CN109342281B - 数字调制解调的激光粉尘监测仪及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供数字调制解调的激光粉尘监测仪及监测方法。所述监测仪包括：数字处理单元，生成数字调制信号送到数模转换驱动电路；数模转换驱动电路，将数字调制信号转换为模拟信号以驱动激光二极管；激光二极管，在数模转换驱动电路的驱动下产生调制激光；光源准直镜，过滤调制激光，过滤后的激光照射在粉尘颗粒物后打在探测器上；探测器，产生光电信号送到放大电路；放大电路，放大光电信号后送到模数转换电路；模数转换电路，转换放大后的光电信号为数字量后送到数字处理单元；数字处理单元对光电信号数字量进行解调、滤波得出光电信号强度，计算光电信号强度与粉尘颗粒物的散射系数的乘积得到粉尘浓度值。

Description

数字调制解调的激光粉尘监测仪及监测方法

技术领域

本发明涉及激光粉尘监测技术领域，具体涉及数字调制解调的激光粉尘监测仪及监测方法。

背景技术

粉尘监测仪是基于激光前散射法原理。粉尘颗粒物在测量调制光的照射下与散射光强度成正比，因此粉尘越多，散射光越强。由于激光粉尘仪中粉尘的散射光非常微弱，为了高精度的放大微弱信号，为抑制环境光干扰，抑制光电传感器漂移，需要将光电信号进行调制，抑制环境光干扰、光电传感器漂移、激光光源的漂移和系统自身的漂移。激光粉尘仪一般采用模拟电路实现信号的调制解调。

模拟电路中的电噪声和漂移是电子线路中普遍存在的物理现象。电噪声起源于电子线路内部组件的内在的固有扰动。模拟电子元器件的参数随着温度、压力、湿度、振动、时间、电磁环境等环境因素发生变化,模拟电路输出发生变化。

而且发明人发现，该模拟电路结构复杂，对电子元器件精度要求很高，多容易引入噪声、漂移环节多，电路调试和维修难度大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例拟提供数字调制解调的激光粉尘监测仪及监测方法。

本发明实施例提供了一种数字调制解调的激光粉尘监测仪，包括：

数字处理单元，生成数字调制信号送到数模转换驱动电路；

所述数模转换驱动电路，将所述数字调制信号转换为模拟信号以驱动激光二极管；

所述激光二极管，在所述数模转换驱动电路的驱动下产生调制激光；

光源准直镜，过滤所述调制激光，过滤后的激光照射在粉尘颗粒物后打在探测器上；

所述探测器，产生光电信号送到放大电路；

所述放大电路，放大所述光电信号，并将放大后的光电信号送到模数转换电路；

所述模数转换电路，将所述放大后的光电信号转换为光电信号数字量，并将所述光电信号数字量送到所述数字处理单元；

所述数字处理单元还对所述光电信号数字量进行解调、滤波得出光电信号强度，计算所述光电信号强度与粉尘颗粒物的散射系数的乘积得到粉尘浓度值。

作为本发明可选的方案，所述数字调制解调的激光粉尘监测仪还包括：

分光系统，设置在所述光源准直镜和所述探测器之间，将所述调制激光分成两路，一路是工作光路，另一路是参考光路；

切光片，切换所述工作光路和所述参考光路使其交替照射在粉尘颗粒物上。

进一步地，所述数模转换驱动电路包括：

数模转换电路，将所述数字调制信号转换为模拟信号送到驱动电路；

驱动电路，将所述模拟信号转换成驱动信号以驱动所述激光二极管。

进一步地，所述数字处理单元包括：

调制解调电路，生成所述数字调制信号送到所述数模转换驱动电路；并对所述光电信号数字量进行解调；

滤波电路，对解调后的所述光电信号数字量进行滤波得出光电信号强度；

信号处理电路，计算所述光电信号强度与粉尘颗粒物的散射系数的乘积得到所述粉尘浓度值。

进一步地，所述数字处理单元还包括：

切光控制电路，控制所述切光片切换所述工作光路和所述参考光路使其交替照射在粉尘颗粒物上。

进一步地，所述数字处理单元还包括：

通信接口，与外部设备通信，传输所述粉尘浓度值到所述外部设备。

本发明实施例还提供一种数字调制解调的激光粉尘监测仪进行粉尘监测的方法，包括：

数字处理单元生成数字调制信号送到数模转换驱动电路；

数模转换驱动电路将所述数字调制信号转换为模拟信号以驱动激光二极管；

所述激光二极管在所述数模转换驱动电路的驱动下产生调制激光；

光源准直镜过滤所述调制激光，过滤后的激光照射在粉尘颗粒物后打在探测器上；

所述探测器产生光电信号送到放大电路；

所述放大电路放大所述光电信号，并将放大后的光电信号送到模数转换电路；

所述模数转换电路将所述放大后的光电信号转换为光电信号数字量，并将所述光电信号数字量送到所述数字处理单元；

所述数字处理单元对所述光电信号数字量进行解调、滤波得出光电信号强度；

所述数字处理单元计算所述光电信号强度与粉尘颗粒物的散射系数的乘积得到粉尘浓度值。

作为本发明可选的方案，所述方法还包括：

所述数字处理单元与外部设备通信，传输所述粉尘浓度值到所述外部设备。

进一步地，所述数模转换驱动电路将所述数字调制信号转换为模拟信号以驱动激光二极管，包括：

数模转换电路将所述数字调制信号转换为模拟信号送到驱动电路；

所述驱动电路将所述模拟信号转换成驱动信号以驱动所述激光二极管。

进一步地，所述光源准直镜过滤所述调制激光，过滤后的激光照射在粉尘颗粒物后打在探测器上，包括：

所述光源准直镜过滤所述调制激光；

分光系统将所述调制激光分成两路，一路是工作光路，另一路是参考光路；

所述数字处理单元控制所述切光片切换所述工作光路和所述参考光路使其交替照射在粉尘颗粒物上。

本发明的实施例提供的数字调制解调的激光粉尘监测仪及监测方法，使用数字信号处理实现调制解调，模拟电路部分精简，产生电噪声和漂移环节少，调试简单容易，稳定性好，从而提高了信号的稳定性，成品率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明一实施例提供的一种数字调制解调的激光粉尘监测仪组成示意图；

图2是本发明另一实施例提供的一种数字调制解调的激光粉尘监测仪组成示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种数字调制解调的激光粉尘监测仪监测方法流程示意图；

图4是本发明另一实施例提供的一种数字调制解调的激光粉尘监测仪监测方法流程示意图。

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，以下将结合附图和实施例，对本发明技术方案的具体实施方式进行更加详细、清楚的说明。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。其只是包含了本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域技术人员对于本发明的各种变化获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在此对上文中出现的术语进行解释。调制是对信号源的信息进行处理加到载波上，使其变为适合于信道传输的形式的过程，即令载波随信号而改变的技术。解调是从已调信号中恢复出原调制信号的过程。模拟信号是一般用电压或电流表示信号的大小，时间上是连续变化的。数字信号是用二进制码表标信号的大小，时间和幅度上都是离散(量化)的信号。模数转换又称为AD转换，是将模拟信号抽样用数字进行量化表示的数字信号。数模转换又称为DA转换，是将数字信号数字量转化为模拟信号。电路噪声是对于电子线路中所标称的噪声，可以概括地认为，它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。模拟电路漂移是由于元器件的参数随着温度、湿度、电源电压、时间等表现出的信号变化。

图1是本发明一实施例提供的一种数字调制解调的激光粉尘监测仪组成示意图，如图1所示，数字调制解调的激光粉尘监测仪包括数字处理单元11、数模转换驱动电路12、激光二极管13、光源准直镜14、探测器15、放大电路16、模数转换电路17。

数字处理单元11生成数字调制信号送到数模转换驱动电路12。数模转换驱动电路12将数字调制信号转换为模拟信号以驱动激光二极管13。激光二极管13在数模转换驱动电路12的驱动下产生调制激光。光源准直镜14过滤调制激光，过滤后的激光照射在粉尘颗粒物后打在探测器上15。探测器15产生光电信号送到放大电路16。放大电路16放大光电信号，并将放大后的光电信号送到模数转换电路17。模数转换电路17将放大后的光电信号转换为光电信号数字量，并将光电信号数字量送到所述数字处理单元11。数字处理单元11还对所述光电信号数字量进行解调、滤波得出光电信号强度，计算光电信号强度与粉尘颗粒物的散射系数的乘积得到粉尘浓度值。

由于数字信号处理系统体积小、功耗低、精度高、可靠性高、灵活性大、易于大规模集成，所以本实施例提供的技术方案，使用数字信号处理实现调制解调，模拟电路部分精简，产生电噪声和漂移环节少，调试简单容易，稳定性好，从而提高了信号的稳定性，成品率高。

图2是本发明另一实施例提供的一种数字调制解调的激光粉尘监测仪组成示意图，如图2所示，数字调制解调的激光粉尘监测仪包括数字处理单元21、数模转换驱动电路22、激光二极管23、光源准直镜24、探测器25、放大电路26、模数转换电路27、分光系统28、切光片29。

数字处理单元11生成数字调制信号送到数模转换驱动电路12。数模转换驱动电路12将数字调制信号转换为模拟信号以驱动激光二极管13。激光二极管13在数模转换驱动电路12的驱动下产生调制激光。光源准直镜14过滤调制激光，过滤后的激光照射在粉尘颗粒物后打在探测器上15。探测器15产生光电信号送到放大电路16。放大电路16放大光电信号，并将放大后的光电信号送到模数转换电路17。模数转换电路17将放大后的光电信号转换为光电信号数字量，并将光电信号数字量送到所述数字处理单元11。数字处理单元11还对所述光电信号数字量进行解调、滤波得出光电信号强度，计算光电信号强度与粉尘颗粒物的散射系数的乘积得到粉尘浓度值。分光系统28设置在光源准直镜24和探测器25之间，将调制激光分成两路，一路是工作光路，另一路是参考光路。切光片29切换工作光路和参考光路使其交替照射在粉尘颗粒物上。

数模转换驱动电路22包括数模转换电路221、驱动电路222。

数模转换电路221将数字调制信号转换为模拟信号送到驱动电路222。驱动电路222将模拟信号转换成驱动信号以驱动激光二极管23。

数字处理单元21包括调制解调电路211、滤波电路212、信号处理电路213、切光控制电路214、通信接口215。

调制解调电路211生成数字调制信号送到数模转换驱动电路22，并对光电信号数字量进行解调。滤波电路212对解调后的光电信号数字量进行滤波得出光电信号强度。信号处理电路213计算光电信号强度与粉尘颗粒物的散射系数的乘积得到粉尘浓度值。切光控制电路214控制切光片29切换工作光路和参考光路使其交替照射在粉尘颗粒物上。通信接口215与外部设备通信，传输粉尘浓度值到外部设备。

在本实施例中，分光系统将一路激光分成两路激光，主要作用是抑制激光二极管光强度漂移和光路自检。

图3是本发明一实施例提供的一种数字调制解调的激光粉尘监测仪监测方法流程示意图，包括以下步骤。

在步骤S110中，数字处理单元生成数字调制信号送到数模转换驱动电路。

在步骤S120中，数模转换驱动电路将数字调制信号转换为模拟信号以驱动激光二极管。

在步骤S130中，激光二极管在数模转换驱动电路的驱动下产生调制激光。

在步骤S140中，光源准直镜过滤调制激光，过滤后的激光照射在粉尘颗粒物后打在探测器上。

光源准直镜对激光二极管产生的调制激光起到过滤的作用，过滤掉其中的杂波，使得后期产生的光电信号比较干净，从而提高粉尘监测的精度。

在步骤S150中，探测器产生光电信号送到放大电路。

过滤后的激光照射在粉尘颗粒物后打在探测器上，探测器接收该激光，产生了光电信号，但是该光电信号比较弱，不足以直接进行处理，因此要经过放大电路进行放大。

在步骤S160中，放大电路放大光电信号，并将放大后的光电信号送到模数转换电路。

在步骤S170中，模数转换电路将放大后的光电信号转换为光电信号数字量，并将光电信号数字量送到数字处理单元。

在步骤S180中，数字处理单元对光电信号数字量进行解调、滤波得出光电信号强度。

数字处理单元设计解调算法、滤波算法，对光电信号数字量进行解调滤波，得出光电信号强度。

在步骤S190中，数字处理单元计算光电信号强度与粉尘颗粒物的散射系数的乘积得到粉尘浓度值。

图4是本发明另一实施例提供的一种数字调制解调的激光粉尘监测仪监测方法流程示意图，包括以下步骤。

在步骤S210中，数字处理单元生成数字调制信号送到数模转换驱动电路。

在步骤S221中，数模转换电路将数字调制信号转换为模拟信号送到驱动电路。

在步骤S222中，驱动电路将模拟信号转换成驱动信号以驱动激光二极管。

在步骤S230中，激光二极管在数模转换驱动电路的驱动下产生调制激光。

在步骤S241中，光源准直镜过滤调制激光。

光源准直镜对激光二极管产生的调制激光起到过滤的作用，过滤掉其中的杂波，使得后期产生的光电信号比较干净，从而提高粉尘监测的精度。

在步骤S242中，分光系统将调制激光分成两路，一路是工作光路，另一路是参考光路。

在本实施例中，分光系统将一路激光分成两路激光，主要作用是抑制激光二极管光强度漂移和光路自检。

在步骤S243中，数字处理单元控制切光片切换工作光路和参考光路使其交替照射在粉尘颗粒物上。

在步骤S250中，探测器产生光电信号送到放大电路。

在步骤S260中，放大电路放大光电信号，并将放大后的光电信号送到模数转换电路。

在步骤S270中，模数转换电路，将放大后的光电信号转换为光电信号数字量，并将光电信号数字量送到数字处理单元。

在步骤S280中，数字处理单元对光电信号数字量进行解调、滤波得出光电信号强度。

在步骤S290中，数字处理单元计算光电信号强度与粉尘颗粒物的散射系数的乘积得到粉尘浓度值。

在步骤291中，数字处理单元与外部设备通信，传输所述粉尘浓度值到外部设备。

数字处理单元通过通信接口与外部设备通信，输出粉尘浓度值。另外，还可以通过通信接口与外部设备连接，对监测仪进行调试。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (8)

1.一种数字调制解调的激光粉尘监测仪，包括：

数字处理单元，生成数字调制信号送到数模转换驱动电路；

所述数模转换驱动电路，将所述数字调制信号转换为模拟信号以驱动激光二极管；

所述激光二极管，在所述数模转换驱动电路的驱动下产生调制激光；

光源准直镜，过滤所述调制激光，过滤后的激光照射在粉尘颗粒物后打在探测器上；

所述探测器，产生光电信号送到放大电路；

所述放大电路，放大所述光电信号，并将放大后的光电信号送到模数转换电路；

所述模数转换电路，将所述放大后的光电信号转换为光电信号数字量，并将所述光电信号数字量送到所述数字处理单元；

所述数字处理单元还对所述光电信号数字量进行解调、滤波得出光电信号强度，计算所述光电信号强度与粉尘颗粒物的散射系数的乘积得到粉尘浓度值；

分光系统，设置在所述光源准直镜和所述探测器之间，将所述调制激光分成两路，一路是工作光路，另一路是参考光路；

切光片，切换所述工作光路和所述参考光路使其交替照射在粉尘颗粒物上；

所述数字处理单元包括：

调制解调电路，生成所述数字调制信号送到所述数模转换驱动电路，并对所述光电信号数字量进行解调。

2.根据权利要求1所述的数字调制解调的激光粉尘监测仪，其特征在于，所述数模转换驱动电路包括：

数模转换电路，将所述数字调制信号转换为模拟信号送到驱动电路；

驱动电路，将所述模拟信号转换成驱动信号以驱动所述激光二极管。

3.根据权利要求1所述的数字调制解调的激光粉尘监测仪，其特征在于，所述数字处理单元还包括：

滤波电路，对解调后的所述光电信号数字量进行滤波得出光电信号强度；

信号处理电路，计算所述光电信号强度与粉尘颗粒物的散射系数的乘积得到所述粉尘浓度值。

4.根据权利要求1所述的数字调制解调的激光粉尘监测仪，其特征在于，所述数字处理单元还包括：

切光控制电路，控制所述切光片切换所述工作光路和所述参考光路使其交替照射在粉尘颗粒物上。

5.根据权利要求1所述的数字调制解调的激光粉尘监测仪，其特征在于，所述数字处理单元还包括：

通信接口，与外部设备通信，传输所述粉尘浓度值到所述外部设备。

6.一种采 用权利要求1所述的数字调制解调的激光粉尘监测仪进行粉尘监测的方法，包括：

数字处理单元生成数字调制信号送到数模转换驱动电路；

数模转换驱动电路将所述数字调制信号转换为模拟信号以驱动激光二极管；

所述激光二极管在所述数模转换驱动电路的驱动下产生调制激光；

光源准直镜过滤所述调制激光；

分光系统将所述调制激光分成两路，一路是工作光路，另一路是参考光路；

所述数字处理单元控制所述切光片切换所述工作光路和所述参考光路使其交替照射在粉尘颗粒物上；

探测器产生光电信号送到放大电路；

所述放大电路放大所述光电信号，并将放大后的光电信号送到模数转换电路；

所述模数转换电路将所述放大后的光电信号转换为光电信号数字量，并将所述光电信号数字量送到所述数字处理单元；

所述数字处理单元对所述光电信号数字量进行解调、滤波得出光电信号强度；

所述数字处理单元计算所述光电信号强度与粉尘颗粒物的散射系数的乘积得到粉尘浓度值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

所述数字处理单元与外部设备通信，传输所述粉尘浓度值到所述外部设备。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述数模转换驱动电路将所述数字调制信号转换为模拟信号以驱动激光二极管，包括：

数模转换电路将所述数字调制信号转换为模拟信号送到驱动电路；

所述驱动电路将所述模拟信号转换成驱动信号以驱动所述激光二极管。

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