CN107560985A - 无风机激光颗粒物的检测装置及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无风机激光颗粒物的检测装置及设备，无风机激光颗粒物的检测装置包括：检测腔、激光透镜组、第一反射消光模组和光敏元件；激光透镜组设置于检测腔的入口，用于向检测腔内发射在检测腔内目标区域聚焦的激光束；第一反射消光模组设置于检测腔的出口，用于将激光束进行消光处理后反射到检测腔的外部，激光束入射到所述第一反射消光模组的入射方向与从第一反射消光模组反射的反射方向之间的夹角大于或者等于90度；光敏元件设置于所述检测腔内，用于测量所述激光束照射到颗粒物上形成的散射光的光强度。达到能够消除杂散光，避免反射的光线对检测产生影响能够保证光敏元件不受外部气流影响，提高颗粒物检测的准确度的技术效果。

Description

无风机激光颗粒物的检测装置及设备

技术领域

本发明涉及空气质量检测技术领域，尤其是涉及一种无风机激光颗粒物的检测装置及设备。

背景技术

颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。颗粒物浓度直接影响着环境空气质量。弹性光散射测量法具有速度快、灵敏度高等特点，是监测气溶胶粒子浓度的主要方法之一。气体中的粒子在光的照射下会发生散射，散射光强度和粒子大小有一个基本规律，就是微粒散射光的强度随微粒的表面积的增加而增大。这样只要测定散射光的强度就可推知粒子的大小。

然而，现有的颗粒物检测方法易受到外部气流干扰。现有的颗粒物传感器大多需要稳定的气流流速，才能保证所检测的空气颗粒物浓度不受气流变化而影响，但是即便是经过稳定转速的风机，其气流流速也会受到外界气流的影响，从而影响检测准确度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无风机激光颗粒物的检测装置及设备，以缓解现有技术中存在的无风机激光颗粒物的检测装置检测准确度低的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种无风机激光颗粒物的检测装置，包括：检测腔、激光透镜组、第一反射消光模组和光敏元件；

所述检测腔内部包含待检测的颗粒物；

所述激光透镜组设置于所述检测腔的入口，用于向所述检测腔内发射在所述检测腔内目标区域聚焦的激光束；

所述第一反射消光模组设置于所述检测腔的出口，用于将所述激光束进行消光处理后反射到所述检测腔的外部，所述激光束入射到所述第一反射消光模组的入射方向与从所述第一反射消光模组反射的反射方向之间的夹角大于或者等于90度；

所述光敏元件设置于所述检测腔内，用于测量所述激光束照射到颗粒物上形成的散射光的光强度，以便于外部设备根据所述光强度确定所述检测腔内颗粒物的浓度。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述光敏元件内检测窗口的法线方向经过所述目标区域。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述光敏元件内检测窗口的法线方向与所述检测腔内激光束的传播方向之间的夹角根据待检测的颗粒物的粒径确定。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述夹角与所述粒径之间为正比例关系。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括：第二反射消光模组；

所述第二反射消光模组与所述第一反射消光模组平行设置，用于将所述激光束进行消光处理后进行反射，所述第二反射消光模组对所述激光束的反射方向与所述激光透镜组发射激光束的方向相同。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述激光透镜组包括透镜模组和多个激光发射器；

多个所述激光发射器分别发射激光，多个所述激光发射器发出的激光构成所述激光束；

所述透镜模组用于对多个所述激光发射器发射的激光进行聚焦，得到聚焦的激光束。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述第一反射消光模组包括多个光阑；

多个所述光阑沿同一平面排列，多个所述光阑内透镜的中心位于同一平面上。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述所述第二反射消光模组与所述第一反射消光模组的结构相同。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述检测腔为密封的不透光腔体。

第二方面，本发明实施例还提供一种无风机激光颗粒物的检测设备，包括：处理器和如前述第一方面所述的无风机激光颗粒物的检测装置；

所述处理器用于根据所述光强度确定所述检测腔内颗粒物的浓度。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例通过将激光透镜组设置于所述检测腔的入口，所述第一反射消光模组设置于所述检测腔的出口，并且激光束入射到所述第一反射消光模组的入射方向与从所述第一反射消光模组反射的反射方向之间的夹角大于或者等于90度，能够将激光透镜组向检测腔内发射的激光束反射到检测腔外部，能够消除杂散光，避免反射的光线对检测产生影响；另外，利用设置于检测腔内的光敏元件测量所述激光束照射到颗粒物上形成的散射光的光强度，能够保证光敏元件不受外部气流影响，提高颗粒物检测的准确度。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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无风机激光颗粒物的检测装置的一种结构图；

图2为本发明实施例提供的无风机激光颗粒物的检测装置中夹角a的示意图；

图3为本发明实施例提供的无风机激光颗粒物的检测装置的另一种结构图；

图4为本发明实施例提供的无风机激光颗粒物的检测设备的结构图。

图标：11-检测腔；12-激光透镜组；13-第一反射消光模组；14-光敏元件；15-激光束；16-第二反射消光模组；17-处理器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

现有的颗粒物检测方法易受到外部气流干扰。现有的颗粒物传感器大多需要稳定的气流流速，才能保证所检测的空气颗粒物浓度不受气流变化而影响，但是即便是经过稳定转速的风机，其气流流速也会受到外界气流的影响，从而影响检测准确度，基于此，本发明实施例提供的一种无风机激光颗粒物的检测装置及设备，可以通过将激光透镜组设置于所述检测腔的入口，所述第一反射消光模组设置于所述检测腔的出口，并且激光束入射到所述第一反射消光模组的入射方向与从所述第一反射消光模组反射的反射方向之间的夹角大于或者等于90度，能够将激光透镜组向检测腔内发射的激光束反射到检测腔外部，能够消除杂散光，避免反射的光线对检测产生影响；另外，利用设置于检测腔内的光敏元件测量所述激光束照射到颗粒物上形成的散射光的光强度，能够保证光敏元件不受外部气流影响，提高颗粒物检测的准确度。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的无风机激光颗粒物的检测装置进行详细介绍，如图1所示，所述无风机激光颗粒物的检测装置包括：检测腔11、激光透镜组12、第一反射消光模组13和光敏元件14。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

另外，图1所示仅为本发明实施例的一种结构示意图，图中激光透镜组12的数量、检测腔11、激光透镜组12、第一反射消光模组13和光敏元件14的详细结构以及各个部件之间的位置、相对关系都不作限定，本领域技术人员可以根据设计或现场需要自由布局各部分位置以及相对关系。

所述检测腔11内部包含待检测的颗粒物。

在本发明实施例中，所述检测腔11为密封的不透光腔体。待检测的颗粒物可以指PM2.5或者PM10等等。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

所述激光透镜组12设置于所述检测腔11的入口，用于向所述检测腔11内发射在所述检测腔11内目标区域聚焦的激光束15。这样，在检测腔11内的目标区域中光强将能够达到预设值，便于进行颗粒物检测；另外，聚焦的激光束15能够减少激光的发散。

在本发明实施例中，所述激光透镜组12包括透镜模组和多个激光发射器。

多个所述激光发射器分别发射激光，多个所述激光发射器发出的激光构成所述激光束15。

所述透镜模组用于对多个所述激光发射器发射的激光进行聚焦，得到聚焦的激光束15，在实际应用中，透镜模组中可以包括多个透镜，通过多个透镜组合排列能够将多束激光聚焦到目标区域内。

所述第一反射消光模组13设置于所述检测腔11的出口，用于将所述激光束15进行消光处理后反射到所述检测腔11的外部，所述激光束15入射到所述第一反射消光模组13的入射方向与从所述第一反射消光模组13反射的反射方向之间的夹角大于或者等于90度。

在本发明实施例中，检测腔11的入口和出口可以位于同一水平面上，这样激光束15在检测腔11内的传播路径即为一条水平直线。

所述第一反射消光模组13包括多个光阑；多个所述光阑沿同一平面排列，多个所述光阑内透镜的中心位于同一平面上。

在实际应用中，可以将多个光阑平铺的设置于同一板状结构上。

所述光敏元件14设置于所述检测腔11内，用于测量所述激光束15照射到颗粒物上形成的散射光的光强度，以便于外部设备根据所述光强度确定所述检测腔11内颗粒物的浓度。

在本发明实施例中，为了保证光敏元件14采集的光强度为目标区域内的光强度，所述光敏元件14内检测窗口的法线方向经过所述目标区域。

根据米氏散射理论，不同粒径的颗粒物散射光在不同角度大小有区分，为此，在本发明实施例中，所述光敏元件14内检测窗口的法线方向与所述检测腔11内激光束15的传播方向之间的夹角(如图2中夹角a)可以根据待检测的颗粒物的粒径确定。

在实际应用中，所述夹角与所述粒径之间为正比例关系，也即：所述粒径越大，所述夹角越大；所述粒径越小，所述夹角越小。

本发明实施例通过将激光透镜组12设置于所述检测腔11的入口，所述第一反射消光模组13设置于所述检测腔11的出口，并且激光束15入射到所述第一反射消光模组13的入射方向与从所述第一反射消光模组13反射的反射方向之间的夹角大于或者等于90度，能够将激光透镜组12向检测腔11内发射的激光束15反射到检测腔11外部，能够消除杂散光，避免反射的光线对检测产生影响；

另外，利用设置于检测腔11内的光敏元件14测量所述激光束15照射到颗粒物上形成的散射光的光强度，能够保证光敏元件14不受外部气流影响，提高颗粒物检测的准确度。

在本发明的又一实施例中，如图3所示，所述无风机激光颗粒物的检测装置中还可以包括：第二反射消光模组16。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

所述第二反射消光模组16与所述第一反射消光模组13平行设置，用于将所述激光束15进行消光处理后进行反射，所述第二反射消光模组16对所述激光束15的反射方向与所述激光透镜组12发射激光束15的方向相同。所述所述第二反射消光模组16与所述第一反射消光模组13的结构相同。

另外，图3所示仅为本公开的一种场景示意图，图中第二反射消光模组16的数量、第二反射消光模组16的详细结构以及与图1中各部件之间的位置、相对关系都不作限定，本领域技术人员可以根据设计或现场需要自由布局各部分位置以及相对关系。

本发明实施例通过设置多级的反射消光模组，能够更好的消除杂散光，提高颗粒物检测的准确度。

在本发明的又一实施例中，如图4所示，本发明实施例还提供一种无风机激光颗粒物的检测设备，包括：处理器17和如前述实施例所述的无风机激光颗粒物的检测装置；

所述处理器17用于根据所述光强度确定所述检测腔11内颗粒物的浓度。

另外，图4所示仅为本公开的一种场景示意图，图中处理器17的数量、处理器17的详细结构以及处理器17与无风机激光颗粒物的检测设备二者之间的位置、相对关系都不作限定，本领域技术人员可以根据设计或现场需要自由布局各部分位置以及相对关系。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无风机激光颗粒物的检测装置，其特征在于，包括：检测腔、激光透镜组、第一反射消光模组和光敏元件；

所述检测腔内部包含待检测的颗粒物；

所述激光透镜组设置于所述检测腔的入口，用于向所述检测腔内发射在所述检测腔内目标区域聚焦的激光束；

所述第一反射消光模组设置于所述检测腔的出口，用于将所述激光束进行消光处理后反射到所述检测腔的外部，所述激光束入射到所述第一反射消光模组的入射方向与从所述第一反射消光模组反射的反射方向之间的夹角大于或者等于90度；

所述光敏元件设置于所述检测腔内，用于测量所述激光束照射到颗粒物上形成的散射光的光强度，以便于外部设备根据所述光强度确定所述检测腔内颗粒物的浓度。

2.根据权利要求1所述的无风机激光颗粒物的检测装置，其特征在于，所述光敏元件内检测窗口的法线方向经过所述目标区域。

3.根据权利要求2所述的无风机激光颗粒物的检测装置，其特征在于，所述光敏元件内检测窗口的法线方向与所述检测腔内激光束的传播方向之间的夹角根据待检测的颗粒物的粒径确定。

4.根据权利要求3所述的无风机激光颗粒物的检测装置，其特征在于，所述夹角与所述粒径之间为正比例关系。

5.根据权利要求4所述的无风机激光颗粒物的检测装置，其特征在于，还包括：第二反射消光模组；

所述第二反射消光模组与所述第一反射消光模组平行设置，用于将所述激光束进行消光处理后进行反射，所述第二反射消光模组对所述激光束的反射方向与所述激光透镜组发射激光束的方向相同。

6.根据权利要求5所述的无风机激光颗粒物的检测装置，其特征在于，所述激光透镜组包括透镜模组和多个激光发射器；

多个所述激光发射器分别发射激光，多个所述激光发射器发出的激光构成所述激光束；

所述透镜模组用于对多个所述激光发射器发射的激光进行聚焦，得到聚焦的激光束。

7.根据权利要求6所述的无风机激光颗粒物的检测装置，其特征在于，所述第一反射消光模组包括多个光阑；

多个所述光阑沿同一平面排列，多个所述光阑内透镜的中心位于同一平面上。

8.根据权利要求7所述的无风机激光颗粒物的检测装置，其特征在于，所述所述第二反射消光模组与所述第一反射消光模组的结构相同。

9.根据权利要求8所述的无风机激光颗粒物的检测装置，其特征在于，所述检测腔为密封的不透光腔体。

10.一种无风机激光颗粒物的检测设备，其特征在于，包括：处理器和如所述权利要求1-9任一所述的无风机激光颗粒物的检测装置；

所述处理器用于根据所述光强度确定所述检测腔内颗粒物的浓度。