CN106885761A - 一种烟羽排放检测激光雷达系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟羽排放检测激光雷达系统，包括箱体、激光器、光接收机和步进电机，安装槽内设置有若干激光器，所述激光器之间通过安装柱相互固定并固定于安装槽底壁上，所述排放孔的侧壁上固定有光接收机，所述光接收机通过电缆与计算机相连；所述排放孔远离凹槽一端活动设置有盖板。本发明通过激光与光接收机组成的激光雷达系统来对烟囱排出的烟羽进行检测，可以同时完成多组测量，然后对其取平均值，能够在减小测量误差的同时节约测量时间，并且利用不同颗粒物对不同波长光的吸收率不一样，从而能够推算出烟羽内的颗粒物种类，十分有效，本发明通过智能控制，减轻了人工劳动力，而且操作简单。

Description

一种烟羽排放检测激光雷达系统

技术领域

本发明涉及烟羽检测技术领域，具体为一种烟羽排放检测激光雷达系统。

背景技术

烟羽就是指从工厂烟囱中连续排放出来的烟体，因为外形呈羽毛状，从而得名，因为烟羽为排放气体，所以烟羽中会含有不同大小的颗粒状污染物，所以我们需要对工厂烟囱中排除的烟羽进行排放前的检测。

对于烟羽的检测，主要是对其浓度和颗粒物物质种类的检测，目前直接测量方法主要有人眼观测和数字摄像方法：人眼观测随机性大，这种方法缺点显而易见，肉眼观测主观误差不可避免；数字摄像方法，这种方法通过比较烟羽穿过前后的摄像图片的光强变化来判断不透光度，但这种方法对实际光辐射传输过程，尤其是颗粒物散射消光过程作了过多简化，影响了结果可靠性。

现有技术中公开了公开号为CN201510145580.8的中国发明专利“无组织排放颗粒物烟羽不透光度的激光测量方法和装置”，其通过烟羽对激光的透光度来进行烟羽的浓度测量计算，但是该发明存在以下几点较为明显的缺陷：1、通过此种方法对烟羽进行测量，需要重复测量多次才可以尽可能的减少误差，但是重复测量会导致时间的浪费；2、通过单一的激光器射出的激光对烟羽进行透光度检测，无法很好的对烟羽内部颗粒物的物质种类进行测量，使得检测不全面；3、使用该装置对烟羽进行检测，如果烟羽检测不符合排放标准，其无法很好的控制烟羽的排放。

发明内容

本发明的目的在于提供一种烟羽排放检测激光雷达系统，以解决上述背景技术中提出的问题。所述烟羽排放检测激光雷达系统通过激光与光接收机组成的激光雷达系统来对烟囱排出的烟羽进行检测，可以同时完成多组测量，然后对其取平均值，能够在减小测量误差的同时节约测量时间，并且利用不同颗粒物对不同波长光的吸收率不一样，从而能够推算出烟羽内的颗粒物种类，十分有效，本发明通过智能控制，减轻了人工劳动力，而且操作简单。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种烟羽排放检测激光雷达系统，包括箱体、激光器、光接收机和步进电机，所述箱体开设有与烟囱插接配合的凹槽，所述箱体在凹槽远离烟囱一侧贯通开设有排放孔；

所述排放孔一侧开设有安装槽，所述安装槽内设置有若干激光器，所述激光器之间通过安装柱相互固定并固定于安装槽底壁上，所述安装槽靠近排放孔一端固定有透光板；

所述排放孔的侧壁上固定有光接收机，所述光接收机与激光器呈对应设置，所述光接收机通过电缆与计算机相连；

所述排放孔远离凹槽一端活动设置有盖板，所述箱体外壁在盖板一侧固定有固定柱，所述固定柱靠近盖板一侧侧壁上固定有步进电机，所述步进电机的输出轴通过链条与盖板固定连接；

所述固定柱上还设置有集成电路板，所述集成电路板上设置有单片机以及与单片机I/O引脚连接的WIFI接收器，所述单片机与步进电机电性连接，所述WIFI接收器与计算机通过无线信号连接。

优选的，所述箱体内还开设有辅助排气孔，所述辅助排气孔一端与排放孔相通且另一端连接有通气阀。

优选的，所述盖板与箱体外壁活动连接的表面设置有密封层。

优选的，所述透光板为平面玻璃。

优选的，所述激光器设置有不少于两组，且激光器均处于同一竖直平面内，所述激光器出射光线与透光板呈垂直设置。

优选的，每个所述激光器的出射光线颜色均不相同。

优选的，所述盖板四周设置有挡板，所述挡板固定于箱体外侧壁上，且所述挡板靠近盖板一侧侧壁与盖板活动连接，挡板中贯通开设有调节孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过激光与光接收机组成的激光雷达系统来对烟囱排出的烟羽进行检测，在箱体内垂直的设置多组激光器，激光器发出光照穿过烟羽区并且到达光接收机，在没有烟羽的时候先进行一次光照强度测定，然后通入烟羽之后，对烟羽遮挡完的光照强度进行测量，通过光强的减弱率，从而计算得到烟羽的透光度，然后得到烟羽的颗粒物浓度。

本发明中激光器设置有多组，可以同时完成多组测量，然后对其取平均值，能够在减小测量误差的同时节约测量时间，并且每个激光器发出的单一光束均为颜色不同的可见光，利用不同颗粒物对不同波长光的吸收率不一样，再通过每个对应的光接收机内测得的光照强度，从而能够推算出烟羽内的颗粒物种类，十分有效。

本发明中的激光雷达系统通过光接收机与计算机的连接，使得测量数据能够实时的传输到计算机中，然后通过计算机程序的计算来判断烟羽浓度是否符合排放标准，如果达到排放标准，通过计算机来控制单片机实现步进电机的运动，从而将盖板拉起，将排放孔打开，完成烟羽的排放，如果没达到排放标准，计算机就不会将盖板打开，防止不符合规定的烟羽气体排放到大气中，通过智能控制，减轻了人工劳动力，而且操作简单。

附图说明

图1为本发明的结构剖视图；

图2为本发明的俯视半剖图；

图3为本发明的一个实施例中的单片机电路连接图；

图4为本发明的系统流程框图。

图中：1箱体、2凹槽、21烟囱、3排放孔、4安装槽、5激光器、6安装柱、7透光板、8光接收机、9盖板、10固定柱、11步进电机、12链条、13集成电路板、14辅助排气孔、15通气阀、16挡板、17调节孔。

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，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：

一种烟羽排放检测激光雷达系统，包括箱体1、激光器5、光接收机8和步进电机11，箱体1开设有与烟囱21插接配合的凹槽2，凹槽2套接在烟囱21上，使烟囱21中排放出的烟羽直接进入到箱体1内，不会发生泄漏，箱体1在凹槽2远离烟囱21一侧贯通开设有排放孔3，排放孔3的宽度小于凹槽2的宽度，就相当于在排放孔3处形成了一个凸台，正好与烟囱21配合，烟羽从烟囱21排放出来后，进入到排放孔3内，排放孔3不光起到排放烟羽的作用，而且还相当于激光检测烟羽的发生器。

排放孔3一侧开设有安装槽4，安装槽4从排放孔3侧壁上开设，安装槽4内设置有若干激光器5，激光器5就安装在安装槽4内，激光器5用来发射激光束，对排放孔3的烟羽进行检查，激光器5设置有不少于两组，多组设置可以同时对烟羽进行检测，节约时间，并且取其测量平均值，提高检测准确度。

激光器5均处于同一竖直平面内，使得激光器5的安装结构更加紧凑，也就使得安装槽4的设置更加简单，激光器5出射光线与透光板7呈垂直设置，这种设置就可以很好的防止激光束在照射到透光板7上之后发射反射现象，很好的减少光照损耗。

激光器5之间通过安装柱6相互固定并固定于安装槽4底壁上，使激光器5不会发生相对移动，测量更加简便准确，每个激光器5的出射光线颜色均不相同，利用不同颗粒物对不同波长光的吸收率不一样，再通过每个对应的光接收机内测得的光照强度，从而能够推算出烟羽内的颗粒物种类，非常有效，安装槽4靠近排放孔3一端固定有透光板7，透光板7为平面玻璃，透光板7选用平面玻璃，可以防止激光束发生其它光学现象，例如使用凹面镜时会使光束汇聚，造成无法检测烟羽情况发生。

排放孔3的侧壁上固定有光接收机8，光接收机8与激光器5呈对应设置，光接收机8的组成部分光探测器就是用来接收激光器5发出的激光束，当光探测器的光接收面与激光器5的激光束相互对应之后，就可以保证激光器5射出的激光束能够很好的被光接收机8接收，光接收机8通过电缆与计算机相连，使得计算机可以实时的接收到来自光接收机8的检测数据，然后计算机通过透光强度有关程序进行烟羽浓度的计算，从而得到烟羽的浓度。

排放孔3远离凹槽2一端活动设置有盖板9，盖板9用来堵住排放孔3，盖板9与箱体1外壁活动连接的表面设置有密封层，可以在盖板9发挥堵塞作用时更好的密封排放孔3，防止烟羽发生泄漏，箱体1外壁在盖板9一侧固定有固定柱10，固定柱10靠近盖板9一侧侧壁上固定有步进电机11，步进电机11用来配合盖板9的打开与关闭，可以通过步进电机11输出轴上套设的链条12与盖板9之间的固定连接实现，当步进电机11运动，带动链条12绕着输出轴卷动，从而拉住盖板9完成盖板9的上升运动，然后打开排放孔3实现排放功能。

盖板9四周设置有挡板16，挡板16用来配合盖板9使用，挡板16固定于箱体1外侧壁上，且挡板16靠近盖板9一侧侧壁与盖板9活动连接，挡板16中贯通开设有调节孔17，当盖板9被链条12拉升起来后，随着盖板9的上升，慢慢的一个一个的打开调节孔17与排放孔3的连通，实现分级调控排放孔3向外排放烟羽的排放速率，非常方便。

固定柱10上还设置有集成电路板13，集成电路板13焊接在固定柱10上，集成电路板13上设置有单片机以及与单片机I/O引脚连接的WIFI接收器，单片机选用AT89C51型号，单片机的任一一个I/O引脚均可以实现与WIFI接收器的连接，单片机与步进电机11电性连接，单片机的输出信号用来驱动步进电机11的运动，步进电机11选用42BYG型混合式步进电机，在AT89C51型单片机与步进电机11之间通过高耐压、大电流复合晶体管IC-ULN2003来进行连接，AT89C51单片机的P2.4引脚、P2.5引脚、P2.6引脚和P2.7引脚分别连接于ULN2003的1B引脚、2B引脚、3B引脚和4B引脚，此时ULN2003的1C引脚、2C引脚、3C引脚和4C引脚分别连接于步进电机11的橙色接口、棕色接口、黄色接口以及黑色接口，从而实现单片机对步进电机11的驱动作用，WIFI接收器与计算机通过无线信号连接，使得计算机在计算并且判断出烟羽是否符合排放标准后，可以通过无线信号发送给与单片机相连的WIFI接收器上，然后对单片机进行控制，也就能够实现计算机对步进电机11的驱动，本领域普通技术人员可以理解为，实现上述方法实施例的全部或者部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。

箱体1内还开设有辅助排气孔14，当烟羽浓度不符合排放标注时，步进电机11也就不会打开盖板，此时应该立即停止烟羽的发生装置，但是此时排放孔3内的烟羽气体无法转移，可以通过辅助排气孔14对齐进行回收处理，辅助排气孔14一端与排放孔3相通且另一端连接有通气阀15，通气阀15可以选用单向阀等多种简单的阀体，当需要回收时，打开通气阀15，使烟羽从通气阀15排除，进行处理。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种烟羽排放检测激光雷达系统，包括箱体(1)、激光器(5)、光接收机(8)和步进电机(11)，其特征在于：所述箱体(1)开设有与烟囱(21)插接配合的凹槽(2)，所述箱体(1)在凹槽(2)远离烟囱(21)一侧贯通开设有排放孔(3)；

所述排放孔(3)一侧开设有安装槽(4)，所述安装槽(4)内设置有若干激光器(5)，所述激光器(5)之间通过安装柱(6)相互固定并固定于安装槽(4)底壁上，所述安装槽(4)靠近排放孔(3)一端固定有透光板(7)；

所述排放孔(3)的侧壁上固定有光接收机(8)，所述光接收机(8)与激光器(5)呈对应设置，所述光接收机(8)通过电缆与计算机相连；

所述排放孔(3)远离凹槽(2)一端活动设置有盖板(9)，所述箱体(1)外壁在盖板(9)一侧固定有固定柱(10)，所述固定柱(10)靠近盖板(9)一侧侧壁上固定有步进电机(11)，所述步进电机(11)的输出轴通过链条(12)与盖板(9)固定连接；

所述固定柱(10)上还设置有集成电路板(13)，所述集成电路板(13)上设置有单片机以及与单片机I/O引脚连接的WIFI接收器，所述单片机与步进电机(11)电性连接，所述WIFI接收器与计算机通过无线信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种烟羽排放检测激光雷达系统，其特征在于：所述箱体(1)内还开设有辅助排气孔(14)，所述辅助排气孔(14)一端与排放孔(3)相通且另一端连接有通气阀(15)。

3.根据权利要求1所述的一种烟羽排放检测激光雷达系统，其特征在于：所述盖板(9)与箱体(1)外壁活动连接的表面设置有密封层。

4.根据权利要求1所述的一种烟羽排放检测激光雷达系统，其特征在于：所述透光板(7)为平面玻璃。

5.根据权利要求1所述的一种烟羽排放检测激光雷达系统，其特征在于：所述激光器(5)设置有不少于两组，且激光器(5)均处于同一竖直平面内，所述激光器(5)出射光线与透光板(7)呈垂直设置。

6.根据权利要求1所述的一种烟羽排放检测激光雷达系统，其特征在于：每个所述激光器(5)的出射光线颜色均不相同。

7.根据权利要求1所述的一种烟羽排放检测激光雷达系统，其特征在于：所述盖板(9)四周设置有挡板(16)，所述挡板(16)固定于箱体(1)外侧壁上，且所述挡板(16)靠近盖板(9)一侧侧壁与盖板(9)活动连接，挡板(16)中贯通开设有调节孔(17)。