CN104359810B - 一种远程无线pm2.5浓度检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种远程无线PM2.5浓度检测装置属于环境自动化监测领域，具体涉及一种PM2.5浓度检测装置；该装置包括沿光线传播方向的激光器，针孔、准直物镜、矩形光栅和分光棱镜；还包括设置在分光棱镜透射光路上的第一成像物镜，第一图像传感器和信号发射装置，设置在分光棱镜反射光路上的第二成像物镜，第二图像传感器，信号接收装置和信号处理器；所述的针孔位于准直物镜的焦点位置；矩形光栅与第一图像传感器分别位于第一成像物镜的物面和像面，矩形光栅与第二图像传感器分别位于第二成像物镜的物面和像面；本发明PM2.5浓度检测装置，不仅可以降低仪器成本，而且可以减少计算量，提高监测实时性，同时可以提高测量结果准确程度。

Description

一种远程无线PM2.5浓度检测装置
技术领域
一种远程无线PM2.5浓度检测装置属于环境自动化监测领域，具体涉及一种PM2.5浓度检测装置。
背景技术
雾霾与PM2.5颗粒物直接相关，通过检测PM2.5的浓度，可以对雾霾天气进行定量评价。
传统PM2.5检测方法是在多个不同地点分布雾霾监测器，这种方式精度较高，但由于雾霾监测器设备复杂，技术含量高，使得检测成本也相应提高。
经研究表明，PM2.5的浓度与空气能见度成线性关系，因此可以通过空气能见度评价函数来得到PM2.5的浓度。申请号为201410200873的发明专利《基于无参考图像清晰度评价的PM2.5浓度检测仪》，提出了一种利用图像信息判断PM2.5浓度的检测装置与方法，该发明采用了无参考图像的技术方案，通过测量多个目标得到图像的模糊累计概率，再与能见度清晰处图像的模糊累计概率比较，确定最终目标物，激光测距单元测量最终目标物的距离，PM2.5浓度显示单元通过能见度与PM2.5浓度关系计算PM2.5浓度。
这种方法可以给予本领域利用图像来监测PM2.5的技术启示，然而，其缺点在于：由于采用无参考图像的方式，因此测量结果依靠的是统计结果，准确程度较低，此外，该装置需要多个目标以及激光测距仪，不仅检测成本高，而且测试步骤繁琐，计算量大，实时性不理想。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种远程无线PM2.5浓度检测装置，本发明不仅可以降低仪器成本，而且可以减少计算量，提高监测实时性，同时可以提高测量结果准确程度。
本发明的目的是这样实现的：
一种远程无线PM2.5浓度检测装置，包括沿光线传播方向的激光器，针孔、准直物镜、矩形光栅和分光棱镜；还包括设置在分光棱镜透射光路上的第一成像物镜，第一图像传感器和信号发射装置，设置在分光棱镜反射光路上的第二成像物镜，第二图像传感器，信号接收装置和信号处理器；
所述的针孔位于准直物镜的焦点位置；矩形光栅与第一图像传感器分别位于第一成像物镜的物面和像面，矩形光栅与第二图像传感器分别位于第二成像物镜的物面和像面；所述的分光棱镜与第二图像传感器之间的距离为1000m～1500m；
激光器发出的激光束经过针孔后形成点光源，再由准直物镜准直后形成平行光，照射到矩形光栅上，从矩形光栅出射的光经分光棱镜分成两路，一路经第一成像物镜成像到第一图像传感器表面，另一路经第二成像物镜成像到第二图像传感器表面；
第一图像传感器接收到的图像信号经过信号发射装置发送给信号接收装置，第二图像传感器接收到的图像信号和信号接收装置接收到的图像信号一起传递给信号处理器进行运算。
上述远程无线PM2.5浓度检测装置，所述的矩形光栅替换为正弦光栅。
上述远程无线PM2.5浓度检测装置，所述的信号发射装置和信号接收装置使用GPRS网络。
有益效果：
第一、由于采用了基于图像的PM2.5浓度监测方法，同传统雾霾监测器的方式相比，降低了检测成本，操作更简单。
第二、由于采用了矩形光栅作为测试目标，回避了无参考图像的检测方法，因此无需配置多个目标，也无需配置激光测距仪，因此同样可以降低设备成本。
第三、由于只设置矩形光栅一个测试目标，因此无需对多个目标进行测量和运算，可以减少运算量，提高检测实时性。
第四、由于采用了分光棱镜、使两路光基于同一被测矩形光栅，增加了测量结果的准确程度。
附图说明
图1是本发明远程无线PM2.5浓度检测装置光路图。
图中：1激光器、2针孔、3准直物镜、4矩形光栅、5分光棱镜、6第一成像物镜、7第一图像传感器、8信号发射装置、9第二成像物镜、10第二图像传感器、11信号接收装置、12信号处理器。
具体实施方式
下面对本发明具体实施方式作进一步详细描述。
具体实施例一
本实施例的远程无线PM2.5浓度检测装置，包括沿光线传播方向的激光器1，针孔2、准直物镜3、矩形光栅4和分光棱镜5；还包括设置在分光棱镜5透射光路上的第一成像物镜6，第一图像传感器7和信号发射装置8，设置在分光棱镜5反射光路上的第二成像物镜9，第二图像传感器10，信号接收装置11和信号处理器12；
所述的针孔2位于准直物镜3的焦点位置；矩形光栅4与第一图像传感器7分别位于第一成像物镜6的物面和像面，矩形光栅4与第二图像传感器10分别位于第二成像物镜9的物面和像面；所述的分光棱镜5与第二图像传感器10之间的距离为1000m～1500m；
其中，限定分光棱镜与第二图像传感器之前的距离为1000m～1500m，是因为当距离小于1000m时，在PM2.5浓度较小的范围内，图像模糊不明显，使该小范围PM2.5浓度无法测量；当距离大于1500m时，在PM2.5浓度较大的范围内，图像模糊已经完全模糊，该大范围PM2.5浓度无法测量；而在1000m～1500m范围内，可以同时兼顾PM2.5浓度过大或过小时的测量。
激光器1发出的激光束经过针孔2后形成点光源，再由准直物镜3准直后形成平行光，照射到矩形光栅4上，从矩形光栅4出射的光经分光棱镜5分成两路，一路经第一成像物镜6成像到第一图像传感器7表面，另一路经第二成像物镜8成像到第二图像传感器10表面；
本实施例的远程无线PM2.5浓度检测装置光路图如图1所示。
第一图像传感器7接收到的图像信号经过信号发射装置8发送给信号接收装置11，第二图像传感器10接收到的图像信号和信号接收装置11接收到的图像信号一起传递给信号处理器12进行运算。
具体实施例二
本实施例同具体实施例一的不同在于，将矩形光栅4替换为正弦光栅。
以上实施例的远程无线PM2.5浓度检测装置，所述的信号发射装置8和信号接收装置11使用GPRS网络。
以上实施例，可以通过信号处理器12分别计算第一图像传感器7和第二图像传感器10得到图像的对比度，进而得到调制传递函数，再根据调制传递函数与PM2.5的浓度关系，得到PM2.5的浓度值。而调制传递函数与PM2.5的浓度关系，可以采用标定的方式获得，本领域技术人员可以根据同日申请的发明《一种远程无线PM2.5浓度检测方法》来获得调制传递函数与PM2.5的浓度关系的标定结果，在本申请中不再重复说明。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化或方法改进，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种远程无线PM2.5浓度检测装置，其特征在于，包括沿光线传播方向的激光器(1)，针孔(2)、准直物镜(3)、矩形光栅(4)和分光棱镜(5)；还包括设置在分光棱镜(5)透射光路上的第一成像物镜(6)和第一图像传感器(7)，设置在分光棱镜(5)反射光路上的第二成像物镜(9)和第二图像传感器(10)；还包括信号发射装置(8)，信号接收装置(11)和信号处理器(12)；
所述的针孔(2)位于准直物镜(3)的焦点位置；矩形光栅(4)与第一图像传感器(7)分别位于第一成像物镜(6)的物面和像面，矩形光栅(4)与第二图像传感器(10)分别位于第二成像物镜(9)的物面和像面；所述的分光棱镜(5)与第二图像传感器(10)之间的距离为1000m～1500m；
激光器(1)发出的激光束经过针孔(2)后形成点光源，再由准直物镜(3)准直后形成平行光，照射到矩形光栅(4)上，从矩形光栅(4)出射的光经分光棱镜(5)分成两路，一路经第一成像物镜(6)成像到第一图像传感器(7)表面，另一路经第二成像物镜(9)成像到第二图像传感器(10)表面；
第一图像传感器(7)接收到的图像信号经过信号发射装置(8)发送给信号接收装置(11)，第二图像传感器(10)接收到的图像信号和信号接收装置(11)接收到的图像信号一起传递给信号处理器(12)进行运算；通过信号处理器(12)分别计算第一图像传感器(7)和第二图像传感器(10)得到图像的对比度，进而得到调制传递函数，再根据调制传递函数与PM2.5的浓度关系，得到PM2.5的浓度值。
2.根据权利要求1所述的远程无线PM2.5浓度检测装置，其特征在于，所述的矩形光栅(4)替换为正弦光栅。
3.根据权利要求1或2所述的远程无线PM2.5浓度检测装置，其特征在于，所述的信号发射装置(8)和信号接收装置(11)使用GPRS网络。
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