CN109668810B - 一种矿用粉尘浓度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矿用粉尘浓度传感器，包括采样头、引气管、检测底座、出气管、测尘组件、信号处理组件和动力装置；所述检测底座内设有暗室；所述测尘组件包括激光发生器和消光筒；所述信号处理组件包括光电接收器、微处理器；所述暗室侧面设有所述激光发生器、消光筒和光电接收器，所述激光发生器、消光筒相向设置；所述引气管一端与所述采样头连通，另一端与所述暗室上端连通；所述出气管出气端与所述动力装置连通；所述矿用粉尘浓度传感器还包括内部成圆台状的出气嘴，所述出气嘴上底面与所述暗室下端连通，下底面与所述出气管进气端连通。本发明所述矿用粉尘浓度传感器极大的提高了采样腔室的抗粉尘污染能力，减少了设备维护量。
Description
技术领域
本发明属于矿用设备领域，具体涉及一种矿用粉尘浓度传感器。
背景技术
粉尘危害职工身体健康，威胁矿井安全，缩短设备、仪器使用寿命，是我国煤矿普遍存在的五大自然灾害之一。粉尘监测是粉尘防治的前提和依据，目前我国的粉尘监测仪器主要有三类：粉尘采样器，测尘仪以及粉尘浓度传感器。
其中，粉尘浓度传感器具有粉尘浓度检测方便，检测精度高，重复性好等特点。目前的粉尘浓度传感器采样多采用管道式结构。粉尘采样的工作方式一般是在管道的某个位置扩大空间安装采样元件和发光源，消光筒等进行采样测量。但由于空间的扩大造成含尘气流发生局部涡流现象，以及粉尘流通通道弯折多，从而在采样粉尘的同时，含尘气流中的粉尘对采样元件造成污染，采样元件精度下降，测量数据及易偏差，设备维护周期短等问题。
如申请号201010294093.5、200820028964.7公开的粉尘浓度传感器，虽然均公开了能够实现在粉尘环境下连续工作，但其存在粉尘流通通道弯折多，以及易产生涡流的缺点，申请人采用这种结构的设备发现存在着使用周期短，维护频繁的问题。
发明内容
本发明针对现有技术不足之处而提供的一种矿用粉尘浓度传感器，具有抗污能力强、使用周期长的特点。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种矿用粉尘浓度传感器，包括采样头、引气管、检测底座、出气管、测尘组件、信号处理组件和动力装置；所述检测底座内设有暗室；所述测尘组件包括激光发生器和消光筒；所述信号处理组件包括光电接收器、微处理器；所述暗室侧面设有所述激光发生器、消光筒和光电接收器，所述激光发生器、消光筒相向设置；所述引气管一端与所述采样头连通，另一端与所述暗室上端连通；所述出气管出气端与所述动力装置连通；所述矿用粉尘浓度传感器还包括内部成圆台状的出气嘴，所述出气嘴上底面与所述暗室下端连通，下底面与所述出气管进气端连通。
进一步地，所述采样头内部设有T型通道。
进一步地，所述采样头上部的上端面密封，上部侧壁设有至少一个进风口。更进一步的，至少有两个进风口。
进一步地，所述引气管包括上引气管、与上引气管可拆卸连接的下引气管；所述上引气管进气端与所述采样头内T型通道竖直段可拆卸连接。更进一步地，所述上引气管和下引气管选自插拔连接。
进一步地，所述上引气管进气端穿过所述T型通道竖直段，在T型通道竖直段顶端形成凸部。
进一步地，所述引气管的长度大于等于20mm。
进一步地，所述引气管、检测底座、出气嘴和出气管形成垂直的检测通道；所述检测通道同轴心线。
进一步地，所述出气管包括依次相连的第一出气管、第二出气管、第三出气管、第四出气管。
进一步地，所述第一出气管内从里向外依次设有内管、中管、外管，所述中管为梭型结构。
进一步地，所述第二出气管、第三出气管和第四出气管连接形成的内部管道的纵切面呈哑铃状。
进一步地，所述动力装置为轴流风机。
进一步地，所述引气管管径和出气管入口管径的比为1:1.5-3；更进一步地，选自1:2。
本发明的原理为：外部含有粉尘的空气在轴流风机的吸力下通过引气管进入传感器暗室。空气中的浮游粉尘在暗室内受到激光发生器发出的平行光照射时，粉尘的散射光强度正比于质量浓度，其90°散射光经过光电接收器转换成光电流，经主控板的光电流积分电路转换成与散射光强成正比的光电脉冲数。微处理器计算脉冲数即可测出粉尘的相对质量浓度，通过标定在设置键盘上预设K值，工作时便可直接在数码显示屏上显示空气中的粉尘质量浓度(mg/m3)，还可以根据实测值与设定的报警值比较，大于报警值时给出报警信号给报警灯、蜂鸣器等设备。
本发明有益效果：
本发明很好的解决了粉尘浓度传感器进尘口易粉尘堆积，暗室易污染的问题，提高了气流流通速度，具有自洁效果，达到了高抗污染的效果，提高了产品检测精度，延长了产品的维护周期，减少了维护量。通过实地测试，维护周期约为现有产品的3-4倍。
附图说明
图1为一种粉尘浓度传感器的结构示意图；
图2为本发明主视图；
图3为本发明A-A剖视图；
图4为本发明D-D剖视图；
图5为本发明第一出气管结构示意图；
图6为本发明光电接收器结构示意图；
图7为本发明工作原理图。
具体实施方式
下面实施例对本发明作进一步详细的说明：
实施例1
如图1所示，一种粉尘浓度传感器，包括采样头、引气管1’、检测底座2’、激光器3’、消光筒4’和出气管6’，检测底座2’内设有暗室5’。采样头连接引气管1’一端，引气管另一端连接检测底座上端，检测底座下端连接出气管6’，出气管另一端连接风机，激光器和消光筒相对设于检测底座的侧面，激光器发射激光可以照射入暗室，消光筒可以接收激光光线。其中，采样头带有拐角，其余粉尘气流流通通道为竖直设置的直通通道。粉尘气流经过采样头后进入到引气管中，进而进入暗室中，再通过出气管流出，在暗室中通过激光器产生的光线，粉尘产生散射，光电接收器接收到散射光信号并转化为电信号，再传输给微处理器处理，进而可测算出粉尘的浓度大小，其中光电接收器和微处理器，以及光电信号处理组件等未在图中示出。申请人采用这种粉尘浓度传感器，使用一段时候后发现相比现有粉尘气流通道为非直通的粉尘浓度传感器，其粉尘气流流速稳定，粉尘不易在设备内成块，也不易在传感器内壁上沉淀，使用周期更长，设备不易被污染。
实施例2
申请人通过研究粉尘浓度传感器易受污染的原因，提供了一种新的矿用粉尘浓度传感器。
如图2-5所示，一种矿用粉尘浓度传感器，包括采样头1、引气管2、检测底座3、出气管4、测尘组件5、信号处理组件6和动力装置7；所述检测底座3内设有暗室31；所述测尘组件5包括激光发生器51和消光筒52；所述信号处理组件6包括光电接收器61、微处理器(图中未示出)；所述暗室31侧面设有所述激光发生器51、消光筒52和光电接收器61，所述激光发生器51、消光筒52相向设置；所述引气管2一端与所述采样头1连通，另一端与所述暗室31上端连通；所述出气管4出气端与所述动力装置7连通；所述矿用粉尘浓度传感器还包括内部成圆台状的出气嘴8，所述出气嘴8上底面与所述暗室31下端连通，下底面与所述出气管4进气端连通。信号处理组件6内的光电接收器61远离接收散射光一面还设有灌封层62，所述灌封层62采用硅胶。研究发现通过设有出气嘴8可以有效防止带尘气流回流造成暗室受污染，增强抗污染能力。
矿用粉尘浓度传感器，还包括外壳13、报警灯12、蜂鸣器10、显示屏9等，如图6、7所示，光电接收器61接收到散射光信号后，转化为光电流，经光电流积分电路转换成与散射光强成正比的光电脉冲数，通过放大电路和A/D转换电路输入给微处理器(如单片机)，进而计算出粉尘浓度值，并显示在显示屏9上和信号输出给报警灯12和蜂鸣器10等安全报警设备。
其中所述矿用粉尘浓度传感器适用于市面上的GCG1000型等设备，以及采用类似或者相同原理的设备。
采样头1内部设有T型通道。采样头1上部侧壁设有至少一个进风口11。因进出风口是直通，风道内的风速对采样设备影响小几乎可忽略，提高测量精度和保持设备的使用稳定性，同时也避免了在进风管道内转角造成粉尘堆积。更进一步的，至少有两个进风口。
引气管2包括上引气管21、与上引气管可拆卸连接的下引气管22；所述上引气管21进气端与所述采样头内T型通道竖直段可拆卸连接。优选的，选自插拔连接。一是易拆卸从而方便快速清洗，二是从此处设计增加结构容差性，减少因外壳加工精度不够在装配好后造成采样结构一直受力变型，进而影响测量精度。
上引气管21进气端穿过所述T型通道竖直段，在T型通道竖直段顶端形成凸部。该凸部可以消除带尘气流在此处的涡流现象，使带尘气流流动平稳，提高测量精度。更进一步的研究发现，引气管的长度大于等于20mm可以使带尘气流在进入到暗室31前平稳，从而提高测量精准性。
引气管2、检测底座3、出气嘴8和出气管4形成带尘气流流通检测通道，并需要保持同轴心线，研究发现采用这种结构，产品内壁粉尘不易沉淀，无结块现象产生，进一步的提高测量精准性，减小误差。其中该检测通道呈竖直方向设置，效果更好。
出气管4包括依次相连的第一出气管41、第二出气管42、第三出气管43、第四出气管44。第一出气管41内从里向外依次设有内管411、中管412、外管413，所述中管412为梭型结构。其中，内管411、中管412、外管413通过一些结构连接件连接在一起，作为满足保证设备的能长时间保持一定测量精度的目的，这些结构连接件应该设计为对带尘气流流动影响小、不易造成粉尘沉淀和结块，比如通过表面光滑处理等操作，这些结构连接件且未在图中标识出。
第二出气管42、第三出气管43和第四出气管44连接形成的内部管道的纵切面呈哑铃状。
申请人采用上述结构的出气管4，经过长时间实地使用发现在设备内壁粉尘沉淀少、维护周期能显著的延长，提高带尘气流在出气管4内的流速，减少粉尘沉淀发生，也能防止回流。
动力装置7为轴流风机，保证设备能长时间的运作。
进一步地研究发现引气管2管径和出气管4入口管径的比为1:1.5-3，能有效的减少因管道管径变化引起的带尘气流污染采样腔。更进一步地研究发现当选自1:2时，效果最佳。
相比实施例1提供的一种粉尘浓度传感器，本实施例在粉尘气流流速更稳定、粉尘不易沉淀及结块效果更好，还具有防涡流的效果，相比使用周期得到延长、抗污染能力更佳。
通过实地测试，发现连续工作时长相比现有产品1-3月的工作时间可提高3-4倍。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，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该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种矿用粉尘浓度传感器，其特征在于：包括采样头、引气管、检测底座、出气管、测尘组件、信号处理组件和动力装置；所述检测底座内设有暗室；所述测尘组件包括激光发生器和消光筒；所述信号处理组件包括光电接收器、微处理器；所述暗室侧面设有所述激光发生器、消光筒和光电接收器，所述激光发生器、消光筒相向设置；所述引气管一端与所述采样头连通，另一端与所述暗室上端连通；所述出气管出气端与所述动力装置连通；所述矿用粉尘浓度传感器还包括内部成圆台状的出气嘴，所述出气嘴上底面与所述暗室下端连通，下底面与所述出气管进气端连通；
所述采样头内部设有T型通道；
所述引气管包括上引气管、与上引气管可拆卸连接的下引气管；所述上引气管进气端与所述采样头内T型通道竖直段可拆卸连接；
所述上引气管进气端穿过所述T型通道竖直段，在T型通道竖直段顶端形成凸部。
2.根据权利要求1所述矿用粉尘浓度传感器，其特征在于：所述上引气管和下引气管选自插拔连接。
3.根据权利要求1所述矿用粉尘浓度传感器，其特征在于：所述引气管的长度大于等于20mm。
4.根据权利要求1所述矿用粉尘浓度传感器，其特征在于：所述引气管、检测底座、出气嘴和出气管形成垂直的检测通道；所述检测通道同轴心线。
5.根据权利要求1所述矿用粉尘浓度传感器，其特征在于：所述出气管包括依次相连的第一出气管、第二出气管、第三出气管、第四出气管。
6.根据权利要求5所述矿用粉尘浓度传感器，其特征在于：所述第一出气管内从里向外依次设有内管、中管、外管，所述中管为梭型结构。
7.根据权利要求6所述矿用粉尘浓度传感器，其特征在于：所述第二出气管、第三出气管和第四出气管连接形成的内部管道的纵切面呈哑铃状。
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