CN105784552B - 颗粒物浓度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种颗粒物浓度传感器及颗粒物浓度检测方法，所述的颗粒物浓度传感器包括壳体、第一激光发生器组件、第二激光发生器组件、电路板、挡板和感光元件。本发明的颗粒物浓度传感器在使用第一激光发生器组件一段时间以后，可以通过第二激光发生器组件对所述第一激光发生器组件所测得的结果进行校准，如果误差在一定范围内，则表明所述第一激光发生器组件的工作状态正常，否则则启用第二激光发生器组件进行颗粒物浓度测试，并通过故障代码通知使用者所述第一激光发生器组件的状态，以使得使用者可以及时维修；通过上述过程可以看出，本发明的颗粒物浓度传感器可以提高其自身的检测精度，而且还能够提高其使用寿命。

Description

颗粒物浓度检测方法

技术领域

本发明涉及颗粒物检测装置和检测方法，尤其涉及一种颗粒物浓度传感器及颗粒物浓度检测方法。

背景技术

现有的颗粒物浓度传感器，例如中国专利CN203798703U所公开的检测空气中悬浮颗粒物质量浓度的传感器，一般包括一个激光发射器件和一个激光接收器件，但这种颗粒物浓度传感器在长时间使用后，由于半导体激光器属于敏感元件，随着工作时间的加长，会出现衰减的趋势，或者有可能受到某种冲击而损坏，此时，由于激光器是颗粒物传感器的关键元件，一旦激光衰减或损坏，则传感器本身精度会受到影响，导致检测结果不再准确。

发明内容

本发明目的是提供一种颗粒物浓度传感器，其在长期使用时，具有精确的检测精度。

本发明的另一个目的是提供一种颗粒物浓度检测方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种颗粒物浓度传感器，包括壳体、第一激光发生器组件、第二激光发生器组件、电路板、挡板和感光元件；

所述电路板水平设置于所述壳体内，

所述第一激光发生器组件和第二激光发生器组件固定于所述电路板上，且所述第一激光发生器组件所发射的第一激光束和第二激光发生器组件所发射的第二激光束在空中相交，且所述第一激光束和第二激光束所在的平面与所述感光元件所在的平面平行，所述第一激光束和第二激光束的交点的投影位于所述感光元件范围内；

所述挡板固定于所述壳体上，且所述电路板、第一激光发生器组件、第二激光发生器组件和挡板之间形成有空气流通通道；

所述感光元件固定于所述电路板上，且所述感光元件固定于所述电路板上，且所述感光元件位于所述空气流通通道的下侧。

可选的，所述第一激光束和第二激光束之间的夹角为15-90度。

可选的，所述壳体包括顶壁、底壁和固定于所述顶壁和底壁之间的前侧壁、后侧壁、左侧壁和右侧壁；

所述电路板平行于所述顶壁；

所述挡板固定于所述顶壁上，且位于所述壳体内。

可选的，所述挡板为两个，所述两个挡板之间具有间隙。

可选的，所述第一激光束和第二激光束的交点为所述第一激光发生器组件和第二激光发生器组件的焦点。

可选的，所述第一激光发生器组件和第二激光发生器组件的结构相同，均包括激光器座、激光发生器、凸透镜和光阑；

所述激光器座固定于所述电路板上，所述激光发生器固定于所述激光器座内，并发射激光束；所述凸透镜设置于所述激光器座内，并位于所述激光发生器的前端，以对所述激光发生器所发射的激光束进行聚焦；所述光阑固定于所述激光器座上，沿所述激光束的传播方向，位于所述凸透镜的下游侧。

本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种颗粒物浓度检测方法，其采用上述的颗粒物浓度传感器，包括以下步骤：

S10、当所述颗粒物浓度传感器第一次工作时，执行步骤S20，否则执行步骤S30；

S20、对所述颗粒物浓度传感器的第一激光发生器组件和第二激光发生器组件进行标定；

S30、以第一激光发生器组件为主激光发生器，以第二激光发生器组件为参考激光发生器对气体中的颗粒物进行检测；以所述主激光发生器检测的结果作为最终的颗粒物浓度数据。

可选的，所述步骤S20具体为：

S201、开启所述颗粒物浓度传感器，使第一激光发生器组件工作，通过所述第一激光发生器组件发射的第一激光束进行颗粒物浓度检测，得到第一颗粒物浓度，此时所述第二激光发生器组件不工作；

S202、关闭第一激光发生器组件，使第二激光发生器组件工作，通过第二激光发生器组件发射的第二激光束进行颗粒物浓度检测，得到第二颗粒物浓度；

S203、根据所述第一颗粒物浓度和第二颗粒物浓度，得到第一激光发生器组件和第二激光发生器组件测试结果的比例系数，并保存。

可选的，所述颗粒物浓度检测方法还包括：

S40、当所述第一激光发生器组件工作一段时间或者使用一定次数以后，开启所述第二激光发生器组件，所述第一激光发生器组件和第二激光发生器组件先后对通过所述空气流通通道内的气体中的颗粒物含量进行检测；

S50、根据S203所确定的比例系数，比较通过第一激光发生器组件所检测的第一颗粒物浓度和通过第二激光发生器组件检测的第二颗粒物浓度；根据所述第二颗粒物浓度得到第二颗粒物浓度当量；

S60、当所述第一颗粒物浓度和第二颗粒物浓度当量的差值的绝对值小于等于阈值时，将所述第一颗粒物浓度作为检测结果；

S70、当所述第一颗粒物浓度和第二颗粒物浓度当量的差值的绝对值大于阈值时，重新确定第一激光发生器组件和第二激光发生器组件之间的比例系数，同时变更第二激光发生器组件为主激光发生器，并变更第一激光发生器组件为参考激光发生器；同时通过故障代码标记所述颗粒物浓度传感器的工作状态为第二激光发生器工作状态。

可选的，所述颗粒物浓度检测方法还包括：

S80、当所述第二激光发生器组件工作一段时间或者使用一定次数以后，开启所述第一激光发生器组件，所述第二激光发生器组件和第一激光发生器组件先后对通过所述空气流通通道内的气体中的颗粒物含量进行检测；

S90、根据S70所确定的比例系数，比较通过第一激光发生器组件所检测的第一颗粒物浓度和通过第二激光发生器组件检测的第二颗粒物浓度；根据所述第一颗粒物浓度得到第一颗粒物浓度当量；

S91、当所述第一颗粒物浓度当量和第二颗粒物浓度当量的差值的绝对值小于等于阈值时，将所述第二颗粒物浓度当量作为检测结果；

S92、当所述第一颗粒物浓度当量和第二颗粒物浓度当量的差值的绝对值大于阈值时，通过代码标记所述颗粒物浓度传感器工作状态为激光发生器组件异常。

本发明具有如下有益效果：本发明的颗粒物浓度传感器由于具有第一激光发生器组件和第二激光发生器组件，因此，其在使用第一激光发生器组件一段时间以后，可以通过第二激光发生器组件对所述第一激光发生器组件所测得的结果进行校准，以判定当使用第一激光发生器组件测定颗粒物浓度时，其结果是否精确，如果所述第一激光发生器组件和第二激光发生器组件所测得的结果相同，或者误差在一定范围内，则表明所述第一激光发生器组件的工作状态正常，否则则启用第二激光发生器组件进行颗粒物浓度测试，并通过故障代码通知使用者所述第一激光发生器组件的状态，以使得使用者可以及时维修；通过上述过程可以看出，本发明的颗粒物浓度传感器可以提高其自身的检测精度，而且还能够提高其使用寿命。

附图说明

图1为本发明的颗粒物浓度传感器的结构示意图；

图2为本发明的颗粒物浓度传感器的另一角度的结构示意图；；

图3为本发明的颗粒物浓度传感器的检测原理示意图；

图4为本发明的颗粒物浓度传感器的第一激光发生器组件(或第二激光发生器组件)的结构示意图；

图中标记示意为：1-壳体；2-第一激光发生器组件；3-第二激光发生器组件；4-电路板；5-挡板；6-顶壁；8-前侧壁；9-后侧壁；10-左侧壁；11-右侧壁；12-凹面镜；13-感光元件；14-激光器座；15-激光发生器；16-凸透镜；17-光阑。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例提供了一种颗粒物浓度传感器，其包括壳体1、第一激光发生器组件2、第二激光发生器组件3、电路板4、挡板5和感光元件13；

所述电路板4、第一激光发生器组件2、第二激光发生器组件3和挡板5之间形成有空气流通通道；

所述壳体1包括顶壁6、底壁和固定于所述顶壁6和底壁之间的前侧壁8、后侧壁9、左侧壁10和右侧壁11；所述顶壁6平行于所述底壁，所述电路板4固定于所述壳体1内，且平行于所述顶壁6，所述挡板5固定于所述顶壁6上，且位于所述壳体1内，并向所述电路板4侧延伸；所述壳体1的前侧壁8开设有出风口，所述后侧壁9上开设有进风口，所述电路板4位于所述进风口的上方，并将所述出风口分成上出风口和下出风口，分别作为直径10um以上和以下的颗粒物出口；更优选地，可以在所述电路板4上靠近所述进风口处开设有多个分割孔；所述分割孔为所述空气流通通道的起点；

所述第一激光发生器组件2和第二激光发生器组件3均设置于所述电路板4上，且位于所述壳体1内，所述第一激光发生器组件2所发射的第一激光束和第二激光发生器组件3所发射的第二激光束在空中相交，且所述第一激光束和第二激光束所在的平面与所述感光元件13所在的平面平行，所述第一激光束和第二激光束的交点的投影位于所述感光元件13范围内；本实施例中，更优选地，所述第一激光束和第二激光束之间的夹角为15-90度；所述第一激光束和第二激光束的交点为所述第一激光束和第二激光束的焦点，且所述焦点位于所述感光元件的范围内；也位于所述空气流通通道内；

当所述激光照射于颗粒物时，会产生散射。为提高所述散射的激光的收集效率，本实施例中，所述颗粒物浓度传感器还可以包括凹面镜，所述凹面镜12设置于所述顶壁6上，并位于所述壳体1内，且所述感光元件13设置于所述电路板4上，所述凹面镜12和感光元件13分别位于所述空气流通通道的上下两侧，所述凹面镜12与所述感光元件13的连线分别与所述空气流通通道垂直相交，且所述凹面镜12的凹面方向朝向所述感光元件13，以对所述激光照射粒子时所散射的光线聚焦至所述感光元件13。

本实施例中，所述第一激光发生器组件2和第二激光发生器组件3的结构相同，其均包括激光器座14、激光发生器15、凸透镜16和光阑17；

所述激光器座14固定于所述电路板4上，所述激光发生器15固定于所述激光器座14内，并发射激光束；所述凸透镜16设置于所述激光器座14内，并位于所述激光发生器15的前端，以对所述激光发生器15所发射的激光束进行聚焦；所述光阑17固定于所述激光器座14上，沿所述激光束的传播方向，位于所述凸透镜16的下游侧，所述光阑17用于提高激光束的一致性。

本实施例中，所述激光器座14的长度小于32mm，所述凸透镜16的焦距小于15mm，从而使得所述颗粒物浓度传感器的尺寸得以减小，方便将所述传感器集成于其他的系统。

本实施例中，优选地，所述颗粒物浓度传感器的感光元件13收集颗粒物对激光束散射所产生的散射光，其中75度-105度方向的散射光由感光元件直接收集，165度-195度方向的散射光由感光元件对面的凹面镜收集并反射到感光元件13上，感光元件13同时把散射光转化为电信号输出到滤波放大电路，针对于该信号的处理，可以参考中国专利CN203798703U所公开的内容，在此作为引用加入本发明中，不在一一赘述。

本实施例中，可选的，所述激光器座14为封闭式独立的激光器座，以防止灰尘等进入所述激光器座，降低所述传感器的精度；而且也避免了内部光路被灰尘污染时，维护成本较高的问题。

本实施例中，所述空气流通通道呈“几”字形，所述挡板5为两块，所述两块挡板5之间具有间隙，所述第一激光束和第二激光束穿过所述间隙进入光陷阱。

本实施例中，所述颗粒物浓度传感器可以检测气体中悬浮颗粒物的质量浓度。

本发明的颗粒物浓度传感器由于具有第一激光发生器组件2和第二激光发生器组件3，因此，其在使用第一激光发生器组件2一段时间以后，可以通过第二激光发生器组件3对所述第一激光发生器组件2所测得的结果进行校准，以判定当使用第一激光发生器组件2测定颗粒物浓度时，其结果是否精确，如果所述第一激光发生器组件2和第二激光发生器组件3所测得的结果相同，或者误差在一定范围内，则表明所述第一激光发生器组件2的工作状态正常，否则则启用第二激光发生器组件3进行颗粒物浓度测试，并通过故障代码通知使用者所述第一激光发生器组件2的状态，以使得使用者可以及时维修；通过上述过程可以看出，本发明的颗粒物浓度传感器可以提高其自身的检测精度，而且还能够提高其使用寿命。

实施例2

本实施例提供了一种颗粒物浓度检测方法，其采用上述的颗粒物浓度传感器，包括以下步骤：

S10、当所述颗粒物浓度传感器第一次工作时，执行步骤S20，否则执行步骤S30；

S20、对所述颗粒物浓度传感器的第一激光发生器组件和第二激光发生器组件进行标定；

S30、以第一激光发生器组件为主激光发生器，以第二激光发生器组件为参考激光发生器对气体中的颗粒物进行检测；以所述主激光发生器检测的结果作为最终的颗粒物浓度数据。

本实施例中，所述步骤S20具体为：

S201、开启所述颗粒物浓度传感器，使第一激光发生器组件工作，通过所述第一激光发生器组件发射的第一激光束进行颗粒物浓度检测，得到第一颗粒物浓度D1，此时所述第二激光发生器不工作；

S202、关闭第一激光发生器组件，使第二激光发生器组件工作，通过第二激光发生器组件发射的第二激光束进行颗粒物浓度检测，得到第二颗粒物浓度D2；

S203、根据所述第一颗粒物浓度和第二颗粒物浓度，得到第一激光发生器组件和第二激光发生器组件测试结果的比例系数k＝D1/D2，并保存。通过所述比例系数可以统一所述第一激光发生器组件和第二激光发生器组件的测量数据，即如果以第一激光发生器组件所测得的结果D1为准，当采用所述第二激光发生器组件为主激光器时，其最终结果为K×D2。

所述颗粒物浓度检测方法还包括：

S40、当所述第一激光发生器组件工作一段时间或者使用一定次数以后，开启所述第二激光发生器组件，所述第一激光发生器组件和第二激光发生器组件先后对通过所述空气流通通道内的气体中的颗粒物含量进行检测；所述一段时间可以为1小时，所述一定次数可以为5000次；

S50、根据S203所确定的比例系数k，比较通过第一激光发生器组件所检测的第一颗粒物浓度D1和通过第二激光发生器组件检测的第二颗粒物浓度D2；根据所述第二颗粒物浓度D2得到第二颗粒物浓度当量D2′＝K×D2；

S60、当所述第一颗粒物浓度D1和第二颗粒物浓度当量D2′的差值的绝对值小于等于阈值时，将所述第一颗粒物浓度作为检测结果；所述阈值可以为D1/10。

S70、当所述第一颗粒物浓度D1和第二颗粒物浓度当量D2′的差值的绝对值大于阈值时，重新确定第一激光发生器组件和第二激光发生器组件之间的比例系数k′＝D1/D2′，同时变更第二激光发生器组件为主激光发生器，并变更第一激光发生器组件为参考激光发生器；同时通过故障代码标记所述颗粒物浓度传感器的工作状态为第二激光发生器组件的工作状态；此时所述颗粒物浓度传感器所输出的检测结果为D2′。

本实施例中，所述颗粒物浓度检测方法还包括：

S80、当所述第二激光发生器组件工作一段时间或者使用一定次数以后，开启所述第一激光发生器组件，所述第二激光发生器组件和第一激光发生器组件先后对通过所述空气流通通道内的气体中的颗粒物含量进行检测；所述一段时间可以为1小时，所述一定次数可以为5000次；

S90、根据S70所确定的比例系数k′，比较通过第一激光发生器组件所检测的第一颗粒物浓度D1和通过第二激光发生器组件检测的第二颗粒物浓度D2；根据所述第一颗粒物浓度D1得到第一颗粒物浓度当量D1′＝D1/k′；

S91、当所述第一颗粒物浓度当量D1′和第二颗粒物浓度当量D2′的差值的绝对值小于等于阈值时，将所述第二颗粒物浓度当量作为检测结果；所述阈值可以为D1/10。

S92、当所述第一颗粒物浓度当量D1′和第二颗粒物浓度当量D2′的差值的绝对值大于阈值时，通过代码标记所述颗粒物浓度传感器工作状态为激光发生器组件异常。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种颗粒物浓度检测方法，其采用颗粒物浓度传感器实现，所述颗粒物浓度传感器包括：壳体、第一激光发生器组件、第二激光发生器组件、电路板、挡板和感光元件；所述电路板水平设置于所述壳体内；所述第一激光发生器组件和第二激光发生器组件固定于所述电路板上，且所述第一激光发生器组件所发射的第一激光束和第二激光发生器组件所发射的第二激光束在空中相交，且所述第一激光束和第二激光束所在的平面与所述感光元件所在的平面平行，所述第一激光束和第二激光束的交点的投影位于所述感光元件范围内；所述挡板固定于所述壳体上，且所述电路板、第一激光发生器组件、第二激光发生器组件和挡板之间形成有空气流通通道；所述感光元件固定于所述电路板上，且所述感光元件位于所述空气流通通道的下侧；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S10、当所述颗粒物浓度传感器第一次工作时，执行S20，否则执行S30；

S20、对所述颗粒物浓度传感器的第一激光发生器组件和第二激光发生器组件进行标定；

S30、以第一激光发生器组件为主激光发生器，以第二激光发生器组件为参考激光发生器对气体中的颗粒物进行检测；以所述主激光发生器检测的结果作为最终的颗粒物浓度数据；

其中，所述S20具体为：

S201、开启所述颗粒物浓度传感器，使第一激光发生器组件工作，通过所述第一激光发生器组件发射的第一激光束进行颗粒物浓度检测，得到第一颗粒物浓度D1，此时所述第二激光发生器组件不工作；

S202、关闭第一激光发生器组件，使第二激光发生器组件工作，通过第二激光发生器组件发射的第二激光束进行颗粒物浓度检测，得到第二颗粒物浓度D2；

S203、根据所述第一颗粒物浓度D1和第二颗粒物浓度D2，得到第一激光发生器组件和第二激光发生器组件测试结果的比例系数k，k=D1/D2，并保存。

2.根据权利要求1所述的颗粒物浓度检测方法，其特征在于，还包括：

S40、当所述第一激光发生器组件工作一段时间或者使用一定次数以后，开启所述第二激光发生器组件，所述第一激光发生器组件和第二激光发生器组件先后对通过所述空气流通通道内的气体中的颗粒物含量进行检测，分别获得第一颗粒物浓度D1和第二颗粒物浓度D2；

S50、根据S203所确定的比例系数k，以及S40所获得的第二颗粒物浓度D2，得到第二颗粒物浓度当量D2′，D2′=k×D2；

S60、当S40获得的第一颗粒物浓度D1和S50得到的第二颗粒物浓度当量D2′的差值的绝对值小于等于阈值时，将第一颗粒物浓度D1作为检测结果；

S70、当S40获得的第一颗粒物浓度D1和S50得到的第二颗粒物浓度当量D2′的差值的绝对值大于阈值时，重新确定第一激光发生器组件和第二激光发生器组件之间的比例系数k′，k′＝D1/D2′，同时变更第二激光发生器组件为主激光发生器，并变更第一激光发生器组件为参考激光发生器；同时通过故障代码标记所述颗粒物浓度传感器的工作状态为第二激光发生器组件工作状态。

3.根据权利要求2所述的颗粒物浓度检测方法，其特征在于，还包括：

S80、当所述第二激光发生器组件工作一段时间或者使用一定次数以后，开启所述第一激光发生器组件，所述第二激光发生器组件和第一激光发生器组件先后对通过所述空气流通通道内的气体中的颗粒物含量进行检测，分别获得第二颗粒物浓度D2和第一颗粒物浓度D1；

S90、根据S70所确定的比例系数k′，以及S80获得的第一颗粒物浓度D1，得到第一颗粒物浓度当量D1′，D1′＝D1/k′；

S91、当所述第一颗粒物浓度当量D1′和利用S80获得的第二颗粒物浓度D2计算得到的第二颗粒物浓度当量D2′的差值的绝对值小于等于阈值时，将第二颗粒物浓度当量D2′作为检测结果；

S92、当所述第一颗粒物浓度当量D1′和利用S80获得的第二颗粒物浓度D2计算得到的第二颗粒物浓度当量D2′的差值的绝对值大于阈值时，通过代码标记所述颗粒物浓度传感器工作状态为激光发生器组件异常。