CN103063555A - 一种烟雾颗粒测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种烟雾颗粒测量系统，该测量系统基于激光后向散射原理实现对烟雾浓度的测量，高稳定激光信号照射烟(粉)尘粒子，被照射粒子反射激光信号，其反射信号强度与烟(粉)尘浓度成正变化，内嵌的高灵敏激光接收机检测烟雾反射的微弱信号，通过特定的算法计算出烟雾浓度。本系统测量精度高，准确率高，安装方便。

Description

一种烟雾颗粒测量系统

技术领域

本发明涉及测量系统，具体地涉及一种烟雾颗粒的测量系统。 

背景技术

在烟雾颗粒测量技术中，激光粒度测试技术是目前全世界最通用的一种先进的颗粒测试方法。它以光散射、衍射理论为基础，集光、机、电于一体化。该技术先进、方便准确，逐步取代了一些传统的颗粒测量方法。目前已成为核工业、电子、造纸、冶金、化工、陶瓷、建材、农药、食品、化妆品等行业粉体检测的必要手段。光电感烟探测器按照光学反射原理可分为前向散射型、后向散射型以及前后向相结合的双向散射型。光发射器发出的光线的轴线和光接收器接收的光轴线之间的夹角α：90°＜α＜180°，称为前向散射型；光发射器发出的光线的轴线和光接收器接收光的轴线之间的夹角α：0°＜α＜90°，称之为后向散射型。为了获得对各种火灾烟雾粒子的均匀响应特性，通常使用后向散射原理的烟雾探测器。所谓后向散射是指光发射轴线和光接收轴线之间的夹角小于90度时所产生的散射。 

现有技术中的烟雾浓度测量仪器是针对常温常压下的烟道设计的，难以移植到高温高压场合下进行微粒监测，这些仪器在测量媒体时尚存在明显的不足和缺陷，迫切需要进一步发展和完善。在国内，上海、南京部分高校与相关环保部门及企业也在进行微粒测试的研究工作，其理论运算及结构复杂，研究进展缓慢，目前还没有相应的仪器产品。山西太原一高新技术企业开发的浓度检测仪器，需要将烟囱中微粒引出到一个特殊的管道后进行稀释，虽然原理简单，但设备复杂，施工难度大，经费投入较高。 

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种烟雾颗粒测量系统，其包括激光粒度测量仪以及与激光粒度测量仪相连接的计算机终端，还包括仪器附机，其与激光粒度测量仪之间并排放置并且通过有线或者无线的方式连接以传输信号，在激光粒度测量仪中设置有激光光源，在激光粒度测量仪的侧面设有小窗并具有镜片污染的自动修正模块和污染超限报警模块，激光光源发出的激光通过小窗射出并打在仪器附机的侧面，该激光粒度测量仪具有自适应激光功率稳定模块，在仪器附机侧面上设置有激光接收传感器，其配置地用于检测烟雾颗粒经激光照射和反射后激光产生的信号，在激光粒度测量仪和仪器附机之间设置有喷嘴装置，喷嘴装置与激光粒度测量仪相连接，此外，激光粒度测量仪中激光射出的方向与喷嘴装置中喷嘴喷射的方向相互垂直。 

优选的是，在激光粒度测量仪的后面板上设置有三芯圆插头、USB插头以及五芯圆插头，其中三芯圆插头配置地用于与计算机终端的COM口连接以传输数据，USB插头配置地用于与计算机终端的USB口连接以传输数据，五芯圆插头配置地用于在有线连接方式下与仪器附机连接。 

优选的是，激光粒度测量仪能测量和处理的粒径范围为0.5μm ～1300μm，在激光粒度测量仪中设置有数据处理系统，该数据处理系统配置地用于根据仪器附机中激光接收传感器采集的信号进行分析，数据处理系统通过特定的算法计算出烟雾的浓度。 

优选的是，所述的算法为自由分布、对数正态分布、Rosin-Rammler分布或类似于正态分布的模式9分布的算法。 

本测量系统基于激光后向散射原理实现对烟雾浓度的测量，高稳定激光信号照射烟(粉)尘粒子，被照射粒子反射激光信号，其反射信号强度与烟(粉)尘浓度成正变化，内嵌的高灵敏激光接收传感器检测烟雾反射的微弱信号，通过特定的算法计算出烟雾浓度。本系统测量精度高，准确率高，安装方便。 

附图说明

图1是根据本发明中一个代表性实施例的一种烟雾颗粒测量系统的结构框图； 

图2是根据颗粒测量的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图1对本发明中一个详细的代表性实施例进行描述。 

一种烟雾颗粒测量系统，其包括激光粒度测量仪2以及与激光粒度测量仪2相连接的计算机终端1，还包括仪器附机3，其与激光粒度测量仪1之间并排放置并且通过有线或者无线的方式连接以传输信号，在激光粒度测量仪2中设置有激光光源，在激光粒度测量仪2的侧面设有小窗5并具有镜片污染的自动修正模块和污染超限报警模块，激光光源发出的激光可通过小窗5射出并打在仪器附机3的侧面，该激光粒度测量仪具有自适应激光功率稳定模块，其保证了系统测试的稳定性和精度，在仪器附机3侧面上设置有激光接收传感器6，其配置地用于检测烟雾颗粒经激光照射和反射后激光产生的信号，在激光粒度测量仪1和仪器附机3之间设置有喷嘴装置4，喷嘴装置4与激光粒度测量仪2相连接，此外，激光粒度测量仪2中激光射出的方向与喷嘴装置4中喷嘴喷射的方向相互垂直。 

如图2所示，在激光粒度测量仪2的后面板上设置有三芯圆插头、USB插头以及五芯圆插头，其中三芯圆插头配置地用于与计算机终端1的COM口连接以传输数据，USB插头配置地用于与计算机终端1的USB口连接以传输数据，五芯圆插头配置地用于在有线连接方式下与仪器附机3连接。 

激光粒度测量仪2采用一体化结构设计，大大降低安装复杂度和安装精度要求，使安装维护简单、快捷，其所能测量和处理的粒径范围为0.5μm ～1300μm，在激光粒度测量仪2中设置有数据处理系统，该数据处理系统配置地用于根据仪器附机3中激光接收传感器4采集的信号进行分析，以获得颗粒的粒径、颗粒粒径的体积频度分布、曲线颗粒粒径的体积累积分布曲线、平均粒径、表面积/体积、中位径D50以及D10,D90,D97等数据，其中粒径是指粒子唯一几何尺寸，球形粒子的直径就是其粒径，在测非球形粒子的粒径时，激光粒度仪测出的粒径为该粒子等效球体的直径，单位为μm；粒度分布是指粉体一般是由粒径大小不等的粒子组成，粒度分布一般用体积频度分布和累积分布表示，体积频度分布是指相邻粒径之间所含粒子的体积占全部粒子体积的百分含量，而体积累积分布是指该对应粒径及以下所含粒子的体积占全部粒子体积的百分含量；累积50%粒径（中位径、D50）是指该粒径及以下的粒子体积占全部粒子体积的50%，（10%、90%、97%粒径以此类推）；表面积/体积是指将所测粒子视为球体专有软件计算而得，表示体积为1立方厘米的粒子的表面积为多少平方厘米，单位为cm2/cm3。与氮吸附法测试方法不同，因此测试结果有差异；平均粒径是指所测颗粒的平均粒径值，平均粒径可用个数平均粒径D[1,0]、直径（长度）平均粒径D[2,1]、面积平均粒径D[3,2]和体积平均粒径D[4,3]表示，具体以图2为例，图2给出了采集得的三种不同的颗粒，测量结果如下： 

	1	2	3	总和
					粒径	1μm	5μm	10μm
个数	1个	5个	1个	7
					长度(直径)	1×1	5×5	10×1	36
面积	(1×1)×1	(5×5)×5	(10×10)×1	226
					体积	(1×1×1)×1	(5×5×5)×5	(10×10×10)×1	1626

按上表频度分布表示如下：

 个数平均粒径D[1，0]： 

 

；

 直径(长度)平均粒径D[2，1]：

 

 

；

 面积平均粒径D[3，2]：

 

 

；

 体积平均粒径D[4，3]：

 

。

 其中，数据处理系统通过特定的算法计算出烟雾的浓度，具体地采用了自由分布、对数正态分布、Rosin-Rammler分布或类似于正态分布的模式9分布等算法，这些算法对于本领域技术人员来说都是公知的。 

具体而言，针对本发明中的激光粒度测量仪2，其具有以下的技术指标： 

1、  机械特性：

外壳：金属外壳

外型尺寸：265×170×170mm(WxHxD)

重量：10Kg

防护等级：IP66 

2、光学特性：

工作原理：激光后向散射测量

工作波长：650±20nm  

3、测量性能：

精度：±2%FSL*

重复性：±0.5%FSL*

24小时零点漂移：±0.3%FSL*/天，自动校正

量程转化：自动

响应时间：2秒到最终值的90%

量程：烟雾密度：0-10000mg/rn3,自动量程切换

宽度：0.7到20m 

4、电源要求：

电源：交流220V±10%，47-60Hz

电源功率：8VA

5、环境工作条件：

工作温度：-20to+55℃(外加选件可扩展到：-40to+60℃)

6、测量媒体：

最高温度：500℃；

7、接口特性：

模拟输出：隔离的4-20mA，最大负载750欧姆

数字接口：隔离RS485，RS232可选

4路继电器输出，状态信号：系统OK指示/超限报警指示/量程指示/维修指示

继电器额定值：2A  30V  DC/0.5A  125V  AC(阻性负载)

8、选件：

远程数据监控记录软件。

本发明的一个代表性实施例参照附图得到了详细的描述。这些详细的描述仅仅给本领域技术人员更进一步的相信内容，以用于实施本发明的优选方面，并且不会对本发明的范围进行限制。仅有权利要求用于确定本发明的保护范围。因此，在前述详细描述中的特征和步骤的结合不是必要的用于在最宽广的范围内实施本发明，并且可替换地仅对本发明的特别详细描述的代表性实施例给出教导。此外，为了获得本发明的附加有用实施例，在说明书中给出教导的各种不同的特征可通过多种方式结合，然而这些方式没有特别地被例举出来。 

Claims (4)

1.一种烟雾颗粒测量系统，其包括激光粒度测量仪以及与激光粒度测量仪相连接的计算机终端，还包括仪器附机，其与激光粒度测量仪之间并排放置并且通过有线或者无线的方式连接以传输信号，在激光粒度测量仪中设置有激光光源，在激光粒度测量仪的侧面设有小窗并具有镜片污染的自动修正模块和污染超限报警模块，激光光源发出的激光通过小窗射出并打在仪器附机的侧面，该激光粒度测量仪具有自适应激光功率稳定模块，其保证了系统测试的稳定性和精度，在仪器附机侧面上设置有激光接收机，其配置地用于检测烟雾颗粒经激光照射和反射后激光产生的信号，在激光粒度测量仪和仪器附机之间设置有喷嘴装置，喷嘴装置与激光粒度测量仪相连接，此外，激光粒度测量仪中激光射出的方向与喷嘴装置中喷嘴喷射的方向相互垂直。

2.如权利要求1所述的一种烟雾颗粒测量系统，其特征在于：在激光粒度测量仪的后面板上设置有三芯圆插头、USB插头以及五芯圆插头，其中三芯圆插头配置地用于与计算机终端的COM口连接以传输数据，USB插头配置地用于与计算机终端的USB口连接以传输数据，五芯圆插头配置地用于在有线连接方式下与仪器附机连接。

3.如权利要求2所述的一种烟雾颗粒测量系统，其特征在于：激光粒度测量仪能测量和处理的粒径范围为0.5μm ～1300μm，在激光粒度测量仪中设置有数据处理系统，该数据处理系统配置地用于根据仪器附机中激光接收机采集的信号进行分析，以获得颗粒的粒径、颗粒粒径的体积频度分布、曲线颗粒粒径的体积累积分布曲线、平均粒径、表面积/体积、中位径D50以及D10,D90,D97，数据处理系统通过特定的算法计算出烟雾的浓度。

4.如权利要求3所述的一种烟雾颗粒测量系统，其特征在于：所述的算法为自由分布、对数正态分布、Rosin-Rammler分布或类似于正态分布的模式9分布的算法。

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