CN104655536A - 油烟在线检测系统及油烟浓度的在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油烟在线检测系统及油烟浓度的在线检测方法，该系统包括安设在通气管道内的油烟浓度检测仪、风速仪、净化设备、单片机和与单片机的通讯端交互通讯连接的智能监控终端；油烟浓度检测仪包括光敏油烟传感器和干湿球传感器；风速仪包括微压差传感器、压力传感器和温度传感器；净化设备包括光敏油烟传感器、干湿球传感器、微压差传感器、压力传感器及温度传感器的紫外灯和光触媒层。本发明由光触媒层产生强烈催化降解功能，可有效降低环境光对所有传感器的干扰，并可很好的降解和净化所有传感器及其探头上吸附的油烟，增强了净化效果，满足净化设备多功能且节能的效果；且可实现油烟浓度和油烟排风效率的在线实时检测。

Description

油烟在线检测系统及油烟浓度的在线检测方法

技术领域

本发明涉及环保领域，尤其涉及一种油烟在线检测系统及油烟浓度的在线检测方法。 

背景技术

环保问题已经成为新世纪、新时代重点关注问题，尤其是随处存在的油烟，油烟严重影响健康，大量研究表明，油烟中的多种有毒化学成分含有致癌、致癌引发剂和原生毒物，对人体的血液循环、肺脏功能、免疫功能均具有极大的危害，因此油烟排放监控成为保护空气环境的重要课题。同时，随着能源的日益紧张，节能家电已越来越受到重视。人们对油烟净化设备控制功能要求越来越高，这对油烟净化设备控制器提出了更高的要求，而多功能、节能是油烟净化设备的发展方向。 

现有的油烟在线智能监控系统，配套传统的手动式油烟净化设备，可以定性地反映餐饮企业油烟净化器油烟排放情况，也可以监控到风机和净化器开启时间、运行等实时情况。但该油烟监控系统在使用上存在以下缺陷： 

1)在监控城市油烟排放的问题上，这些监控技术都停留在对油烟净化器和风机的运行状态下进行监控，不能做到油烟浓度和油烟排风效率的在线监测。 

2)油烟净化设备是采用定频手动式开关，不能满足人们对油烟净化设备的多功能、节能要求。 

3)现有的油烟浓度检测仪，体积庞大、不可在线安装、不能实现自动操作和实时检测。 

因此，现有的油烟智能监控系统无法满足市场的需求。 

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种高灵敏度、净化效果好、检测范围广的油烟在线检测系统及油烟浓度的在线检测方法。 

为实现上述目的，本发明提供一种油烟在线检测系统，包括安设在通气管道内且用于检测油烟浓度的油烟浓度检测仪；所述油烟浓度检测仪包括用于检测油烟浓度的光敏油烟传感器和用于检测油烟中水分含量的干湿球传感器； 

安设在通气管道内且用于检测通气管道排风量的风速仪；所述风速仪包括用于输出电压信号的微压差传感器、用于检测通气管道压力的压力传感器和用于检测通气管道温度的温度传感器： 

安设在通气管道内且用于净化通气管道的净化设备；所述净化设备包括用于降解净化光敏油烟传感器、干湿球传感器、微压差传感器、压力传感器及温度传感器的紫外灯和光触媒层； 

所述光触媒层涂覆在通气管道的内壁上且用于吸收通气管道内的紫外线、可见光及红外光； 

用于对光敏油烟传感器、干湿球传感器、微压差传感器、压力传感器及温度传感器进行数据统计、计算及分析的单片机； 

和与单片机的通讯端交互通讯连接的智能监控终端。 

其中，该系统还包括显示模块，所述显示模块与单片机的输出端电连接。 

其中，所述光敏油烟传感器包括传感器发射端和传感器接收端；所述传感器接收端用于感应油烟通过时的减光量并传输至传感器发射端，所述传感器发射端与单片机的输入端电连接且将减光量转化为阻值变化并传输至单片机中。 

其中，所述单片机包括浓度值修正单元、压力值修正单元、温度值修正单元和处理单元；所述处理单元上设有三个输入端，所述干湿球传感器通过浓度值修正单元与处理单元的第一输入端电连接，所述压力传感器通过压力值修正单元与处理单元的第二输入端电连接，所述温度传感器通过温度值修正单元与处理单元的第三输入端电连接，所述处理单元的输出端与显示模块电连接。 

其中，所述单片机还包括电压转换单元，所述处理单元上还设有第四输入端，所述电压转换单元与处理单元的第四输入端电连接；所述传感器接收端通过传感器发射端与电压转换单元电连接。 

为实现上述目的，本发明还提供一种油烟浓度的在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤： 

光敏油烟传感器感应油烟通过通气管道时的减光量并转为阻值的变化； 

由单片机处理阻值的变化并转为电压的变化； 

通过电压与油烟浓度之间的计算公式得到油烟浓度C；该计算公式为： 

C＝(4πr3dηv)/(3sARq)； 

干湿球传感器感应油烟中水分含量，对计算得到的油烟浓度值进行修正，使得最终检测到干油烟浓度。 

其中，所述d为油烟粒子的密度，r为油烟粒子的半径，η为有效失电比，V为流经光敏油烟传感器的电流与电压之间的关系，S为通气管道内的气流流速，A为通气管道的截面面积，R为光敏油烟传感器的电阻阻值，q为油烟粒子的平均荷电量。 

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的油烟在线检测系统及油烟浓度的在线检测方法，具有以下有益效果： 

1)采用紫外灯配合光触媒层对通气管道内的油烟进行净化，由光触媒层对紫外线、可见光和红外光进行吸收，产生强烈催化降解功能，可有效降低环境光对所有传感器的干扰，并可很好的降解和净化所有传感器上吸附的油烟，增强了净化效果，满足净化设备多功能且节能的效果； 

2)通过光敏油烟传感器在线检测并计算油烟浓度，并增设干湿球传感器，实现在线检测油烟的含水量，用以修正油烟浓度值，获得干油烟浓度，最终获得精确的浓度值，该油烟浓度检测仪对油烟有高灵敏度，油烟浓度检测范围大且低功耗，小尺寸，配合净化设备，延长了检测系统的使用寿命； 

3)采用高精度和温度补偿的微差压传感器，配合压力传感器和温度传感器进行温压补偿，有较高的量程和准确度，达到检测实时风量的目的，实现了油烟排风效率的在线检测； 

4)本系统可实现油烟浓度和油烟排风效率的在线实时检测，并实现对净化设别的自动化和远程控制，且本系统具有体积小、安装方便、自动化操作、维护简单及使用寿命长等特点。 

附图说明

图1为本发明的油烟在线检测系统的结构示意图； 

图2为本发明的油烟在线检测系统的工作原理图。 

主要元件符号说明如下： 

10、光敏油烟传感器   11、干湿球传感器 

12、微压差传感器     13、压力传感器 

14、温度传感器       15、紫外灯 

16、光触媒层         17、单片机 

18、智能监控终端     19、显示模块 

20、通气管道         101、传感器发射端 

102、传感器接收端    171、浓度值修正单元 

172、压力值修正单元  173、温度值修正单元 

174、处理单元        175、电压转换单元 

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。 

请参阅图1-2，本发明的油烟在线检测系统，包括安设在通气管道20内且用于检测油烟浓度的油烟浓度检测仪；油烟浓度检测仪包括用于检测油烟浓度的光敏油烟传感器10和用于检测油烟中水分含量的干湿球传感器11、安设在通气管道20内且用于检测通气管道20排风量的风速仪；风速仪包括用于输出电压信号的微压差传感器12、用于检测通气管道20压力的压力传感器13和用于检测通气管道20温度的温度传感器14、安设在通气管道20内且用于净化通气管道20的净化设备；净化设备包括用于降解净化光敏油烟传感器10、干湿球传感器11、微压差传感器12、压力传感器13及温度传感器14的紫外灯15和光触媒层16；光触媒层16涂覆在通气管道20的内壁上且用于吸收通气管道20内的紫外线、可见光及红外光、用于对光敏油烟传感器10、干湿球传感器11、微压差传感器12、压力传感器13及温度传感器14进行数据统计、计算及分析的单片机17、与单片机17的通讯端交互通讯连接的智能监控终端18和显示模块19，显示模块19与单片机17的输出端电连接。 

相较于现有技术的情况，发明提供的油烟在线检测系统，具有以下有益效果： 

1)采用紫外灯15配合光触媒层16对通气管道20内的油烟进行净化，由光触媒层16对紫外线、可见光和红外光进行吸收，产生强烈催化降解功能，可有效降低环境光对所有传感器的干扰，并可很好的降解和净化所有传感器上吸附的油烟，增强了净化效果，满足净化设备多功能且节能的效果； 

2)通过光敏油烟传感器10在线检测并计算油烟浓度，并增设干湿球传感器11，实现在线检测油烟的含水量，用以修正油烟浓度值，获得干油烟浓度，最终获得精确的浓度值，该油烟浓度检测仪对油烟有高灵敏度，油烟浓度检测范围大且低功耗，小尺寸，配合净化设备，延长了检测系统的使用寿命； 

3)采用高精度和温度补偿的微差压传感器12，配合压力传感器13和温度传感器14进行温压补偿，有较高的量程和准确度，达到检测实时风量的目的，实现了油烟排风效率的在线检测； 

4)本系统可实现油烟浓度和油烟排风效率的在线实时检测，并实现对净化设别的自动化和远程控制，且本系统具有体积小、安装方便、自动化操作、维护简单及使用寿命长等特点。 

在本实施例中，光敏油烟传感器10包括传感器发射端101和传感器接收端102；传 感器接收端102用于感应油烟通过时的减光量并传输至传感器发射端101，传感器发射端101与单片机17的输入端电连接且将减光量转化为阻值变化并传输至单片机17中。 

在本实施例中，单片机17包括浓度值修正单元171、压力值修正单元172、温度值修正单元173、处理单元174和电压转换单元175；处理单元174上设有四个输入端，干湿球传感器11通过浓度值修正单元171与处理单元174的第一输入端电连接，压力传感器13通过压力值修正单元172与处理单元174的第二输入端电连接，温度传感器14通过温度值修正单元173与处理单元174的第三输入端电连接，电压转换单元175与处理单元174的第四输入端电连接；传感器接收端102通过传感器发射端101与电压转换单元175电连接；处理单元174的输出端与显示模块19电连接。 

本发明提供的油烟在线检测系统，利用微差压传感器12自制了风速仪，检测通气管道20内的排风量，通过检测特定风量时，微差压传感器12输出电压信号给单片机17，由单片机17内的处理单元174处理并绘制电压和风量关系曲线，再利用压力传感器13、温度传感器14检测的通气管道20内的压力和温度值，并通过温度值修正单元173和压力值修正单元172修正该曲线，达到检测实时风量的目的。 

本发明采用拥有高精度和采样速度的单片机17，对所有传感器信号进行采集，并进行数据统计、计算和分析，输出相关数据到显示模块19和智能监控终端18，同时接收智能监控终端18的相关数据，实现在线检测、实时监控、自动化控制和远程操作。 

本发明中安装的紫外灯15，利用紫外灯15的高能UVc紫外线光束及臭氧，对靠近和吸附在所有传感器及其探头上的烟气进行光解氧化反应，使其降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳，及少量的固体粉尘，从而达到净化设备，延长其使用寿命的作用；同时由光触媒层16对所有暴漏在油烟中的传感器及其探头进行进一步的净化效果，增加使用寿命。 

基于上述的油烟在线检测系统，本发明还提供了一种油烟浓度的在线检测方法，包括以下步骤： 

光敏油烟传感器10感应油烟通过通气管道20时的减光量并转为阻值的变化； 

由单片机17处理阻值的变化并转为电压的变化； 

通过电压与油烟浓度之间的计算公式得到油烟浓度C；该计算公式为： 

C＝(4πr3dηv)/(3sARq)； 

干湿球传感器11感应油烟中水分含量，对计算得到的油烟浓度值进行修正，使得最终检测到干油烟浓度。该步骤中，干湿球传感器11感应油烟中水分含量，并将感应得到的含水量信息传输给浓度值修正单元171，将修正之后的浓度值信号传输给处理单元174处理后在显 示模块19上进行显示，该显示结果为干油烟浓度。 

其中，所述d为油烟粒子的密度，r为油烟粒子的半径，η为有效失电比，V为流经光敏油烟传感器10的电流与电压之间的关系，S为通气管道20内的气流流速，A为通气管道20的截面面积，R为光敏油烟传感器20的电阻阻值，q为油烟粒子的平均荷电量。 

上述计算公式的具体分析如下： 

设在时刻t，检测区气流中的油烟粒子浓度为C，可表为： 

C＝[N(4πr3/3)d]/[sA(dt)]       (1) 

其中N是dt时间内流经检测区的油烟粒子数：r是粒子平均半径，d是粒子密度：s是检测区气流流速：A是检测区(电晕管)横截面积. 

油烟粒子在收集网上有效放电后，连接收集网的电路上就会出现电流。电流通过一个阻值为R的电阻时，电阻上就会出现电压降(不是原静电场电压)。在dt时间内，假定N个粒子中有n个粒子能在收集网上有效放电，则n与由此产生的电流i之间有下列关系： 

n＝i(dt)/q      (2) 

其中q是一个粒子的平均荷电量。 

设有效失电比 

η＝N/n      (3) 

由于在一定流速范围内，η只与收集网材料，结构设计和几何尺寸相关，当这些参数确定之后，η就是一固定值参数。 

考虑到在时刻t，流经电阻的电流与电压之间的关系： 

v＝IR    (4) 

由上述(1)-(4)式，可推出任一时刻t，电压与油烟浓度之间的基本关系式： 

C＝(4πr3dηv)/(3sARq)      (5) 

该计算公式不仅可以看出电压越高，油烟浓度越大，且结合单片机17的处理结果和该计算公式，可在线实时检测油烟浓度。 

本发明提供的油烟浓度的在线检测方法，其优势为：通过光敏油烟传感器10在线检测并计算油烟浓度，并增设干湿球传感器11，实现在线检测油烟的含水量，用以修正油烟浓度值，获得干油烟浓度，最终获得精确的浓度值，该油烟浓度检测仪对油烟有高灵敏度，油烟浓度检测范围大且低功耗，且该检测方法由单片机17自动化控制和检测，大大方便了检测操作。 

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。 

Claims (7)

1.一种油烟在线检测系统，其特征在于，包括

安设在通气管道内且用于检测油烟浓度的油烟浓度检测仪；所述油烟浓度检测仪包括用于检测油烟浓度的光敏油烟传感器和用于检测油烟中水分含量的干湿球传感器；

安设在通气管道内且用于检测通气管道排风量的风速仪；所述风速仪包括用于输出电压信号的微压差传感器、用于检测通气管道压力的压力传感器和用于检测通气管道温度的温度传感器；

安设在通气管道内且用于净化通气管道的净化设备；所述净化设备包括用于降解净化光敏油烟传感器、干湿球传感器、微压差传感器、压力传感器及温度传感器的紫外灯和光触媒层；所述光触媒层涂覆在通气管道的内壁上且用于吸收通气管道内的紫外线、可见光及红外光；

用于对光敏油烟传感器、干湿球传感器、微压差传感器、压力传感器及温度传感器进行数据统计、计算及分析的单片机；

和与单片机的通讯端交互通讯连接的智能监控终端。

2.根据权利要求1所述的油烟在线检测系统，其特征在于，该系统还包括显示模块，所述显示模块与单片机的输出端电连接。

3.根据权利要求1所述的油烟在线检测系统，其特征在于，所述光敏油烟传感器包括传感器发射端和传感器接收端；所述传感器接收端用于感应油烟通过时的减光量并传输至传感器发射端，所述传感器发射端与单片机的输入端电连接且将减光量转化为阻值变化并传输至单片机中。

4.根据权利要求2所述的油烟在线检测系统，其特征在于，所述单片机包括浓度值修正单元、压力值修正单元、温度值修正单元和处理单元；所述处理单元上设有三个输入端，所述干湿球传感器通过浓度值修正单元与处理单元的第一输入端电连接，所述压力传感器通过压力值修正单元与处理单元的第二输入端电连接，所述温度传感器通过温度值修正单元与处理单元的第三输入端电连接，所述处理单元的输出端与显示模块电连接。

5.根据权利要求4所述的油烟在线检测系统，其特征在于，所述单片机还包括电压转换单元，所述处理单元上还设有第四输入端，所述电压转换单元与处理单元的第四输入端电连接；所述传感器接收端通过传感器发射端与电压转换单元电连接。

6.一种基于权利要求1的油烟浓度的在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤： 

光敏油烟传感器感应油烟通过通气管道时的减光量并转为阻值的变化；

由单片机处理阻值的变化并转为电压的变化；

通过电压与油烟浓度之间的计算公式得到油烟浓度C；该计算公式为：

；

干湿球传感器感应油烟中水分含量，对计算得到的油烟浓度值进行修正，使得最终检测到干油烟浓度。

7.根据权利要求6所述的油烟浓度的在线检测方法，其特征在于，所述d为油烟粒子的密度，r为油烟粒子的半径，为有效失电比，V为流经光敏油烟传感器的电流与电压之间的关系，S为通气管道内的气流流速，A为通气管道的截面面积，R为光敏油烟传感器的电阻阻值，q为油烟粒子的平均荷电量。