CN111220576A

CN111220576A - 激光自检式粉尘浓度检测装置及其自检方法

Info

Publication number: CN111220576A
Application number: CN202010054190.0A
Authority: CN
Inventors: 王杰; 刘国庆; 吴付祥; 张强; 焦敏; 巫亮; 惠立锋; 赵政; 晏丹; 邓勤; 曹利波; 王俊庭; 王宇廷
Original assignee: CCTEG Chongqing Research Institute Co Ltd
Current assignee: CCTEG Chongqing Research Institute Co Ltd
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2020-06-02

Abstract

本发明涉及激光检测、颗粒物检测、粉尘检测或煤矿开采技术领域，具体涉及激光自检式粉尘浓度检测装置其自检方法，包括主激光发生器、副激光发生器、激光接收器、散射感光器和本体，主激光发生器的出射激光射入检测室，一部分激光穿过检测室的光达到激光接收器，一部分激光经过检测室内的粉尘散射达到散射感光器，副激光发生器的出射激光达到散射感光器，通过副激光发生器能够检测散射感光器是否被污染，在确定散射感光器被污染后再去清洁从而能够找保证清洁部频繁的同时保证检测准确性，节省清洁的维护成本的保证检测结果，此外，本申请主激光发生器和副激光发生器都共用同一个防尘透镜和发射室，整体结构简单，成本低廉。

Description

激光自检式粉尘浓度检测装置及其自检方法

技术领域

本发明涉及激光检测、颗粒物检测、粉尘检测或煤矿开采技术领域，具体涉及激光自检式粉尘浓度检测装置其自检方法。

背景技术

激光粉尘浓度检测装置是利用MIE散射理论对空气中悬浮颗粒进行计数或者质量浓度测量的装置。粉尘浓度检测装置通常包括一个供气流流通的流体流通通道、一个用于产生激光的激光发生器及一个用于感应散射光的激光检测组件。待测气流在流体流通通道中流动，被测气流中的粉尘流过激光检测组件上方时受到激光照射产生散射光，激光检测组件接收到散射光，通过对散射光的分析得到被测气流中粉尘的浓度检测情况。

由于通入的气流中本来就含有粉尘，长时间使用后在激光检测组件和激光发生器的镜片上会有粉尘，激光发生器上的粉尘影响激光强弱，从而影响检测精确性，激光检测组件上的粉尘对精准测量的影响最大，因为其影响激光信号的接收，因此，目前的激光粉尘浓度检测用装置都需要定期清理，如果清理过于频繁成本较高的同时影响生产效率，如果清理频率过低又会影响检测精度，检测不准确，为各类烟气尾气的排放检测带来不便，重则影响大气环境污染。

发明内容

本发明的目的针对目前激光粉尘浓度检测装置清理过于频繁造成维护成本高且影响生产效率、清理不及时造成检测不准确的问题，提供一种激光自检式粉尘浓度检测装置及其自检方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

激光自检式粉尘浓度检测装置，包括主激光发生器、激光接收器、散射感光器和本体，所述本体设置有检测室、进气通道和出气通道，所述检测室分别与所述主激光发生器的光路通道、散射感光器的检测通道、激光接收器的光路通道、进气通道以及出气通道相连通，所述主激光发生器的出射激光射入检测室，一部分激光穿过所述检测室的光达到激光接收器，一部分激光经过检测室内的粉尘散射达到散射感光器；激光自检式粉尘浓度检测装置还包括副激光发生器，所述副激光发生器的出射激光达到所述散射感光器。

作为优选，所述激光自检式粉尘浓度检测装置还包括可移动地设置在本体上的散射透镜，所述散射透镜移动能够移至/移出所述主激光发生器与所述激光接收器之间的激光光路，所述散射透镜移动至所述主激光发生器与所述激光接收器之间的激光光路时，入射所述散射透镜的激光的一部分透过所述散射透镜射向所述激光接收器，一部分经过所述散射透镜反射后射向所述散射感光器。

作为优选，所述本体上设置有发射室，所述发射室通过主光孔以及副光孔与所述检测室连通，

主激光发生器出射的激光射入发射室并从主光孔射出进入检测室，副激光发生器出射的激光射入发射室并从副光孔射出进入检测室。

作为优选，发射室内设置防尘透镜，所述主激光发生器和所述副激光发生器设置在所述发射室的一端，所述主光孔和所述副光孔设置在所述发射室的另一端，所述防尘透镜设置在所述发射室的两个端部之间从而将所述发射室隔断为两个不连通的腔室。

作为优选，所述散射透镜以能够上下移动的方式设置在所述本体上。

作为优选，所述本体上设置有容纳散射透镜的容纳室（242），用于在所述散射透镜移出所述主激光发生器与所述激光接收器之间的激光光路时，容纳所述散射透镜。

本申请还公开了一种粉尘浓度检测装置的自检方法，所述粉尘浓度检测装置为上述激光自检式粉尘浓度检测装置，外部气流不进入所述进气通道，关闭主激光发生器，启动副激光发生器，由副激光发生器发出的激光射入散射感光器，如果散射感光器出现的光电信号不低于第一预设光电信号，则散射感光器没有被粉尘污染，否则散射感光器已被污染。

作为优选，清洁散射感光器，外部气流不进入所述进气通道，关闭主激光发生器，启动副激光发生器，由副激光发生器发出的激光射入散射感光器，散射感光器出现的光电信号为所述第一预设光电信号，或者重复多次以取得本权利要求所述方法状态下的多个光电信号，取最小值作为所述第一预设光电信号。

本申请还公开另一种粉尘浓度检测装置的自检方法，所述粉尘浓度检测装置为上述激光自检式粉尘浓度检测装置，根据上述粉尘浓度检测装置的自检方法检测散射感光器是否被污染；

若散射感光器没有被污染则外部气流不进入进气通道，关闭副激光发生器，移动散射透镜使得散射透镜移动至所述主激光发生器与所述激光接收器之间的激光光路，启动主激光发生器，如果散射感光器出现的光电信号不低于第二预设光电信号，则所述主激光发生器与所述激光接收器之间的激光光路没有被污染，否则所述主激光发生器与所述激光接收器之间的激光光路已被污染。

作为优选，清洁散射感光器，清洁所述主激光发生器与所述激光接收器之间的激光光路，外部气流不进入进气通道，关闭副激光发生器，移动散射透镜使得散射透镜移动至所述主激光发生器与所述激光接收器之间的激光光路，启动主激光发生器，散射感光器出现的光电信号为所述第二预设光电信号，或者重复多次以取得本权利要求所述方法状态下的多个光电信号，取最小值作为所述第二预设光电信号。

与现有技术相比，本申请激光自检式粉尘浓度检测装置及粉尘浓度检测装置的自检方法的有益效果：通过副激光发生器能够检测散射感光器是否被污染，在确定散射感光器被污染后再去清洁从而能够找保证清洁部频繁的同时保证检测准确性，节省清洁的维护成本的保证检测结果，此外，本申请主激光发生器和副激光发生器都共用同一个防尘透镜和发射室，整体结构简单，成本低廉。

与现有技术相比，本申请采用散射透镜对粉尘浓度检测装置的自检方法的有益效果：能够先后检测散射感光器以及所述主激光发生器与检测室之间的激光光路是否被污染，激光式粉尘浓度检测装置受到粉尘污染而需要清洁的也就是两个部位，由此，本方法能够在不拆卸粉尘浓度检测装置的情况下对是否收到粉尘污染进行预先判断，能够找保证清洁部频繁的同时保证检测准确性，节省清洁的维护成本的保证检测结果。

附图说明：

图1为本申请激光自检式粉尘浓度检测装置的结构示意图；

图2为本申请激光自检式粉尘浓度检测装置正常检测粉尘浓度时的工作状态图；

图3为本申请副激光发生器工作用于检测的工作状态图；

图4为散射透镜工作用于检测的工作状态图；

图5为区别于图2的本申请激光自检式粉尘浓度检测装置的另一种实施方式的工作状态图，图中实心箭头表示含尘气流的流动方向，空心箭头表示无尘气流的流动方向；

图中标记：100-粉尘，110-主激光发生器，130-激光接收器，140-散射感光器，150-副激光发生器，160-散射透镜，170-防尘透镜，210-检测室，220-出气通道，230-进气通道，240-接收室，241-接收孔，242-容纳室（242），250-发射室，251-主光孔，252-副光孔，261-第一进气管，262-第二进气管。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1所示，一种激光自检式粉尘浓度检测装置，包括主激光发生器110、副激光发生器150、激光接收器130、散射感光器140和本体，本体设置有发射室250、检测室210、接收室240、进气通道230和出气通道220，检测室210分别与主激光发生器110的光路通道、散射感光器140的检测通道、激光接收器130的光路通道、进气通道230以及出气通道220相连通，主激光发生器110以及副激光发生器150与检测室210之间设置有发射室250，激光接收器130与检测室210之间设置有接收室240，发射室250通过主光孔251以及副光孔252与检测室210连通，主激光发生器110出射的激光射入发射室250并从主光孔251射出进入检测室210，副激光发生器150出射的激光射入发射室250并从副光孔252射出进入检测室210，发射室250通过两个孔与检测室210连通，相比于发射室250与检测室210间隔的侧壁完全敞开，通过孔连通能够尽量避免检测室210的粉尘100逸散至发射室250污染主激光发生器110和副激光发生器150，能够提高检测精度，降低清洁频率。

主要的，副激光发生器150出射激光达到散射感光器140，在具有主激光发生器110的基础上设置副激光发生器150，用于检测散射感光器140的镜片是否被污染，也就是是否沾染粉尘100。具体的，当本方案的粉尘100浓度检测装置正常使用时，外部的风机抽吸出气通道220，从而检测室210产生负压，含尘气流从进气通道230进入检测室210，主激光发生器110射出激光进入检测室210，一部分激光穿过检测室210的光达到激光接收器130，一部分激光经过检测室210内的粉尘100散射达到散射感光器140，气流中含有的粉尘100数量越多，由粉尘100散射进入散射感光器140的散射激光越多，散射感光器140的光电信号也就越强，从而能检测出气流中的含尘量。当需要检测散射感光器140是否被粉尘100污染时，外部的风机停止运转，外部气流不进入进气通道230以保证检测室210内粉尘100，关闭主激光发生器110，然后启动副激光发生器150，由副激光发生器150发出的激光射入散射感光器140，具体如图3所示，如果散射感光器140出现的光电信号不低于第一预设光电信号，则散射感光器140没有被粉尘100污染，散射感光器140正常工作，不需要清理散射感光器140，而如果散射感光器140出现的光电信号低于第一预设光电信号，则说明散射感光器140已经被污染，需要尽快清理。对于第一预设光电信号，可以在保证散射感光器140没有被污染的情况下检测副激光发生器150发出的指定强度的激光所产生的光电信号，依次光电信号作为预设正常光电信号，或者进行多次重复测试获取多个光电信号，排除明显错误值，剩余的光电信号中取最小值作为第一预设光电信号。

由副激光发生器150发出的激光强度为主激光发生器110的发出的激光强度的50%～90%，如此设置，是为了避免副激光强度过强而超过散射感光器140的量程，如果超出量程，即使有污染也可能难以测出来，副激光发生器150发出的激光强度为为主激光发生器110的发出的激光强度的50%、60%、70%、80%或90%。

如图1所示，本体上可移动地设置有散射透镜160，散射透镜160移动能够移至/移出主激光发生器110与激光接收器130之间的激光光路，如图1、图2和图3所示的状态，均是散射透镜160移动移出主激光发生器110与激光接收器130之间的激光光路的状态，有也就是主激光发生器110射出的激光穿过反应室后直接射向激光接收器130；图4示意的状态是散射透镜160向下移动移至主激光发生器110与激光接收器130之间的激光光路的状态，也就是主激光发生器110射出的激光穿过反应室后是射向散射透镜160，穿过散射透镜160的激光才射向激光接收器130。

图1、图2和图3是本方案粉尘100浓度检测装置正常使用检测粉尘100浓度的状态，散射透镜160是用于检测主激光发生器110至检测室210之间的激光光路是否被粉尘100污染，具体的，在检测时，先采用上述检测散射感光器140是否被粉尘100污染，确保散失感光器没有被粉尘100污染后，仍然关闭外部的风机，外部气流不进入进气通道230以保证检测室210内粉尘100，关闭副激光发生器150，移动散射透镜160使得散射透镜160移动至主激光发生器110与激光接收器130之间的激光光路，启动主激光发生器110，如图4所示，由主激光发生器110射出的激光经过发射室250和主光孔251进入反应室，由于反应室没有粉尘100存在，因此所有激光全部穿过反应室射入散射透镜160，射入散射透镜160的激光一部分透过后射向激光接收器130，一部分激光经过散射透镜160反射射向散射感光器140，如果此时散射感光器140产生的光电信号不低于与第二预设光电信号，则主激光发生器110至检测室210之间的激光光路是没有被粉尘100污染，如果散射感光器140产生的光电信号低于与第二预设光电信号，则主激光发生器110至检测室210之间的激光光路已经被粉尘100污染，一般的，若主激光发生器110至检测室210之间的激光光路没有其他物件则表明主激光发生器110被污染或出现故障，若主激光发生器110至检测室210之间的激光光路存在防尘透镜170，则表明防尘透镜170被粉尘100污染或主激光发生器110出现故障，需要尽快进行清洁或修理。

对于第二预设光电信号，可以在保证散射感光器140没有被污染，并且主激光发生器110至检测室210之间的激光光路是没有被粉尘100污染的情况下，关闭风机避免粉尘100进入检测室210，下移散射透镜160使得散射透镜160移动至主激光发生器110与激光接收器130之间的激光光路上，就是如图4所示的状态，关闭副激光发生器150，启动主激光发生器110，此时散射感光器140收到的光电信号就是第二预设光电信号，当然，也可以进行多次重复测试获取多个光电信号，排除明显错误值，剩余的光电信号中取最小值作为第二预设光电信号。

如图1所示，发射室250内设置防尘透镜170，主激光发生器110和副激光发生器150设置在发射室250的一端，主光孔251和副光孔252设置在发射室250的另一端，防尘透镜170设置在发射室250的两个端部之间从而将发射室250隔断为两个不连通的腔室，从而能够避免粉尘100污染主激光发生器110，也能避免粉尘100污染副激光发生器150，此外，主激光发生器110和副激光发生器150都共用同一个防尘透镜170和发射室250，整体结构简单，成本低廉。

如图1，本体上的接收室240侧壁设置有容纳散射透镜160的容纳室242，用于在散射透镜160移出主激光发生器110与激光接收器130之间的激光光路时，容纳散射透镜160，避免未使用散射透镜160时粉尘100污染散射透镜160。

进一步的，如图1和图5所示，本体上设置有与发射室250连通的第一进气管261，第一进气管261的管口与主光孔251不对准，也不与副光孔252对准，从而由第一进气管261进入发射室250的气流难以对吹，避免检测室210中的含尘气流被来自第一进气管261的气流带入接收室240污染散射感光器140，另外，接收室240内设置有第二进气管262，第二进气管262的管口不与接收孔241对准，也是避免来自第二进气管262的气流将检测室210内的含尘气流带入发射室250污染主激光发生器110至检测室210的激光光路。

设置第一进气管261是为了减少粉尘100由检测室210飘逸进入发射室250的可能，基本能做到完全避免，设置第二进气管262是为了减少粉尘100由检测室210飘逸进入接收室240的可能，也基本能做到完全避免，具体的，第一进气管261和第二进气管262连通气泵以让气泵向第一进气管261和第二进气管262供应无尘气流，使得第一进气管261通入无尘气流进入发射室250，然后由发射室250的主光孔251和副光孔252进入检测室210，随着检测室210的含尘气流流动，如此能够大幅度阻碍粉尘100由主光孔251和副光孔252进入发射室250污染光路；第二进气管262也是如此，通过气泵向第二进气管262通入无尘气流以进入接收室240，然后由接收孔241流向检测室210，如此在允许激光又接收孔241穿过的同时能够大幅度阻碍粉尘100进入接收室240污染散射感光器140。

优选的，进入第一进气管261和第二进气管262的气流速度不能过快，具体的，由接收孔241流向检测室210的气流流速合适，该合适的气流流速使得由接收孔241流出的气流大部分都进入出气通道220流出本体，难以有来自接收孔241的气流冲到主光孔251或副光孔252里面；由主光孔251或副光孔252流入检测室210的气流流速也是如此，由接收孔241流出的气流大部分都进入出气通道220流出本体，难以有来自主光孔251或副光孔252接收孔241的气流冲到接收孔241里面。

Claims

1.激光自检式粉尘浓度检测装置，包括主激光发生器（110）、激光接收器（130）、散射感光器（140）和本体，所述本体设置有检测室（210）、进气通道（230）和出气通道（220），所述检测室（210）分别与所述主激光发生器（110）的光路通道、散射感光器（140）的检测通道、激光接收器（130）的光路通道、进气通道（230）以及出气通道（220）相连通，所述主激光发生器（110）的出射激光射入检测室（210），一部分激光穿过所述检测室（210）的光达到激光接收器（130），一部分激光经过检测室（210）内的粉尘（100）散射达到散射感光器（140）；其特征在于，还包括副激光发生器（150），所述副激光发生器（150）的出射激光达到所述散射感光器（140）。

2.根据权利要求1所述的激光自检式粉尘浓度检测装置，其特征在于，还包括可移动地设置在本体上的散射透镜（160），所述散射透镜（160）移动能够移至/移出所述主激光发生器（110）与所述激光接收器（130）之间的激光光路，所述散射透镜（160）移动至所述主激光发生器（110）与所述激光接收器（130）之间的激光光路时，入射所述散射透镜（160）的激光的一部分透过所述散射透镜（160）射向所述激光接收器（130），一部分经过所述散射透镜（160）反射后射向所述散射感光器（140）。

3.根据权利要求1或2所述的激光自检式粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述本体上设置有发射室（250），所述发射室（250）通过主光孔（251）以及副光孔（252）与所述检测室（210）连通，

主激光发生器（110）出射的激光射入发射室（250）并从主光孔（251）射出进入检测室（210），副激光发生器（150）出射的激光射入发射室（250）并从副光孔（252）射出进入检测室（210）。

4.根据权利要求3所述的激光自检式粉尘浓度检测装置，其特征在于，发射室（250）内设置防尘透镜（170），所述主激光发生器（110）和所述副激光发生器（150）设置在所述发射室（250）的一端，所述主光孔（251）和所述副光孔（252）设置在所述发射室（250）的另一端，所述防尘透镜（170）设置在所述发射室（250）的两个端部之间从而将所述发射室（250）隔断为两个不连通的腔室。

5.根据权利要求2所述的激光自检式粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述散射透镜（160）以能够上下移动的方式设置在所述本体上。

6.根据权利要求2所述的激光自检式粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述本体上设置有容纳散射透镜（160）的容纳室（242），用于在所述散射透镜（160）移出所述主激光发生器（110）与所述激光接收器（130）之间的激光光路时，容纳所述散射透镜（160）。

7.粉尘（100）浓度检测装置的自检方法，所述粉尘（100）浓度检测装置为权利要求1-6任意一项所述的激光自检式粉尘浓度检测装置，其特征在于，外部气流不进入所述进气通道（230），关闭主激光发生器（110），启动副激光发生器（150），由副激光发生器（150）发出的激光射入散射感光器（140），如果散射感光器（140）出现的光电信号不低于第一预设光电信号，则散射感光器（140）没有被粉尘（100）污染，否则散射感光器（140）已被污染。

8.根据权利要求7所述的粉尘（100）浓度检测装置的自检方法，其特征在于，清洁散射感光器（140），外部气流不进入所述进气通道（230），关闭主激光发生器（110），启动副激光发生器（150），由副激光发生器（150）发出的激光射入散射感光器（140），散射感光器（140）出现的光电信号为所述第一预设光电信号，或者重复多次以取得本权利要求所述方法状态下的多个光电信号，取最小值作为所述第一预设光电信号。

9.粉尘（100）浓度检测装置的自检方法，所述粉尘（100）浓度检测装置为权利要求2、5或6所述的激光自检式粉尘浓度检测装置，其特征在于，根据权利要求7所述的自检方法检测散射感光器（140）是否被污染；

若散射感光器（140）没有被污染则外部气流不进入进气通道（230），关闭副激光发生器（150），移动散射透镜（160）使得散射透镜（160）移动至所述主激光发生器（110）与所述激光接收器（130）之间的激光光路，启动主激光发生器（110），如果散射感光器（140）出现的光电信号不低于第二预设光电信号，则所述主激光发生器（110）与所述激光接收器（130）之间的激光光路没有被污染，否则所述主激光发生器（110）与所述激光接收器（130）之间的激光光路已被污染。

10.根据权利要求9所述的粉尘（100）浓度检测装置的自检方法，其特征在于，清洁散射感光器（140），清洁所述主激光发生器（110）与所述激光接收器（130）之间的激光光路，外部气流不进入进气通道（230），关闭副激光发生器（150），移动散射透镜（160）使得散射透镜（160）移动至所述主激光发生器（110）与所述激光接收器（130）之间的激光光路，启动主激光发生器（110），散射感光器（140）出现的光电信号为所述第二预设光电信号，或者重复多次以取得本权利要求所述方法状态下的多个光电信号，取最小值作为所述第二预设光电信号。