CN108693092B - 粉尘浓度检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种粉尘浓度检测装置，设置有检测管，在检测管的进气口和出气口之间设置有风机，其关键在于：所述检测管的内壁上设置有N个摩擦发电单元，所有的摩擦发电单元的输出端连接控制器的电压采集端组，N为正整数。所述风机的扇叶上设置有摩擦发电板和发光二极管，摩擦发电板向发光二极管供电，所述检测管中还设置有光照度传感器，该光照度传感器正对所述发光二极管的旋转轨迹，该光照度传感器的输出端连接所述控制器的光电感应端。有益效果：采用本发明的粉尘浓度检测装置，检测过程简单，便于操作，设备结构简单，制造成本低，检测能耗低，能长时间持续进行检测，不受粉尘颗粒自身荷电性能的影响，数据稳定、准确。
Description
技术领域
本发明涉及环保设备领域，特别是涉及一种粉尘浓度检测装置。
背景技术
随着现代工业和科学技术的迅速发展，粉尘浓度的测量已经显得越来越重要。特定环境中粉尘浓度的测量，在环境保护、消防安全以及工业生产和科学实验领域都有重要的意义。及时有效地对作业场所的粉尘浓度进行监测，才能更好的掌握粉尘浓度状况，进行有效的除尘和降尘，降低作业场所的粉尘浓度，对确保人身安全和提高环境质量发挥极其重要作用。
随着环境质量标准的日趋严格以及对加工工艺要求的日益提高，已有的监测技术不能满足形势发展的需求，人们纷纷探求更为精确、高实时性的粉尘浓度检测方法。
目前测量粉尘浓度的方法大致有三种：1、使用采样器采样，通过称重和计算得出粉尘浓度值；2、通过激光散射得出粉尘浓度；3、在静电感应效应下，检测粉尘带电量，统计出粉尘浓度。
粉尘采样器由于测量的准确度高，在很多国家定为标准粉尘浓度测定仪器。但由于用它测尘需要称重、烘干、采样、在烘干、在称重及计算等一系列繁琐的过程，因此存在不能及时反映现场环境的粉尘污染状况的缺点。
采用激光检测粉尘浓度的设备因为激光设备比较昂贵，所以设备制造成本较高，并且因为激光能耗比较大，不能长时间对粉尘浓度进行监测。
采用静电感应检测粉尘浓度的设备，虽然设备制造成本低，也能长时间持续进行检测。但是，因为受颗粒物自身的荷电性影响较大，数据有可能发生漂移，使测量数据不稳，甚至，如果粉尘的组成成分是电中性的粉尘颗粒，采用静电感应设备根本就得不到检测数据。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种粉尘浓度检测装置，该装置基于摩擦发电技术，颗粒物自身荷电性能对检测不会产生影响，使检测数据稳定。
技术方案如下：
一种粉尘浓度检测装置，设置有检测管，在检测管的进气口和出气口之间设置有风机，其关键在于：所述检测管的内壁上设置有N个摩擦发电单元，所有的摩擦发电单元的输出端连接控制器的电压采集端组，N为正整数。
所述风机的扇叶上设置有摩擦发电板和发光二极管，摩擦发电板向发光二极管供电，所述检测管中还设置有光照度传感器，该光照度传感器正对所述发光二极管的旋转轨迹，该光照度传感器的输出端连接所述控制器的光电感应端。
采用上述结构，当含有粉尘颗粒的空气进入检测管内后，粉尘颗粒会与摩擦发电单元发生摩擦，从而使摩擦发电单元带电。而摩擦发电单元的电压较高，控制器可以通过测量电路得到摩擦发电单元的电压信息。
同样，粉尘与扇叶上的摩擦发电板发生摩擦后，摩擦发电板也会产生电流，产生的电流能使发光二极管工作，通过光照度传感器检测发光二极管的亮度，就能得出产生的电流的电压大小。
因为摩擦发电单元和摩擦发电板的电压与粉尘浓度具有对应关系，所以控制器能通过电压信息就可推导出粉尘的浓度数据。因为是通过摩擦产生的电荷，所以粉尘颗粒自身的荷电性能对发电没有影响，确保了数据的稳定性。
更进一步的，所有所述摩擦发电单元均设置在所述风机与进气口之间，且围绕所述检测管的中轴线呈圆周分布，所述电压采集端组设置有N个电压采集端，每个电压采集端连接一个摩擦发电单元的输出端。
因为空气中的粉尘颗粒并不是同一种，每种粉尘颗粒自身的重力不同，所以，不同种类的粉尘颗粒在检测管中会处于不同的气平高度。因为摩擦发电模块在检测管中呈圆周分布，所以，不同的气平高度会对应不同的摩擦发电模块的，通过检测不同气平高度的摩擦发电模块的电压，就能得到不同种类的粉尘颗粒浓度。
更进一步的，所述摩擦发电单元设置发电单元和电压测量电路，该发电单元设置设置绝缘基底，该绝缘基底贴附在所述检测管的内壁面上，所述绝缘基底上设置有至少一组发电组，该发电组设置感应金属片、第一单向二极管和第二单向二极管，该感应金属片平铺在所述绝缘基底上，并且，所述感应金属片的顶面覆盖一层摩擦发电薄膜。
所述感应金属片的顶面和底面分别与第一单向二极管的正极和第二单向二极管的负极连接，第一单向二极管的负极和第二单向二极管的正极分别与所述测量电路的正极和负极连接。
采用上述结构，粉尘颗粒与摩擦发电薄膜产生摩擦后，摩擦发电薄膜会带电，在静电感应效应的作用下，感应金属片会产生感应电荷，测量电路通过检测感应金属片的感应电荷，就能得出摩擦发电单元产生的电量信息。
因为粉尘颗粒与摩擦发电薄膜发生摩擦时产生的电流较小，不利于测量电路测量。而多组发电组并联在一起，能增大摩擦发电单元产生的电流，便于测量。
更进一步的，所述摩擦发电板设置绝缘衬底，该绝缘衬底平铺在所述风机的扇叶上，且正对所述进气口，该金属板上覆盖一层摩擦起电薄膜，所述金属板的顶面和底面分别与第三二极管的正极和第四二极管的负极连接，该第三二极管的负极和第四二极管的正极分别与所述发光二极管的正极和负极连接。
粉尘颗粒与摩擦起电薄膜产生摩擦后，摩擦起电薄膜会带电，金属板会产生感应电流使发光二极管工作，发光二极管的光的光照度大小与金属板产生的感应电流的电压大小相对应。
更进一步的，所述风机为变频风机，所述检测管内设置气体流量传感器，该气体流量传感器设置在所述进气口处，所述气体流量传感器与所述控制器连接。
采用上述结构，气体流量传感器能检测进入检测管的气体流量信息，控制器能根据气体流量信息控制变频风机工作，确保进入检测管内的气体流量保持稳定。
更进一步的，所述进气口处还设置气体流量控制阀，该气体流量控制阀与所述控制器连接。控制器能根据气体流量信息还能控制气体流量控制阀的开度，从而确保进入检测管内的气体流量保持稳定。
更进一步的，所述进气口与出气口之间还设置有清洗装置，该清洗装置用于清洗所述摩擦发电单元。清洗装置能在检测管不工作时对摩擦发电单元进行清洗，避免其表面积灰，影响检测。所述清洗装置设置喷气管，该喷气管设置在所述摩擦发电单元和出气口之间，且围绕所述检测管的中轴线呈圆周分布，所述喷气管上设置与所述摩擦发电单元相同数量的喷气嘴，该喷气嘴为电控喷气嘴，所有所述喷气嘴与所述控制器的清洗控制端组连接，每个喷气嘴的喷气口正对一个所述摩擦发电单元。
所述喷气管与进气管的一端连通，该进气管上设置增压气泵，所述进气管的另一端与过滤箱连通，该过滤箱设置在所述检测管的外壁上，该过滤箱能过滤掉空气中的粉尘和水汽，保证检测管内部的干燥，也避免清洗时造成污染。
采用上述结构，当其中一个摩擦发电单元表面积灰过多时，控制器会控制增压气泵和与该摩擦发电单元对应的喷气嘴，对该摩擦发电单元进行清洗。避免摩擦发电单元表面积灰过多，对粉尘浓度检测产生影响。
更进一步的，所述喷气管上还设置有高压气喷头，该高压气喷头的喷气口正对所述风机，该高压气喷头为电动高压气喷头，该高压气喷头与所述控制器的高压气喷头控制端连接。高压气喷头能喷出高压气柱，清洗位于风机扇叶上的摩擦发电板，避免粉尘在摩擦发电板上沉积，影响其发电效率。
更进一步的，所述控制器设定有电压阈值和光照度阈值，所述控制器判定电压采集端采集的电压值是否低于电压阈值，若低于电压阈值，则控制器启动所述增压气泵和喷气嘴，对所述摩擦发电单元清洗，反之，则不对所述摩擦发电单元清洗；
所述控制器判定光电感应端采集的光照度值是否低于光照度阈值，若低于光照度阈值，则控制器启动所述增压气泵和高压气喷头对所述扇叶进行清洗，反之，则不对所述扇叶进行清洗。
有益效果：采用本发明的粉尘浓度检测装置，检测过程简单，便于操作，设备结构简单，制造成本低，检测能耗低，能长时间持续进行检测，不受粉尘颗粒自身荷电性能的影响，数据稳定、准确。
附图说明
图1为本发明的内部结构安装示意图；
图2为检测管1的正视图；
图3为摩擦发电单元4的结构剖视图；
图4为摩擦发电板的结构剖视图；
图5为感应金属片6与测量电路的连接电路图；
图6为金属板与发光二极管17的连接电路图；
图7为控制器的连接关系图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1-7所示，一种粉尘浓度检测装置，设置有检测管1，该检测管1设置进气口2和出气口3，进气口2处设置气体流量控制阀10，该气体流量控制阀10与所述控制器连接。
沿进气口2到出气口3的方向，检测管1内依次设置有之间设置有气体流量传感器8、检测器、清洗装置和风机9和光照度传感器18。其中，气体流量传感器8设置在靠近所述进气口2的位置，光照度传感器18设置在靠近出气口3的位置。变频风机通过支架16固定在靠近出气口3的位置。所述气体流量传感器8、变频风机9和光照度传感器18分别与所述控制器连接。
检测器设置有N个摩擦发电单元4，N个摩擦发电单元4围绕所述检测管1的中轴线呈圆周分布。所述摩擦发电单元4设置绝缘基底5和测量电路，该绝缘基底5贴附在所述检测管1的内壁面上，所述绝缘基底5上设置有3组发电组。
该发电组设置感应金属片6、第一单向二极管D1和第二单向二极管D2，该感应金属片6平铺在所述绝缘基底5上，并且，所述感应金属片6的顶面覆盖一层摩擦发电薄膜7。
所述感应金属片6的顶面和底面分别与第一单向二极管D1的正极和第二单向二极管D2的负极连接，第一单向二极管D1的负极和第二单向二极管D2的正极分别与所述测量电路的正极输入端和负极输入端连接。
测量电路包括常规的信号放大电路、信号处理电路和电压测量电路，第一单向二极管D1的负极和第二单向二极管D2的正极分别与信号放大电路的正极输入端和负极输入端连接。
信号放大电路放大感应金属片6产生的电压信号，信号处理电路对放大后的电压信号进行滤波去噪，得到稳定均匀的电压信号，电压测量电路对电压信号进行测量，得到电压数据，并将电压数据发送给控制器。
所述风机9为变频风机，在风机9的每片扇叶9a上均设置有摩擦发电板和发光二极管17，该摩擦发电板正对所述进气口2，发光二极管17正对所述出气口3，每片扇叶9a上的摩擦发电板给同一片扇叶9a上的发光二极管17供电。
所述摩擦发电板设置绝缘衬底19，该绝缘衬底19上覆盖一层金属板20，该金属板20上覆盖一层摩擦起电薄膜21，所述金属板20的顶面和底面分别与第三二极管D3的正极和第四二极管D4的负极连接，该第三二极管D3的负极和第四二极管D4的正极分别与所述发光二极管17的正极和负极连接。
控制器根据光照度传感器18发送的光照度信息得出摩擦发电板产生的电压大小。因为摩擦发电板产生的电压大小与粉尘浓度相对应，所以，控制器根据摩擦发电板的电压数据能得出粉尘的浓度信息。以此类推，控制器能根据摩擦发电单元4产生的电量得出粉尘的浓度信息。
最后结合两种检测方式得出的粉尘浓度信息，得到更准确的粉尘浓度信息。控制器连接有无线通信装置，控制器通过无线通信装置将粉尘浓度信息实时发送给上位机。
所述清洗装置设置喷气管11，该喷气嘴11为电控喷气嘴，该喷气管11设置在所述摩擦发电单元4和出气口3之间，且围绕所述检测管1的中轴线呈圆周分布，所述喷气管11上设置喷气嘴12和高压气喷头22，其中，喷气嘴12的数量与所述摩擦发电单元4的数量相等，并且与所述摩擦发电单元4一一对应。
所述控制器设置有清洗端组和高压气喷头控制端，其中，清洗控制端组设置有多个清洗控制端，该清洗控制端与喷气嘴一一对应连接。所述高压气喷头与所述高压气喷头控制端连接。
所述喷气管11通过进气管13与过滤箱14连通，该过滤箱14设置在所述检测管1的外侧，所述进气管13上设置增压气泵15，所述控制器控制该增压气泵15工作。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种粉尘浓度检测装置，设置有检测管(1)，在检测管(1)的进气口(2)和出气口(3)之间设置有风机(9)，其特征在于：所述检测管(1)的内壁上设置有N个摩擦发电单元(4)，所有的摩擦发电单元(4)的输出端连接控制器的电压采集端组；
所述风机(9)的扇叶(9a)上设置有摩擦发电板和发光二极管(17)，摩擦发电板向发光二极管(17)供电，所述检测管(1)中还设置有光照度传感器(18)，该光照度传感器(18)正对所述发光二极管(17)的旋转轨迹，该光照度传感器(18)的输出端连接所述控制器的光电感应端。
2.根据权利要求1所述粉尘浓度检测装置，其特征在于：所有所述摩擦发电单元(4)均设置在所述风机(9)与进气口(2)之间，且围绕所述检测管(1)的中轴线呈圆周分布，所述电压采集端组设置有N个电压采集端，N个电压采集端与所述摩擦发电单元(4)的输出端一一对应连接。
3.根据权利要求2所述粉尘浓度检测装置，其特征在于：所述摩擦发电单元(4)设置发电单元和测量电路，该发电单元设置绝缘基底(5)，该绝缘基底(5)贴附在所述检测管(1)的内壁面上，所述绝缘基底(5)上设置有至少一组发电组，该发电组设置感应金属片(6)、第一单向二极管(D1)和第二单向二极管(D2)，该感应金属片(6)平铺在所述绝缘基底(5)上，并且，所述感应金属片(6)的顶面覆盖一层摩擦发电薄膜(7)；
所述感应金属片(6)的顶面和底面分别与第一单向二极管(D1)的正极和第二单向二极管(D2)的负极连接，第一单向二极管(D1)的负极和第二单向二极管(D2)的正极分别与测量电路的正极输入端和负极输入端连接，该测量电路的输出端与所述电压采集端连接。
4.根据权利要求1所述粉尘浓度检测装置，其特征在于：所述摩擦发电板设置绝缘衬底(19)，该绝缘衬底(19)平铺在所述风机(9)的扇叶上，且正对所述进气口(2)，所述绝缘衬底(19)上覆盖一层金属板(20)，该金属板(20)上覆盖一层摩擦起电薄膜(21)，所述金属板(20)的顶面和底面分别与第三二极管(D3)的正极和第四二极管(D4)的负极连接，该第三二极管(D3)的负极和第四二极管(D4)的正极分别与所述发光二极管(17)的正极和负极连接。
5.根据权利要求1所述粉尘浓度检测装置，其特征在于：所述风机(9)为变频风机，所述检测管(1)内设置气体流量传感器(8)，该气体流量传感器(8)设置在所述进气口(2)处，所述气体流量传感器(8)与所述控制器连接。
6.根据权利要求5所述粉尘浓度检测装置，其特征在于：所述进气口(2)处设置气体流量控制阀(10)，该气体流量控制阀(10)与所述控制器的流量输入端连接。
7.根据权利要求1所述粉尘浓度检测装置，其特征在于：所述进气口(2)与出气口(3)之间还设置有环状的喷气管(11)，该喷气管(11)上设置与所述摩擦发电单元(4)相同数量的喷气嘴(12)，该喷气嘴(12)为电控喷气嘴，所有所述喷气嘴(12)与所述控制器的清洗控制端组连接，所述喷气嘴(12)与所述摩擦发电单元(4)一一对应；
所述喷气管(11)通过进气管(13)与过滤箱(14)连通，所述进气管(13)上设置增压气泵(15)，所述控制器控制该增压气泵(15)工作。
8.根据权利要求7所述粉尘浓度检测装置，其特征在于：所述喷气管(11)上还设置有高压气喷头(22)，该高压气喷头(22)的喷气口正对所述风机(9)的扇叶(9a)，所述高压气喷头(22)为电控高压气喷头，所述高压气喷头(22) 与所述控制器的高压气喷头控制端连接。
9.根据权利要求8所述粉尘浓度检测装置，其特征在于：所述控制器设定有电压阈值和光照度阈值，所述控制器判定电压采集端采集的电压值是否低于电压阈值，若低于电压阈值，则控制器启动所述增压气泵(15)和喷气嘴(12)，对所述摩擦发电单元(4)清洗，反之，则不对所述摩擦发电单元(4)清洗；
所述控制器判定光电感应端采集的光照度值是否低于光照度阈值，若低于光照度阈值，则控制器启动所述增压气泵(15)和高压气喷头(22)对所述扇叶(9a)进行清洗，反之，则不对所述扇叶(9a)进行清洗。
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2018
- 2018-07-10 CN CN201810752043.3A patent/CN108693092B/zh active Active
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