CN106680165A - 一种便携式颗粒物浓度监测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式颗粒物浓度监测仪，包括用于在接触或感应到颗粒物后将颗粒物所带的电荷量转换为自身的携电量并输出对应电信号的检测探头，与检测探头连接的信号处理装置，用于根据微电荷法计算电信号对应的浓度监测结果，与信号处理装置连接的显示装置，用于显示浓度监测结果，以及用于供电的电池。可见，本监测仪可以实现在线测量，各个部件采用的供电电源为电池，因此可以摆脱采用市电作为供电电源所带来的问题，无需使用电缆，具有重量轻，便携性好，使用方便的优点。另外本监测仪采用微电荷法原理进行测量，测量速度快，不易受工况和颗粒物密度和粒径的影响，使得测量结果准确性较高，且几乎免维护。

Description

一种便携式颗粒物浓度监测仪

技术领域

本发明涉及颗粒物浓度检测领域，特别是涉及一种便携式颗粒物浓度监测仪。

背景技术

随着人们对于环境的重视程度，颗粒物浓度的检测技术也越来越受到重视。现有技术中，主要通过光学测量法或滤膜测量法的检测设备进线颗粒物浓度的计算。

光学测量法使用一个发光源发出一定强度的光，在一定距离内有一个光强感应器，颗粒物浓度高时对光的遮挡作用强，感应器接受到的光强度弱，即可间接测量颗粒物浓度。光学测量法的缺点是反应慢，高浓度或低浓度测量时会受工况变化及颗粒物密度、粒径影响，造成测量结果产生偏差，系统无法随工况变化及粉尘变化进行及时的校准和修正。同时光学测量法无法区分颗粒物和水滴)而造成系统测量的偏差，且需要定期校零，清洁，更换镜片及光源，维护繁琐。

滤膜测量法是将带颗粒物的气体流通过一个滤膜，滤膜会使气体通过，同时使颗粒物留在滤膜上。通过测量滤膜在一定时间内滤膜的重量变化即可测得颗粒物浓度。滤膜测量法由于需要一定时间的积累才能使得滤膜上存留颗粒物，如果时间过短，则检测精度低，并且颗粒物浓度有可能是实时变化的，因此滤膜测量法只能计算出一段时间内的颗粒物的平均浓度，因此该方法的实时性也较差。

为了更准确的检测出颗粒物的浓度，因此需要监测仪具备在线测量的特点，而且考虑到监测仪所检测的场所通常比较恶劣，地点也不是固定的，需要有较好的便携性。由此可见，无论是光学测量法还是滤膜测量法都无法同时达到在线测量和便携的目的，该问题是当前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式颗粒物浓度监测仪，用于在进行颗粒物的浓度监测时，实现在线测量和便携的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供一种便携式颗粒物浓度监测仪，包括用于在接触或感应到颗粒物后将颗粒物所带的电荷量转换为自身的携电量并输出对应电信号的检测探头，与所述检测探头连接的信号处理装置，用于根据微电荷法计算所述电信号对应的浓度监测结果，与所述信号处理装置连接的显示装置，用于显示所述浓度监测结果，以及用于供电的电池。

优选地，所述电信号为所述电流信号，所述信号处理装置包括与所述检测探头连接的信号调理模块，用于将电流信号进行模数转换，与所述信号调理模块连接的主控芯片，用于根据微电荷法计算所述电流信号对应的浓度监测结果。

优选地，所述主控芯片为FPGA芯片。

优选地，所述检测探头的输出信号还包括通信协议，则相应的还包括调制解调器，所述调制解调器对接收到的所述通信协议进行解调，并将所述电信号输出至所述信号处理装置。

优选地，所述显示装置包括显示屏和外设接口。

优选地，所述外设接口包括USB接口、VGA接口、以太网接口和/或扩展坞接口。

优选地，还包括与所述显示装置连接的打印机。

优选地，还包括与所述显示装置连接的定位装置。

优选地，还包括与外部设备进行无线通信的无线通信模块。

优选地，还包括用于对待监测现场进行图像采集的摄像头。

本发明所提供的便携式颗粒物浓度监测仪，通过检测探头将颗粒物的电荷转换为自身的电荷，并输出对应的电信号，然后通过信号处理装置对检测探头输出的电信号进行计算，从而得到对应的浓度监测结果，然后通过显示装置进行显示，由此可见，本监测仪可以实现在线测量，上述各个部件采用的供电电源为电池，因此可以摆脱现有技术中采用市电作为供电电源所带来的问题，无需使用电缆，具有重量轻，便携性好，使用方便的优点。另外本监测仪采用微电荷法原理进行测量，测量速度快，不易受工况和颗粒物密度和粒径的影响，使得测量结果准确性较高，且检测探头不易受水滴的影响，因此进一步提高了测量结果的准确性。最后，检测探头不需要定期校零，清洁，几乎免维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种便携式颗粒物浓度监测仪的结构图；

图2为本发明实施例提供的另一种便携式颗粒物浓度监测仪的结构图；

图3为本发明实施例提供的另一种便携式颗粒物浓度监测仪的结构图；

图4为本发明实施例提供的另一种便携式颗粒物浓度监测仪的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种便携式颗粒物浓度监测仪，用于在进行颗粒物的浓度监测时，实现在线测量和便携的目的。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种便携式颗粒物浓度监测仪的结构图。如图1所示，便携式颗粒物浓度监测仪包括用于在接触或感应到颗粒物后将颗粒物所带的电荷量转换为自身的携电量并输出对应电信号的检测探头10，与检测探头10连接的信号处理装置11，用于根据微电荷法计算电信号对应的浓度监测结果，与信号处理装置11连接的显示装置12，用于显示浓度监测结果，以及用于供电的电池13。

可以理解的是，检测探头10可以为金属探头，具体选用何种类型，需要根据颗粒物的性质决定。在高温、高压，潮湿环境中，检测探头10的材质可以采用陶瓷绝缘体、特氟龙绝缘体等，在腐蚀、磨蚀环境中，检测探头10材质可以采用316不锈钢、哈氏合金、因科镍合金、碳化合金等，在开放性空间，检测探头10可以采用文丘里管式探头。例如检测空气中的颗粒物的浓度，就可以选用不锈钢探头，该探头价格便宜，且耐腐蚀性较高，不容易损坏。本仪器的工作原理为：颗粒物通常带有一定量的静电电荷，当电荷经过检测探头10时，会在检测探头10上产生感应电流，或者当颗粒物撞击到检测探头10上时，一部分电荷会转移到检测探头10上，也会形成微小碰撞电流，该电流强度与颗粒物的浓度成正相关关系。需要说明的是，该正相关关系可以通过预先大量试验得到，例如可以采用人工神经网络算法得到，本实施例不再赘述。需要说明的是，本发明中的检测探头10除了探头外，还包括探头的外围设备，例如DSP处理模块，本实施例不再赘述。

信号处理装置11，用于根据微电荷法计算电信号对应的浓度监测结果，然后将浓度监测结果发送到显示装置12上进行显示。另外，还可以单独设置一个报警提示装置，用于在浓度监测结果超出预设范围时进行报警提示，报警提示装置可以采用指示灯或蜂鸣器，本实施例不再赘述。

本实施例中直接采用电池13进行供电，因此使用场合不再受电源的限制，也无需使用较为笨重的电缆，因此便携性较好。

可以理解的是，电池13的可以选用干电池，或者是蓄电池。作为优选的实施方式，可以选择蓄电池作为供电电源，具体的可以选用锂电池，锂电池具有寿命长，价格适中的优点。另外，需要说明的是，电池13选用何种参数，例如输出电压、输出电流等，需要根据用电装置进行选取，如果用电装置所使用的电参数不一致的话，可以再增加一个电源转换模块进行转换，本实施例不再赘述。

在其它实施例中，便携式颗粒物浓度监测仪还可以包括存储器，用于存储监测结果。虽然本仪器可以实现在线测量，但是有些情况下，不适应工作人员长期现场监测，因此，可以通过存储器将监测结果进行保存，然后离线查阅。

另外，考虑到本仪器使用场合的特殊性，还可以为仪器设置一个外壳，当然，外壳需要预留一个开口，用来放置显示屏或者在显示屏相应的地方采用透明的材料，从而可以正常观看显示屏。需要说明的是，由于本仪器为便携式仪器，因此外壳可以使用镁铝合金，从而减轻重量，便于携带。最后，还可以在外壳的各个缝隙增加防水防尘部件，例如防水胶，防止外部的颗粒物或水气进入仪器内部而影响使用性能。

本实施例提供的便携式颗粒物浓度监测仪，通过检测探头将颗粒物的电荷转换为自身的电荷，并输出对应的电信号，然后通过信号处理装置对检测探头输出的电信号进行计算，从而得到对应的浓度监测结果，然后通过显示装置进行显示，由此可见，本监测仪可以实现在线测量，上述各个部件采用的供电电源为电池，因此可以摆脱现有技术中采用市电作为供电电源所带来的问题，无需使用电缆，具有重量轻，便携性好，使用方便的优点。另外本监测仪采用微电荷法原理进行测量，测量速度快，不易受工况和颗粒物密度和粒径的影响，使得测量结果准确性较高，且检测探头不易受水滴的影响，因此进一步提高了测量结果的准确性。最后，检测探头不需要定期校零，清洁，维护简单。

图2为本发明实施例提供的另一种便携式颗粒物浓度监测仪的结构图。如图2所示，在上述实施例的基础上，作为优选的实施方式，电信号为电流信号，信号处理装置11包括与检测探头10连接的信号调理模块110，用于将电流信号进行模数转换，与信号调理模块110连接的主控芯片111，用于根据微电荷法计算电流信号对应的浓度监测结果。

信号调理模块110对接收到的电流信号进行模数转换，从而将模拟信号转换为数字信号以让主控芯片111能够识别。主控芯片111可以采用单片机等，作为优选的实施方式，主控芯片为FPGA芯片。采用FPGA芯片相对于单片机来说更加稳定可靠。

图3为本发明实施例提供的另一种便携式颗粒物浓度监测仪的结构图。如图3所示，在上述实施例的基础上，作为优选的实施方式，检测探头10的输出信号还包括通信协议，则相应的还包括调制解调器14，调制解调器14对接收到的通信协议进行解调，并将电信号输出至信号处理装置11。

本实施例中，增加了调制解调器14，调制解调器14的作用是实现检测探头10的通信协议的设定，在一种具体实施例中，可以通过人机交互装置设定检测探头10的通信协议，例如可以通过显示装置12设定。人机交互装置向检测探头10发送用于设定检测探头工作方式的数据，这个过程中人机交互装置向调制解调器14发送的是数字信号，调制解调器14经过调制后转换成模拟信号，发送给检测探头10。当检测探头10向人机交互装置发送信息时，检测探头10发送的是模拟信号，经调制解调器14的解调后，变成数字信号，供人机交互装置使用。通常情况下，检测探头10会输出一个4-20mA的电流信号，这个电流信号的基础上叠加一个通信协议，可以理解的是，这个过程中调制解调器14的作用是解调。这个通信协议实际上就是通信协议的调频模拟信号，经过调制解调器14后，调制解调器14将通信协议解调，而将电流信号传输给信号调理模块110。作为优选的实施方式，如果通信协议为HART协议，则调制解调器14为HART调制解调器。

如图3所示，显示装置12包括显示屏120和外设接口121。

可以理解的是，显示装置12可以的显示部件可以是显示屏120，例如直接显示数字的LED显示屏。当然显示部件还可以是多个指示灯，每个指示灯表示一定范围，例如有三个指示灯，分别表示当前浓度监测结果正常、超出范围(但超的范围较小)、报警(超的范围较大)。外设接口121可以包括USB接口、VGA接口、以太网接口和/或扩展坞接口。可以理解的是，这个几个接口可以是其中的任意一个，或任意几个的组合。

图4为本发明实施例提供的另一种便携式颗粒物浓度监测仪的结构图。如图4所示，在上述实施例的基础上，作为优选的实施方式，还包括与显示装置12连接的打印机15。

在具体实施中，为了方便查看，可以将显示装置12连接一个打印机15，从而打印出监测结果。可以理解的是，打印机15可以通过有线与显示装置12连接，也可以通过无线与显示装置12连接，例如可以通过蓝牙与显示装置12无线连接。

在上述实施例的基础上，作为优选的实施方式，还包括与显示装置12连接的定位装置16，如图4所示。

在一些场合下，需要远程定位，例如待监测现场不适宜人员频繁进入，一旦忘记事先放置的位置，则可以通过监测仪上的定位装置16实现位置的锁定。可以理解的是，定位装置16的类型有多种，例如可以是北斗星定位装置或者GPS定位装置。

在上述实施例的基础上，作为优选的实施方式，还包括与外部设备进行无线通信的无线通信模块17。

在一些场合中，为了实现监测结果的远程传输，可以设置无线通信模块17，可以理解的是，无线通信模块17可以是3G通信模块、4G通信模块、蓝牙模块或者WIFI模块。

在上述实施例的基础上，作为优选的实施方式，还包括用于对待监测现场进行图像采集的摄像头18。

为了提高监测的有效性，可以在待监测现场设置摄像头18，使得摄像头18能够采集现场的图像，以便于在后续进行有效性的评估时提供参考依据。

以上对本发明所提供的便携式颗粒物浓度监测仪进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种便携式颗粒物浓度监测仪，其特征在于，包括用于在接触或感应到颗粒物后将颗粒物所带的电荷量转换为自身的携电量并输出对应电信号的检测探头，与所述检测探头连接的信号处理装置，用于根据微电荷法计算所述电信号对应的浓度监测结果，与所述信号处理装置连接的显示装置，用于显示所述浓度监测结果，以及用于供电的电池。

2.根据权利要求1所述的便携式颗粒物浓度监测仪，其特征在于，所述电信号为所述电流信号，所述信号处理装置包括与所述检测探头连接的信号调理模块，用于将电流信号进行模数转换，与所述信号调理模块连接的主控芯片，用于根据微电荷法计算所述电流信号对应的浓度监测结果。

3.根据权利要求1所述的便携式颗粒物浓度监测仪，其特征在于，所述主控芯片为FPGA芯片。

4.根据权利要求1所述的便携式颗粒物浓度监测仪，其特征在于，所述检测探头的输出信号还包括通信协议，则相应的还包括调制解调器，所述调制解调器对接收到的所述通信协议进行解调，并将所述电信号输出至所述信号处理装置。

5.根据权利要求1所述的便携式颗粒物浓度监测仪，其特征在于，所述显示装置包括显示屏和外设接口。

6.根据权利要求5所述的便携式颗粒物浓度监测仪，其特征在于，所述外设接口包括USB接口、VGA接口、以太网接口和/或扩展坞接口。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的便携式颗粒物浓度监测仪，其特征在于，还包括与所述显示装置连接的打印机。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的便携式颗粒物浓度监测仪，其特征在于，还包括与所述显示装置连接的定位装置。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的便携式颗粒物浓度监测仪，其特征在于，还包括与外部设备进行无线通信的无线通信模块。

10.根据权利要求1-6任意一项所述的便携式颗粒物浓度监测仪，其特征在于，还包括用于对待监测现场进行图像采集的摄像头。