CN103983601A

CN103983601A - 一种红外光纤油烟浓度传感器

Info

Publication number: CN103983601A
Application number: CN201410244228.5A
Authority: CN
Inventors: 顾文秀; 邹路易; 杨光东; 刘世伟; 卢先领; 徐升; 吴志江
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2014-08-13

Abstract

一种红外光纤油烟浓度传感器，主要包括3.4μm红外激光器、窄带光纤、宽带光纤、光纤连接器和光电检测器；红外激光通过窄带光纤传递到光纤连接器的中空内腔组成的油烟检测通道，油烟在3.4μm处有特征吸收，透射光强度反映了油烟的浓度，经光电探测器接收，CPU的数据处理，可准确实时获取油烟的浓度。本发明的红外光纤油烟浓度传感器，其光纤连接器不仅提供了固定光路的检测通道，且起到连接、固定和准直窄带光纤和宽带光纤的作用，不需要校直和聚焦透镜，性能稳定可靠、结构简单、更换方便；另外光纤连接器的网栅和光纤连接处的纤芯断面的疏水疏油涂层能有效避免油烟的粘附，保证测量结果的可靠性、仪器性能的稳定性。

Description

一种红外光纤油烟浓度传感器

技术领域

本发明涉及一种油烟浓度传感器，特别涉及一种红外光纤油烟浓度传感器。

背景技术

餐饮业在烹饪过程中产生大量的油烟是造成城市空气污染的主要来源。其排放的大气污染物主要为气、液和固三相组成的气溶胶，其中含有食用油及食品在高温下的挥发物，食用油及食品的氧化、裂解、水解而形成的醛类、酮类、链烷类和链烯类、多环芳烃等产物，成分极为复杂。油烟液固相颗粒物的粒径一般小于l0μm，粘着性强，大部分不溶于水，极性小。随着各研究机构对厨房油烟研究的深入，厨房油烟对人体的危害越来越引起人们的广泛关注。

随着人们生活水平的提高，物质的丰富，餐饮行业得到了快速的发展，但随之而来的餐饮业油烟排放对环境造成的污染，扰民遭到的投诉也引起越来越多的关注，成为了环境监管的新问题，因此加强对餐饮业油烟排放的监管已非常迫切。国家环境保护总局颁布的GB18483-2001《饮食业油烟排放标准(试行)》附录A中规定的油烟采样及分析方法为现场不锈钢金属滤筒采样，实验室红外分光光度法分析(简称国标法)。国标法样品需带回实验室分析，监测周期长、费用高、步骤繁琐、现场测试条件要求高，常常是执法人员来到现场，“案发地”已经改颜换貌难以取证了，难以满足餐饮业油烟监督检查和现场执法监测的需要。另外，由于城市餐饮店数量多、覆盖面广、污染源分散，难以有足够的人力和物力实行监管。因此亟需实时、准确获取油烟浓度且适用于烟道恶劣环境的新型油烟监测装置，可方便地将数据接入环保监管网络，真正实现对油烟污染快速反应、有的放矢地进行高效率的监管，实现从人防到技防的转变，可大大提高环保监管的反应速度和效率。另外，现有基于烟尘监测的各种技术和手段因无法适应粘附性高的油烟污染，而无法适用于油烟监测，无法解决油烟粘附造成的测量误差和仪器寿命短的问题。。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效解决上述问题，能准确在线获取油烟浓度、抗污染、寿命长、性能可靠、适用于烟道恶劣环境的油烟浓度传感器。

本发明的技术方案如下：

一种红外光纤油烟浓度传感器，主要包括：红外激光器、窄带光纤、宽带光纤、光纤连接器和光电检测器；

其进一步的方案为：所述的光纤连接器，主要包括：窄带光纤连接头、宽带光纤连接头、网栅、油烟检测通道；

其进一步的方案为：所述的窄带光纤，包括光纤包层、光纤芯层、在窄带光纤连接头处的纤芯断面上涂有疏水疏油涂层；

其进一步的方案为：所述的宽带光纤，包括光纤包层、光纤芯层、在宽带光纤连接头处的纤芯断面上涂有疏水疏油涂层；

其进一步的方案为所述的网栅，优选为不锈钢网栅；

其进一步的方案为：所述的网栅的表面涂有疏水疏油涂层；

其进一步的方案为：所述的红外激光的波长为3.4μm；

其进一步的方案为：所述的疏水疏油涂层的制备工艺为：正硅酸乙酯:二甲基二乙氧基硅烷体积比为2:1的混合溶液3mL，加入到60mL无水乙醇中，搅拌均匀；然后，按二甲基二乙氧基硅烷：含氟硅烷摩尔比为17:3加入含氟硅烷，搅拌均匀，得混合硅烷溶液；然后将浓氨水（25wt%）1.0～1.5mL滴加到上述混合硅烷溶液中，室温搅拌1～2h，放置老化48h；使用前，按1:1体积比用无水乙醇稀释，搅拌均匀，得含氟杂化SiO₂纳米涂层液；将光纤纤芯断面或网栅以50mm/min的速度浸入含氟杂化SiO₂纳米涂层液中，停留15min，然后以200mm/min的速度匀速提拉镀膜，将制备的样品在50℃的干燥箱中干燥1h后，在110℃下热处理1～2h，得所述的疏水疏油涂层；所述的含氟硅烷优选为：1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷(CF₃(CF₂)₇CH₂CH₂Si(OCH₃)₃)或1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷(CF₃(CF₂)₇CH₂CH₂Si(OCH₂CH₃)₃)。该制备工艺我们另行申请专利。

本发明的油烟浓度检测原理为：如图1所示，油烟组分中的多数烃在波长3.4μm （2930cm^-1）附近具有强的光吸收，对应于C-H键的伸缩振动。在特征吸收波长处，根据朗伯比尔定律，光的透射率T为：

T=exp(-kCL)

其中k为油烟的吸收系数，C为浓度，L为检测光路的长度,因此可由透光率获取油烟浓度。红外激光器发射的3.4μm波长的激光通过窄带光纤传递到光纤连接器的油烟检测通道，由于油烟对该波长的红外光有特征吸收，通过油烟检测通道后，透射进入宽带光纤的光强度反映了油烟的浓度，该透射光通过宽带光纤传送到光电检测器上，通过CPU进行数据分析和处理，可准确获取油烟的浓度，实现油烟的实时监测。另外，由于采用窄带光纤作为发射光传输光纤，宽带光纤作为接收光纤，光纤连接器的中空内腔作为油烟检测通道，这样可以接收所有的传输光，而不需要校直和聚焦透镜，具有结构简单、易于生产的优势。

本发明的有益效果为：本发明的红外光纤油烟浓度传感器，其中光纤连接器的设计不仅提供了具有固定光路的检测通道，且起到连接、固定和准直窄带和宽带光纤的作用，不需要校直和聚焦透镜，无活动件，性能稳定可靠、结构简单、更换方便；另外网栅和纤芯断面的疏水疏油涂层能有效避免油烟的粘附，保证测量结果的可靠性、仪器性能的稳定性；本发明的红外光纤油烟浓度传感器，可以在线监测，实时获取油烟浓度，能方便地将数据传给上位机，接入环保监管网络，实现对油烟污染快速反应、有的放矢地进行高效率的监管，实现从人防到技防的转变，可大大提高环保监管的反应速度和效率。

附图说明

图1 为油烟透光率与波长关系图。

图2 为本发明实施例1的红外光纤油烟浓度传感器结构示意图。

图3 为本发明实施例1的红外光纤油烟浓度传感器立体外观图。

图4 为本发明实施例1的红外光纤油烟浓度传感器光纤连接器立体图。

图5为本发明实施例1的红外光纤油烟浓度传感器光纤连接器立体图。

图6 为本发明实施例1的红外光纤油烟浓度传感器窄带光纤立体透视图。

图7 为本发明实施例1的红外光纤油烟浓度传感器宽带光纤立体透视图。

图8 为本发明实施例1的红外光纤油烟浓度传感器测量流程图。

图9 为本发明实施例2红外光纤油烟浓度传感器的油烟测量结果。

图10为本发明实施例2红外光纤油烟浓度传感器连续使用1个月后的油烟测量结果。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1

本实施例为本发明一种红外光纤油烟浓度传感器的结构。如图2和图3所示一种红外光纤油烟浓度传感器，主要包括：红外激光器3、窄带光纤1、宽带光纤2、光纤连接器5和光电检测器4；如图4和图5所示，所述的光纤连接器5，主要包括：窄带光纤连接头5-1、宽带光纤连接头5-2、网栅5-3、油烟检测通道5-4；所述的网栅5-3，优选为不锈钢网栅；所述的网栅5-3的表面涂有疏水疏油涂层；如图6所示，所述的窄带光纤1，包括光纤包层1-1，光纤芯层1-2，在窄带连接头5-1处的纤芯断面上涂有疏水疏油涂层1-3；如图7所示，所述的宽带光纤2，包括光纤包层2-1，光纤芯层2-2，在宽带连接头5-2处的纤芯断面上涂有疏水疏油涂层2-3；如图8所示，所述的红外激光器3发射波长为3.4μm的红外激光，激光通过窄带光纤1传递到光纤连接器5的中空内腔组成的油烟检测通道5-4，由于油烟对3.4μm的红外光有特征吸收，通过油烟检测通道后，透射进入宽带光纤2的光强度反映了油烟的浓度，该透射光通过宽带光纤2传送到光电探测器4上，通过CPU进行数据分析和处理，可准确获取油烟的浓度，实现油烟的实时监测。本发明的红外光纤油烟浓度传感器，其中光纤连接器5的设计不仅提供了具有固定光路的检测通道，且起到连接、固定和准直窄带光纤1和宽带光纤2的作用，不需要校直和聚焦透镜，无活动件，性能稳定可靠、结构简单、更换方便；另外网栅5-3和窄带纤芯断面的疏水疏油涂层1-3和宽带纤芯断面的疏水疏油涂层2-3能有效避免油烟的粘附，保证测量结构的可靠性、仪器性能的稳定性。

实施例2

本实施例为本发明红外光纤油烟浓度传感器的油烟浓度测量。其中红外光纤油烟浓度传感器的结构如实施例1所述，进一步地，网栅为不锈钢网栅；用标准油烟发生器产生各种标准浓度的油烟，所用油为金龙鱼大豆色拉油，该红外光纤油烟浓度传感器对该油烟的测量结果见图9，每天监测3小时，连续使用一个月后的测量结果见图10。由图9和图10的结果可知，该超声波油烟浓度传感器测量结果可靠、性能稳定、抗污染能力强。

本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims

1.一种红外光纤油烟浓度传感器，主要包括：红外激光器、窄带光纤、宽带光纤、光纤连接器和光电检测器。

2.根据权利要求1所述的一种红外光纤油烟浓度传感器，其特征在于：所述的光纤连接器，主要包括：窄带光纤连接头、宽带光纤连接头、网栅、油烟检测通道。

3.根据权利要求1所述的一种红外光纤油烟浓度传感器，其特征在于：所述的窄带光纤，包括光纤包层、光纤芯层、在窄带光纤连接头处的纤芯断面上涂有疏水疏油涂层。

4.根据权利要求1所述的一种红外光纤油烟浓度传感器，其特征在于：所述的宽带光纤，包括光纤包层、光纤芯层、在宽带光纤连接头处的纤芯断面上涂有疏水疏油涂层。

5.根据权利要求1所述的一种红外光纤油烟浓度传感器，其特征在于：所述的红外激光器发射的激光波长为3.4μm。

6.根据权利要求2所述的网栅5-3，优选为不锈钢网栅。

7.根据权利要求2所述的网栅5-3，其表面涂有疏水疏油涂层。