CN105891115A - 一种基于ZigBee的烟气成分监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于ZigBee无线传输的烟气成分浓度监测装置及方法。基于ZigBee无线传输的烟气成分浓度监测装置包括：激光器、第一耦合器、待测气室、第一光电探测器、参考气室、第二光电探测器、第二耦合器、放大电路、A/D转换电路、ZigBee传输模块、ZigBee协调器、信号处理及显示单元。本发明利用激光光源差分吸收的原理，结合烟气中成分的标准数据，对比分析待测烟气的成分浓度，通过无线传输系统进行传输，这样就可以远离烟气排放物，以便减小对人体的危害，提高了监测效率。

Description

一种基于ZigBee的烟气成分监测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于ZigBee的烟气成分监测装置及方法，主要应用于雷达、信号处理及通信系统等技术领域。

背景技术

近年来，我国大部分城市地区雾霾天气加重，特别是冬季，雾霾频发。面对越来越严重的雾霾天气，各主要国家都开始了大力度的治理工作。造成雾霾的主要来源包括自然源和人为源两种，对自然源人类的影响能力十分有限，而人为源却是能够改善的。人为源主要是煤油气等燃料和生物质的燃烧和各类交通工具在运行过程中排放的尾气，因此对雾霾的治理主要是加大对烟气排放的测报力度、控制煤烟等产生的烟尘和减少机动车尾气排放。我国环保部门的数据显示，燃煤锅炉等行业大气污染物的排放量很大，在排放物中二氧化硫(SO2)成为最主要的气态污染物，这些污染物是造成雾霾等天气现象的主要原因。因此，准确监测和控制烟气排放物是非常有必要的，这些措施比较容易实现的措施，可以使我们在一定的范围内获得良好生活、工作环境。在排放的烟气中含有大量的二氧化硫，由于排放物的种类、颗粒大小等不均匀性，造成烟气流量变化大，这样就给监测烟气浓度带来一定的困难，准确监测烟气成分浓度是目前迫切需要解决的技术难题。为了有效的监测烟气等有害气体的排放量，研究人员做了大量的理论和实验研究，取得了一定的效果。但是目前烟气等有害气体的监测系统都比较复杂。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于ZigBee的烟气成分监测装置及方法，不仅能够准确获得烟气成分浓度信息，能够利用无线传输系统进行传输减小危害性能，而且结构比较简单，易于实现。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于ZigBee的烟气成分监测装置，包括：包括：激光器、第一耦合器、待测气室、第一光电探测器、参考气室、第二光电探测器、第二耦合器、放大电路、A/D转换电路、ZigBee传输模块、ZigBee协调器、信号处理及显示单元，其中

激光器发出的激光通过第一耦合器分成2束激光信号，第一束激光信号注入到待测气室，从待测气室输出的激光信号经第一光电探测器转换为待测电信号，该待测电信号进入到第二耦合器的输入端，第二束激光信号进入多个参考气室，第二束激光信号通过上述参考气室后进入第二光电探测器，经第二光电探测器转换成参考电信号后进入第二耦合器的另一输入端，上述待测电信号和上述参考电信号在耦合器中进行混合获得混合信号，混合信号从耦合器的输出端输出，该混合信号再经放大电路放大，放大的信号经A/D转换电路转换成数字信号，该数字信号经ZigBee传输模块进行无线传输，由ZigBee协调器接收上述数字信号，接收到的信号经信号处理及显示单元进行比较处理并显示烟气的成分浓度信息。

进一步，其中上述参考气室可以是CO参考气室、SO2参考气室、NO参考气室、NO2参考气室中的一个或多个。

进一步，其中上述多个参考气室利用光电开关转换器进行依次比对，获得待测烟气的成分浓度。

进一步，其中所述激光器(100)为红外激光器。

进一步，其中所述第一光电探测器和第二光电探测器是平衡探测器。

为达上述目的，本发明另提出一种基于ZigBee无线传输的烟气成分浓度监测方法，包括下列步骤：

将激光器发出的激光通过第一耦合器分成第一束激光信号和第二束激光信号；

将第一束激光信号依次通过待测气室、第一光电探测器后得到待测电信号；

将第二束激光信号依次通过参考气室、第二光电探测器后得到参考电信号；

上述待测电信号和上述参考电信号分别输入至第二耦合器的输入端；

将上述第二耦合器的输出的信号输入依次通过放大电路、A/D转换电路，并通过ZigBee传输模块向外传输；

ZigBee协调器接收上述ZigBee传输模块发出的信号，并通过信号处理及显示单元进行比较处理并显示，得烟气的成分浓度信息。

本发明的有益效果是：本发明利用激光光源差分吸收的原理及技术测量烟气，监测系统结构简单、结果精确度高，仪器稳定性好。烟气排入大气之前，使用该烟气检测系统对烟气进行检测能够有效地控制并较少空气污染。

附图说明

图1本发明实施例一的结构示意图。

图2是本发明实施例中的放大电路的具体电路图。

图3是获得的NO2浓度示意图。

图4是获得的CO浓度示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

激光器(100)发出的激光通过耦合器101分成2束激光信号，一束激光信号注入到待测气室102，从待测气室102输出的激光信号经光电探测器103转换为待测电信号，该待测电信号进入到耦合器104的输入端，激光信号进入多个参考气室，激光信号通过上述参考气室后进入光电探测器110，经光电探测器110转换成参考电信号后进入耦合器104的另一输入端，上述待测电信号和上述参考电信号在耦合器中进行混合获得混合信号，混合信号从耦合器的输出端输出，该混合信号再经放大电路111放大，放大的信号经A/D转换电路112转换成数字信号，该数字信号经ZigBee传输模块113进行无线传输，由ZigBee协调器114接收上述数字信号，接收到的信号经信号处理及显示单元115进行比较处理并显示烟气的成分浓度信息。获得的NO2的浓度曲线如图3所示，从图3中可以看出待测烟气含有大量的NO2，若直接排入到大气中将会造成空气的严重污染，甚至出现雾霾和酸雨等天气，必须对烟气进行脱硫。如前面理论分析一样，烟气中NO2的浓度不是处于稳定状态，而是具有一定的波动。获得的CO的浓度曲线如图4所示，从图4中可以看出待测烟气含有少量的CO，烟气中CO的浓度不是处于稳定状态，而是具有一定的波动。

放大电路111的具体原理图如图2。如图2所示，放大电路111包括电阻R1(50欧姆)、R2(25欧姆)、R3(2K欧姆滑动变阻器)、R4(1K欧姆)和R5(50欧姆)、电容C1(0.1μ^F)、C2(0.1μ^F)，放大器芯片采用的是TI公司的VCA810放大芯片，共有8个引脚。CVA810的第1引脚作为被测信号的输入端，CVA810的第1引脚同时通过电阻R1与地线连接；CVA810的第2引脚与地线连接；VA810的第6引脚与+5的电源连接，同时第6引脚通过电容C2与地线连接；CVA810的第7引脚与-5的电源连接，同时第6引脚通过电容C1与地线连接；CVA810的第8引脚通过电阻R2与地线连接；CVA810的第三号引脚连接滑动变阻器R4的滑动端连接，第二个接头与-5V电源连接；CVA810的第4引脚悬空；CVA810的第5引脚通过电阻R5作为放大电路的放大信号输出。

综上所述，本发明利用激光光源差分吸收的原理，结合烟气中成分的标准数据，对比分析待测烟气的成分浓度，通过无线传输系统进行传输，这样就可以远离烟气排放物，以便减小对人体的危害，提高了监测效率。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (6)

1.一种基于ZigBee无线传输的烟气成分浓度监测装置，其特征在于，包括：激光器、第一耦合器、待测气室、第一光电探测器、参考气室、第二光电探测器、第二耦合器、放大电路、A/D转换电路、ZigBee传输模块、ZigBee协调器、信号处理及显示单元，其中

激光器发出的激光通过第一耦合器分成2束激光信号，第一束激光信号注入到待测气室，从待测气室输出的激光信号经第一光电探测器转换为待测电信号，该待测电信号进入到第二耦合器的输入端，第二束激光信号进入多个参考气室，第二束激光信号通过上述参考气室后进入第二光电探测器，经第二光电探测器转换成参考电信号后进入第二耦合器的另一输入端，上述待测电信号和上述参考电信号在耦合器中进行混合获得混合信号，混合信号从耦合器的输出端输出，该混合信号再经放大电路放大，放大的信号经A/D转换电路转换成数字信号，该数字信号经ZigBee传输模块进行无线传输，由ZigBee协调器接收上述数字信号，接收到的信号经信号处理及显示单元进行比较处理并显示烟气的成分浓度信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee无线传输的烟气成分浓度监测装置，其特征在于，上述参考气室可以是CO参考气室、SO2参考气室、NO参考气室、NO2参考气室中的一个或多个。

3.根据权利要求2所述的一种基于ZigBee无线传输的烟气成分浓度监测装置，其特征在于，上述多个参考气室利用光电开关转换器进行依次比对，获得待测烟气的成分浓度。

4.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee无线传输的烟气成分浓度监测装置，其特征在于，所述激光器为红外激光器。

5.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee无线传输的烟气成分浓度监测装置，其特征在于，所述第一光电探测器和第二光电探测器是平衡探测器。

6.权利要求1所述的基于ZigBee无线传输的烟气成分浓度监测装置的烟气成分浓度监测方法，其特征在于，包括下列步骤：

将激光器发出的激光通过第一耦合器分成第一束激光信号和第二束激光信号；

将第一束激光信号依次通过待测气室、第一光电探测器后得到待测电信号；

将第二束激光信号依次通过参考气室、第二光电探测器后得到参考电信号；

上述待测电信号和上述参考电信号分别输入至第二耦合器的输入端；

将上述第二耦合器的输出的信号输入依次通过放大电路、A/D转换电路，并通过ZigBee传输模块向外传输；

ZigBee协调器接收上述ZigBee传输模块发出的信号，并通过信号处理及显示单元进行比较处理并显示，得烟气的成分浓度信息。