 00000001
, (1)
Figure 00000001
, (one)

где: S0 - средний поперечник ослабления света частицей.where: S 0 - the average diameter of the light attenuation by a particle.

Средний поперечник ослабления света частицей, имеющий размерность площади:The average diameter of the attenuation of light by a particle, having the dimension of the area:

Figure 00000002
(2)
Figure 00000002
(2)

где: D – дисперсия оптического сигнала; where: D is the optical signal dispersion;

S – площадь поперечного сечения пучка света;S is the cross-sectional area of the light beam;

Figure 00000003
– интенсивность падающего пучка света;
Figure 00000003
- intensity of the incident light beam;

τ – оптическая толщина системы;τ is the optical thickness of the system;

φ(τ) – специальная функция, связывающая дисперсию с оптической толщиной системы и средним числом частиц в просвечиваемом объеме (фиг. 1).φ (τ) is a special function linking the dispersion with the optical thickness of the system and the average number of particles in the translucent volume (Fig. 1).

Дисперсия оптического сигнала (определяется на основании статистического анализа результатов многократных измерений):The dispersion of the optical signal (determined on the basis of a statistical analysis of the results of multiple measurements):

Figure 00000004
, (3)
Figure 00000004
, (3)

где:

Figure 00000005
– средняя интенсивность прошедшего через среду параллельного пучка света,Where:
Figure 00000005
- the average intensity of the parallel beam of light transmitted through the medium,

Ii - интенсивность прошедшего через среду параллельного пучка света при i-м измерении,I i - the intensity of the parallel light beam transmitted through the medium in the i-th dimension,

N – количество измерений интенсивности прошедшего через среду параллельного пучка света.N is the number of intensity measurements of a parallel beam of light passing through the medium.

Средняя интенсивность прошедшего через среду параллельного пучка света:The average intensity of a parallel beam of light passing through the medium:

Figure 00000006
. (4)
Figure 00000006
. (four)

Оптическая толщина системы определяется с помощью формулы:The optical thickness of the system is determined using the formula:

Figure 00000007
. (5)
Figure 00000007
. (five)

Средняя концентрация частиц:The average particle concentration:

Figure 00000008
, (6)
Figure 00000008
, (6)

где:

Figure 00000009
– длина пути света в исследуемой среде.Where:
Figure 00000009
- the length of the path of light in the medium under study.

Анализ выражений (1)-(6) показывает, что для расчета значений среднего размера частиц пыли и их средней концентрации необходимо произвести серию измерений следующих параметров:Analysis of expressions (1) - (6) shows that to calculate the average size of dust particles and their average concentration, it is necessary to make a series of measurements of the following parameters:

- интенсивности падающего пучка света, т.е. интенсивности изучения на входе в исследуемую среду;- the intensity of the incident light beam, i.e. the intensity of the study at the entrance to the test environment;

- интенсивности пучка света, прошедшего через исследуемую среду;- the intensity of the light beam passing through the test medium;

- площади поперечного сечения пучка света;- cross-sectional area of the light beam;

- длины пути света в исследуемой среде.- the length of the path of light in the medium under study.

Приемный блок выполняет следующие функции:The receiving unit performs the following functions:

– измерение длины светового луча в исследуемом объёме;- measurement of the length of the light beam in the investigated volume;

- измерение интенсивности и площади зондирующего светового потока, прошедшего через исследуемый объем воздуха;- measurement of the intensity and area of the probing light flux that has passed through the investigated volume of air;

- расчет по формулам (1) – (6) значения среднего размера частиц пыли и их средней концентрации.- calculation by formulas (1) - (6) of the average size of dust particles and their average concentration.

Процесс измерения оптическим пылемером состоит из трех этапов.The measurement process of an optical dust meter consists of three stages.

На первом этапе от ЭВМ 14 подается запускающий сигнал на лазерный дальномер 10, который измеряет расстояние до отражателя 2, находящемся в передающем блоке. Положение лазерного дальномера 10 в приемном блоке отрегулировано так, чтобы расстояние до отражателя 2 равнялось расстоянию между центрами светоделительных зеркал 3 и 8. Таким образом, информация о длине пути в исследуемой среде поступает от лазерного дальномера 10 в ЭВМ 14. At the first stage, a trigger signal is supplied from the computer 14 to the laser range finder 10, which measures the distance to the reflector 2 located in the transmitting unit. The position of the laser rangefinder 10 in the receiving unit is adjusted so that the distance to the reflector 2 is equal to the distance between the centers of the beam-splitting mirrors 3 and 8. Thus, information about the path length in the medium under study comes from the laser rangefinder 10 in the computer 14.

На втором этапе производится синхронное циклическое измерение следующих параметров:At the second stage, the synchronous cyclic measurement of the following parameters is performed:

- интенсивности падающего пучка света, т.е. интенсивности изучения на входе в исследуемую среду;- the intensity of the incident light beam, i.e. the intensity of the study at the entrance to the test environment;

- интенсивности пучка света, прошедшего через исследуемую среду;- the intensity of the light beam passing through the test medium;

- площади поперечного сечения пучка света.- cross-sectional area of the light beam.

Лазерный излучатель 1 постоянно генерирует монохроматический световой поток, который с помощью светоделительного зеркала 3 разделяется на два субпотока. The laser emitter 1 continuously generates a monochromatic luminous flux, which is split into two substreams with the help of a beam-splitting mirror 3.

Первый субпоток, полученный за счет отражения от светоделительного зеркала 3, через диафрагму 4 поступает на фотоприемник 5. Считывание информации с фотоприемника 5 происходит в момент, когда от ЭВМ 14 поступит запускающий сигнал в аналого-цифровой преобразователь 6. Считанные значения, пропорциональные интенсивности пучка света на входе в исследуемую среду, записываются в память ЭВМ 14. Синхронность процесса измерения достигается тем, что на аналого-цифровые преобразователи 6, 12, 13 сигнал запуска в каждом цикле измерения поступает от ЭВМ 14 одновременно.The first substream received due to reflection from the beam-splitting mirror 3, through the diaphragm 4 enters the photodetector 5. Reading information from the photodetector 5 occurs at the moment when the computer 14 receives the trigger signal in the analog-to-digital converter 6. Read values proportional to the intensity of the light beam at the entrance to the test environment, are recorded in the computer memory 14. The synchronism of the measurement process is achieved by the fact that the analog-digital converters 6, 12, 13 start signal in each measurement cycle comes from the computer 14 o simultaneity.

Второй субпоток, который представляет собой часть светового потока лазерного излучателя 1, прошедшего через светоделительное зеркало 3 и диафрагму 7, после прохождения по исследуемому объему воздуха поступает на светоделительное зеркало 8. Часть второго субпотока, прошедшего через светоделительное зеркало 8 проецируется на ПЗС-матрицу 11. Информация с ПЗС-матрицы 11 поступает в аналого-цифровой преобразователь 12, а затем в ЭВМ 14, где по количеству засвеченных пикселов ПЗС-матрицы 11 определяется - площадь поперечного сечения пучка света, прошедшего через исследуемую среду. Часть второго субпотока, отраженного от светоделительного зеркала 8, поступает на фотоприемник 9. Аналоговый сигнал с выхода фотоприемника 9, значение которого пропорционально интенсивности пучка света, прошедшего через исследуемую среду, преобразуется в аналого-цифровом преобразователе 13 и в дискретной форме поступает в ЭВМ 14. Измерение интенсивности пучка света, прошедшего через исследуемую среду производится для того, чтобы по формулам (3) и (4) определить дисперсию оптического сигнала. The second substream, which is part of the luminous flux of the laser emitter 1 passing through the beam-splitting mirror 3 and diaphragm 7, after passing through the test volume of air enters the beam-splitting mirror 8. A part of the second sub-stream passing through the beam-splitting mirror 8 is projected onto the CCD matrix 11. Information from the CCD matrix 11 enters the analog-to-digital converter 12, and then into the computer 14, where the number of illuminated pixels of the CCD matrix 11 determines the cross-sectional area of the light beam, edshego through the test medium. A part of the second substream reflected from the beam-splitting mirror 8 is fed to the photodetector 9. An analogue signal from the output of the photodetector 9, whose value is proportional to the intensity of the light beam transmitted through the medium under study, is converted into analog-digital converter 13 and in discrete form enters the computer 14. The intensity of a beam of light passing through the medium under study is measured in order to determine the dispersion of the optical signal using formulas (3) and (4).

На третьем этапе на основании измеренных данных производится расчет значений среднего размера частиц пыли и их средней концентрации. Так как расчет дисперсии оптического сигнала производится по статистическим данным, то необходимо многократное измерение интенсивности пучка света, прошедшего через исследуемую среду. Это достигается за счет того, что аналого-цифровой преобразователь имеет циклический характер работы. ЭВМ 14 синхронизирует циклы аналого-цифровых преобразователей 6, 12 13 и обеспечивает заданное количество циклов их работы, по истечении которых рассчитываются средние значения интенсивности падающего пучка света и интенсивности пучка света, прошедшего через исследуемую среду. Затем, пользуясь формулами (1)-(3) и (5)-(6) ЭВМ рассчитывает значения среднего размера частиц пыли и их. средней концентрации.At the third stage, on the basis of the measured data, the values of the average size of dust particles and their average concentration are calculated. Since the calculation of the dispersion of the optical signal is made according to statistical data, it is necessary to repeatedly measure the intensity of the light beam passing through the medium under study. This is achieved due to the fact that the analog-to-digital converter has a cyclical nature of work. The computer 14 synchronizes the cycles of analog-to-digital converters 6, 12 13 and provides a specified number of cycles of their work, after which the average values of the intensity of the incident light beam and the intensity of the light beam transmitted through the test medium are calculated. Then, using formulas (1) - (3) and (5) - (6), the computer calculates the values of the average size of dust particles and them. average concentration.

ЭВМ при работе в циклическом режиме в каждом цикле выполняет следующие действия:The computer, when operating in cyclic mode in each cycle, performs the following actions:

1) определяет площадь поперечного сечения пучка света;1) determines the cross-sectional area of the light beam;

2) организует N циклов, состоящих из следующих команд:2) organizes N cycles, consisting of the following commands:

- подает на аналого-цифровые преобразователи 6,12 и 13 сигнал запуска,- gives to analog-to-digital converters 6,12 and 13 start signal,

- получает сигналов с аналого-цифровых преобразователей,- receives signals from analog-digital converters,

- записывает полученные данные в массивы памяти.- writes the received data to memory arrays.

3) рассчитывает среднее значение интенсивности падающего пучка света;3) calculates the average value of the intensity of the incident light beam;

4) рассчитывает среднее значение интенсивности пучка света, прошедшего через исследуемую среду;4) calculates the average value of the intensity of the beam of light passing through the test medium;

5) рассчитывает дисперсию оптического сигнала;5) calculates the dispersion of the optical signal;

6) рассчитывает оптическую толщину системы;6) calculates the optical thickness of the system;

7) определяет значение специальной функции, связывающей дисперсию с оптической толщиной системы и средним числом частиц в просвечиваемом объеме;7) determine the value of the special function connecting the dispersion with the optical thickness of the system and the average number of particles in the translucent volume;

8) рассчитывает средний поперечник ослабления света частицей;8) calculates the average width of the particle attenuation of light;

9) рассчитывает средний радиус частиц;9) calculates the average radius of the particles;

10) рассчитывает среднюю концентрацию частиц;10) calculate the average particle concentration;

11) выводит значения среднего радиуса частиц и средней концентрации частиц.11) displays the average particle radius and average particle concentration.

Тарировка оптического пылемера производится в две стадии. The calibration of the optical dust meter is made in two stages.

На первой стадии обеспечивается равенство показаний лазерного дальномера длине пути света в исследуемой среде. Для этого передающий и приемный блоки размещают на заданном расстоянии друг от друга. Это расстояние замеряют штангенциркулем, а лазерный дальномер, закрепленный на рейке в приемном блоке, перемещают в положение, когда показания обоих приборов будет совпадать.At the first stage, the readings of the laser rangefinder are equal to the length of the path of the light in the medium under study. To do this, the transmitting and receiving units are placed at a specified distance from each other. This distance is measured with a caliper, and the laser rangefinder, mounted on the rail in the receiving unit, is moved to a position where the readings of both instruments will coincide.

На второй стадии производится определение тарировочных коэффициентов при измерении общей концентрации и среднего размера частиц пыли. Для этого в замкнутом ограниченном объёме турбулентного воздуха создаётся облако пыли с заданными параметрами, куда помещают передающий и приемный блоки оптико-электронного пылемера. Затем производят измерение средней концентрации и среднего размера частиц пыли и вычисляют значения тарировочных коэффициентов путем деления фактического значения параметра на его измеренное значение. Тарировочные коэффициенты добавляют в формулы (1) и (6).At the second stage, the calibration coefficients are determined when measuring the total concentration and the average size of dust particles. To do this, a closed cloud of turbulent air creates a cloud of dust with specified parameters, where the transmitting and receiving units of the optical-electronic dust meter are placed. Then measure the average concentration and average size of dust particles and calculate the values of the calibration coefficients by dividing the actual value of the parameter by its measured value. Calibration coefficients are added to formulas (1) and (6).

Таким образом, предлагаемый оптический пылемер, основанный на методе флюктуаций, позволяет повысить точность определения средней концентрации и среднего размера частиц пыли для прогнозирования возникновения профессиональных заболеваний на различных производствах в зависимости от полученной организмом пылевой нагрузки.Thus, the proposed optical dust meter, based on the method of fluctuations, improves the accuracy of determining the average concentration and average size of dust particles to predict the occurrence of occupational diseases in various industries, depending on the dust load received by the body.

Claims (1)

Оптический пылемер, содержащий источник света, светоделительное зеркало, диафрагму, два фотоприемника, отличающийся тем, что дополнительно содержит лазерный дальномер, отражатель, вторую диафрагму, ПЗС-матрицу, второе светоделительное зеркало, три аналого-цифровых преобразователя, электровычислительную машину, при этом световой поток от источника света, отраженный от первого светоделительного зеркала, через первую диафрагму поступает на первый фотоприемник, световой поток, прошедший через первое светоделительное зеркало, и вторую диафрагму, поступает на второе светоделительное зеркало, часть светового потока, прошедшего через второе светоделительное зеркало, проецируется на ПЗС-матрицу, а часть светового потока, отраженного от второго светоделительного зеркала, поступает на второй фотоприемник, при этом лазерный дальномер измеряет расстояние до отражателя, равное расстоянию между центрами светоделительных зеркал, а информация из двух фотоприемников и ПЗС-матрицы поступает через три аналого-цифровых преобразователя в электровычислительную машину.Optical dust meter containing a light source, a beam-splitting mirror, a diaphragm, two photodetectors, characterized in that it additionally contains a laser range finder, a reflector, a second diaphragm, a CCD matrix, a second beam-splitting mirror, three analog-to-digital converters, an electronic computing machine, and the luminous flux from the light source, reflected from the first beam-splitting mirror, through the first aperture enters the first photodetector, the light flux that passes through the first beam-splitting mirror, and the second di the fragment enters the second beam-splitting mirror, part of the luminous flux transmitted through the second beam-splitting mirror is projected onto the CCD matrix, and part of the light flux reflected from the second beam-splitting mirror enters the second photodetector, while the laser rangefinder measures the distance to the reflector equal to the distance between the centers of the beam-splitting mirrors, and the information from the two photodetectors and the CCD matrix is fed through three analog-to-digital converters to an electric computer.
RU2018133318A 2018-09-20 2018-09-20 Optical dust meter RU2691978C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018133318A RU2691978C1 (en) 2018-09-20 2018-09-20 Optical dust meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018133318A RU2691978C1 (en) 2018-09-20 2018-09-20 Optical dust meter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2691978C1 true RU2691978C1 (en) 2019-06-19

Family

ID=66947544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018133318A RU2691978C1 (en) 2018-09-20 2018-09-20 Optical dust meter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2691978C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030025909A1 (en) * 1998-12-01 2003-02-06 Hans Hallstadius Method and apparatus for measuring of the concentration of a substance in a fluid medium
RU2210070C2 (en) * 2001-03-13 2003-08-10 Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса Optical dust meter in system for controlling ventilation of industrial rooms
RU2510498C1 (en) * 2012-07-27 2014-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Determination of dust particle concentration nd mean size
US20140226158A1 (en) * 2004-03-06 2014-08-14 Michael Trainer Methods and apparatus for determining particle characteristics
US20170276588A1 (en) * 2007-11-15 2017-09-28 Garrett Thermal Systems Limited Particle detection

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030025909A1 (en) * 1998-12-01 2003-02-06 Hans Hallstadius Method and apparatus for measuring of the concentration of a substance in a fluid medium
RU2210070C2 (en) * 2001-03-13 2003-08-10 Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса Optical dust meter in system for controlling ventilation of industrial rooms
US20140226158A1 (en) * 2004-03-06 2014-08-14 Michael Trainer Methods and apparatus for determining particle characteristics
US20170276588A1 (en) * 2007-11-15 2017-09-28 Garrett Thermal Systems Limited Particle detection
RU2510498C1 (en) * 2012-07-27 2014-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Determination of dust particle concentration nd mean size

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106323826B (en) Ultralow emission smoke monitoring device and monitoring method
KR20180000015A (en) High accuracy real-time particle counter
WO2020106036A1 (en) Multimodal dust sensor
RU2510497C1 (en) Optical dust meter
CN106769737B (en) Optical fiber type dust concentration measuring device
RU2510498C1 (en) Determination of dust particle concentration nd mean size
CN102507500B (en) Laser environment scattering power measuring device
RU2691978C1 (en) Optical dust meter
CN109655386A (en) Particle concentration detection device and detection method
CN105675466B (en) A kind of on-Line Monitor Device of relative humidity of atomsphere collaboration particulate matter delustring
RU2686401C1 (en) Photoelectric method of determining average concentration and average size of dust particles
CN108759690B (en) Coating thickness gauge based on double-light-path infrared reflection method with good working effect
RU2375677C1 (en) Roughness metre
Jamaludin et al. Optical tomography system using charge-coupled device for transparent object detection
RU159104U1 (en) DEVICE FOR CONTROL OF AEROSOL FLOWS PARAMETERS
RU2770149C1 (en) Method for monitoring dust content parameters
CN105301674B (en) Meteorological optical range detection means
RU2334215C1 (en) Gas medium dust content tester
RU212804U1 (en) Device for automatic control of parameters of aerosol emissions
RU51742U1 (en) GAS ANALYZER
Kugeiko Spectral nephelometric method for the determination of the meteorological optical range
JPH03142305A (en) Surface roughness measuring instrument
RU2801057C1 (en) Optical express analyzer of biopathogenic submicron particles with built-in calibration
JP3220213B2 (en) Optical tomographic imaging system
Asatryan Complex of Optical-Electronic Equipments for Environmental Monitoring