CN109946208A - 一种粉尘测量通道装置 - Google Patents

Abstract

本发明主要提出一种粉尘测量通道装置，包括：粉尘流动的通道；向粉尘流动的通道内照射的光源；获取由于粉尘散射而四射的光线的光纤；在光纤末端展示散射光的影像的展示装置；获取展示装置上的影像的摄像机；所述的摄像机输出图像数据。本发明采用光纤获取由于粉尘散射的光线，并在展示装置上展示，且由摄像机拍摄变成成数字信号，供以后处理，设备简单。

Description

一种粉尘测量通道装置

技术领域

本发明涉及对粉尘浓度检测领域，特别涉及一种粉尘测量通道装置。

背景技术

随着现代科技的快速发展，工业生产中许多粉末物质通常被人们忽视而造成很多悲剧，如粉尘污染、粉尘爆炸等，接尘工人容易患肺癌、鼻咽、喉炎、哮喘等呼吸道疾病。同时细小的粉尘很可能造成电路短路，使芯片失效，粉尘附着在机器上加速摩擦也会缩短其寿命，因此，粉尘浓度的测量越来越重要。井下煤矿中的粉尘对煤矿工人的身体健康和安全生产危害巨大，被列为煤矿五大自然灾害之一。一方面，粉尘可引起肺部病变，是造成井下劳动者尘肺病的主要原因，另一方面，当粉尘达到一定浓度时，遇到外界火源，很容易发生爆炸，造成难以预估的损失和破坏。因此，准确检测井下煤矿中的粉尘浓度很有必要。

目前有几种常规的测量方法测量粉尘颗粒浓度。一是称重法，即抽取一定体积的空气通过已恒重的滤膜，粉尘颗粒留在滤膜上，由采样前后的重量差可以计算出颗粒浓度。当粉尘浓度相对比较低时，滤膜上留存的颗粒质量非常轻，对称重装置提出了极高的要求，实际操作中并不实用。二是利用粉尘颗粒对各种光线的作用（阻挡，吸收，漫反射等），通过测量光线照射前后的变化来获取粉尘浓度信息，但这种方法在检验环境相对恶劣时，测量误差较大。三是压电晶体感应法，它一般用在待检测粉尘浓度较低的情况下，同时需要检测者具有熟练的操作设备的能力，一定程度上限制了该方法的使用。

因此对于研究粉尘测量装置是极其重要的，而在试验阶段用于标定浓度以及实验装置的测量是否准确，对于设计新型测量装置具有一定的现实意义，于是设计一种用于实验标定的粉尘测量通道是极为必要的。

发明内容

本发明针对目前粉尘浓度测量的的需要，提供一种粉尘测量通道装置，为粉尘测量分析提供测量数据。

本发明为实现其技术目的所采用的技术方案上：一种粉尘测量通道装置，包括：粉尘流动的通道；向粉尘流动的通道内照射的光源；获取由于粉尘散射而四射的光线的光纤；在光纤末端展示散射光的影像的展示装置；获取展示装置上的影像的摄像机；所述的摄像机输出图像数据。

本发明采用光纤获取由于粉尘散射的光线，并在展示装置上展示，且由摄像机拍摄变成成数字信号，供以后处理，设备简单。

进一步的，上述的粉尘测量通道装置中：所述的粉尘流动的通道为一中间空心透明球体的圆柱形管道，通道的一端为待测粉尘浓度的空气进入通道的入口，另一端为测量过的空气流出通道的出口，所述的光源直射空心透明球体内的空气，所述的光纤的源端均布在所述的空心透明球体表面，光轴在球的直径上。

进一步的，上述的粉尘测量通道装置中：所述的光源为安装在空心透明球体球面上，光线射向空心透明球体球心的激光器，在空心透明球体的球面上，激光器直射处设置有吸收射透空心透明球体内部后剩余光线的光陷阱。

进一步的，上述的粉尘测量通道装置中：在通道入口还设置有送风。

进一步的，上述的粉尘测量通道装置中：在通道出口还设置有抽风风机。

进一步的，上述的粉尘测量通道装置中：所述的展示装置为一块均布有方格的亚力克板，每一个方格与一根光纤对应。

本发明利用光散射原理，将原本的光散射通道设置成空心透明球体，用于进行粒子的光散射，通过塑料光纤进行散射光的传输，将所有的光透射于亚克力板上所对应的方格。球体一侧是粉尘注入口和可调速风机如同定速发尘器，通过速度大小的设定，可合理的进行相关粉尘的定速进入管道；粉尘通道与空心透明球体严密相接，粒子通过球体左右两侧管道出入球体；球体的另一侧相接抽气风扇，将通过球体的粒子牵引到粉尘处理器内，防止球体内腔粒子沉降以及防止粒子污染光纤口。CCD相机通过拍摄板上的光斑，获取图像数据，经过相关计算得到粉尘浓度。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的说明。

附图说明

附图1为本发明实施例1粉尘测量通道装置图。

附图2为本发明实施例1空心透明球体图。

具体实施方式

实施例1， 本实施例是一种粉尘测量通道装置，适用于测量粉尘浓度时采集数据供处理的装置，如图1和图2所示，该装置包括中间具有空心透明球体1的空气通道4，一般是在一个空心透明球体1相对两侧各连接一根管道形成待测空气渡过的通道，在空心透明球体1上，安装一个激光器作为光源3，激光器产生的激光沿一条空心透明球体1的直径向球体内照射，激光在空气中遇到较大颗粒的粉尘将产生散射，在空心透明球体1外表面密布光纤7的源端2获取由于空心透明球体1中空气时的粉尘散射的激光然后，通过光纤7传送到块作为展示装置8的亚克力板上，在亚克力板上布满了方块，每个方块由一根光纤7照射，实践中，每个方块与空心透明球体1表面的一小块球面对应，然后采用数字摄像机12拍摄显示在亚力克板上的图像，形成数字信号供下一步处理。

具体如图1所示，一种粉尘测量通道装置，包括空心透明球体1、塑料光纤口、激光器、粉尘输送管道4、管道4入口5、可调速送风风机6、光纤7、作为展示装置8的亚克力板、管道4出口9、抽气风风机10、粉尘处理器11、摄像机12(CCD数码摄像机)、光陷阱13。首先设定气力值，送风风机6是一种可调风速的内机，调节工作发出吹气力，抽风风机10工作发出吸气力，然后将带有粉尘的空气，也就是待测粉尘浓度的空气从通道的入口5添加到粉尘的输送管道4，经过风机的作用，待测粉尘浓度的空气到达空心透明球体1，在光源3也就是激光器的照射下，由于空气中有粉尘，光有散射现象，激光器散发的光被空气中的粉尘颗粒物吸收散射，之后由塑料光纤口2获取散射光，通过光纤7将颗粒物的散射光传输到亚克力板上，然后由CCD相机拍摄获得相应的图像数据，由于抽风风机10的作用颗粒物在球体内通过到粉尘通道$的出口9，从而进入粉尘处理器11中做相应处理。最后由CCD得到的图像数据，经过处理后便可得到粉尘浓度。

最先开始工作的是抽风风机10，对带有粉尘的待测粉尘浓度的空气包括其中的粉尘粒子起到牵引作用，防止粉尘粒子球体腔内发生沉降，污染光纤口。然后在可调速的送风风机6上设定所需的粉尘运动速度值，工作发出气力，促使粉尘向前运动。之后将实验粉尘也就是模拟待测粉尘浓度的空气通道4的入口5进入粉尘流动的通道4，经过气力作用，粉尘粒子到达空心透明球体1中，由于光的散射现象，通过激光器发出的光被粉尘颗粒物吸收散射，由于光源波长足够，可以使穿过空心透明球体1的粒子充分的发生光散射。之后由球体外表面的塑料光纤口2获取散射光，通过塑料光纤7将颗粒物的散射光传输到亚克力板上与之对应的每一个方格里。其中抽风风机10的作用颗粒物在球体内通过到粉尘出口9，从而进入粉尘处理器11中做相应处理。最后由由CCD相机拍摄获得相应的图像数据，CCD得到的图像数据，经过处理后便可得到粉尘浓度。

本实施例中，在定速或变速的前提下，基于光的色散原理，由风机气流带动粉尘进入管道，向前运动，当粉尘粒子通过球体时，遇到光源照射，将会产生散射现象，由于每一个粒子都会发生该现象，因此会产生多个散射光，散射到球体的内腔。球体外侧有大量的光纤源接口，用于将散射光通过塑料光纤传递到亚克力板上，CCD相机获取图像从而得到粉尘浓度。粉尘在通过球体后，由于抽气风扇的曳力作用，将粉尘牵引到处理器中，得到相应处理。

空心透明球体1是一种空心的球体，其中两侧与圆柱形粉尘通道4相连接；其上方接有激光器用于发出光源3；其对应激光器的正下方设有光陷阱13，而球体的外表面设有接收散射光的光纤口2。

空心透明球体1外表面的塑料光纤口2，其直径大小与塑料光纤相吻合，相连接时一定要密封，避免散射光的泄露；其数量设置根据球体大小而定，用于接收所有散射光。其激光器的参数具体要求依据现实情况而定；其CCD相机以现有装置为主即可。

球体一侧相接粉尘输送管道4，用于从粉尘注入口5进入的粒子输送到球体；注入口为漏斗形设置在管道的一端。在注入口处设有可调速风机，用以将粉尘粒子以设定速度值输送到管道内。在球体的另一侧相连的是粉尘输送管道，管道的一端设有抽气风扇，用于对球体内的粒子进行牵引，从而是粉尘进入粉尘处理器11，将粒子进行相关降尘处理。球体外表面的光纤口连接塑料光纤，光纤口的数量遍布整个球体，用于接收粉尘粒子的散射光从而进行光的传输。亚克力板与塑料光纤相连，用以将散射光透射到此板，进行对光源的有效展现。克力板是以横竖线隔开的等面积的方格，每一个方格都连接一个塑料光纤，用于对散射光的显示，其方格的数量与光纤口数量相对应。

在后续数据处理过程中，是基于如下原理进行数据处理，最终获得粉尘输送管道4中粉尘粒子浓度的：

1.每一个粉尘粒子在经过光源后，要么有且仅有发生一次光散射，要么直接到达光陷阱，因此当粒子发生散射后，只会一个粒子对应一个散射光。

2.当粒子经过散射后通过光纤将光传输到亚克力板上，每一个粒子对应板上的一个光斑，于是当相机拍摄后所得到板上区域，即获取了相应的颗粒数量。

3.由光斑数量与相机所拍摄的区域面积的比例，将图片信息经过预先设定的MATLAB程序处理，通过相应运算最终得到粉尘浓度。

Claims (6)

1.一种粉尘测量通道装置，其特征在于：包括：

粉尘流动的通道(4)；

向粉尘流动的通道(4)内照射的光源(3)；

获取由于粉尘散射而四射的光线的光纤(7)；

在光纤(7)末端展示散射光的影像的展示装置(8)；

获取展示装置(8)上的影像的摄像机(12)；

所述的摄像机(12)输出图像数据。

2.根据权利要求1所述的粉尘测量通道装置，其特征在于：所述的粉尘流动的通道(4)为一中间空心透明球体(1)的圆柱形管道，通道(4)的一端为待测粉尘浓度的空气进入通道(4)的入口(5)，另一端为测量过的空气流出通道(4)的出口(9)，所述的光源(3)直射空心透明球体(1)内的空气，所述的光纤(7)的源端(2)均布在所述的空心透明球体(1)表面，光轴在球的直径上。

3.根据权利要求2所述的粉尘测量通道装置，其特征在于：所述的光源(3)为安装在空心透明球体(1)球面上，光线射向空心透明球体(1)球心的激光器，在空心透明球体(1)的球面上，激光器直射处设置有吸收射透空心透明球体(1)内部后剩余光线的光陷阱(13)。

4.根据权利要求2所述的粉尘测量通道装置，其特征在于：在通道(4)入口(5)还设置有送风风机(6)。

5.根据权利要求2所述的粉尘测量通道装置，其特征在于：在通道(4)出口(9)还设置有抽风风机(10)。

6.根据权利要求2至5任一所述的粉尘测量通道装置，其特征在于：所述的展示装置(8)为一块均布有方格的亚力克板，每一个方格与一根光纤(7)对应。