CN112730186B - 一种粉尘浓度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉尘浓度检测方法，按以下步骤进行：采集定量待测样气，粗测采样时间内待测样气中粉尘数N；若N大于或等于预设阈值X，对待测样气进行稀释，使N小于预设阈值X，若N小于预设阈值X，待测样气无需稀释；对S2中得到的待测样气进行过滤，依次将含有不同粒径粉尘的待测样气输入一测量腔内；对测量腔内的待测样气进行光声光谱检测，测出待测样气内粉尘浓度。本方法可以快速准确的检测出粉尘浓度。
Description
技术领域
本发明涉及环境检测技术领域，尤其是涉及一种粉尘浓度检测方法。
背景技术
目前国内外粉尘浓度检测方法可分为两大类：取样法和非取样法。取样法有称重法、β射线法、压电振动法等。非取样法有光散射法、光透射法、超声波法等。取样法是采集待测区域内一定体积的含尘样气，用过滤膜将样气中粉尘颗粒过滤分离，通过测量含尘气体的体积、质量等参数后计算出粉尘浓度。取样法需要对系统的过滤膜进行频繁的更换，这不仅增加了工人的工作量，还降低了系统的效率。非取样法是通过粉尘的光电特性间接地测量粉尘浓度值的一种方法。非取样法需要将含尘样气引入测量腔进行测量，而对于高温高湿的煤矿粉尘，极容易造成测量腔的污染与堵塞，使设备测量精度下降甚至失效，且非取样法测量值受粉尘颗粒物粒径大小的影响较大，它不能测出不同粒径大小的粉尘浓度值。为此，国内外众多学者开始研究设计粉尘浓度检测装置，并且取得了一定的成果。然而，尚未见到将光声光谱检测方法应用于矿井粉尘浓度检测领域中。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种检测快速准确、使用安全的粉尘浓度检测方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种粉尘浓度检测方法，按以下步骤进行：
S1：采集定量待测样气，粗测采样时间内待测样气中粉尘数N；
S2：若N大于或等于预设阈值X，对待测样气进行稀释，使N小于预设阈值X，
若N小于预设阈值X，待测样气无需稀释；
S3：对S2中得到的待测样气进行过滤，依次将含有不同粒径粉尘的待测样气输入一测量腔内；
S4：对测量腔内的待测样气进行光声光谱检测，测出待测样气内粉尘浓度。
进一步的，步骤S1中，采集待测样气前，对测量腔进行清洗吹扫。
进一步的，步骤S3中，通过一粒径控制阀对待测样气进行过滤，所述粒径控制阀包括一阀体和转动连接在阀体内的球阀，所述球阀上具有多个贯穿孔，同一贯穿孔内安装有至少一个同一孔径的过滤网，所述阀体具有进气孔和出气孔，以使球阀转动一定角度后，有且仅有一个贯穿孔分别连接进气孔和出气孔。
进一步的，步骤S4中，测量腔外后端沿其中轴线依次布置有准直光阑组、光电隔离器和激光器。
进一步的，所述测量腔外前端设置有一用于接收激光器发出的激光的光电探测器，所述光电探测器依次电性连接有放大器、数据采集卡、锁相卡和微音器；所述微音器固定连接在测量腔的侧壁上，所述锁相卡通过一调制电路与激光器电性连接。
进一步的，步骤S2中，若N大于或等于预设阈值X，对待测样气进行稀释后，将稀释后的待测样气输入一混合腔内进行充分混合后，再进行后续步骤。
进一步的，步骤S1至S4均应在防爆环境内进行。
进一步的，步骤S4中，将光声光谱检测得到的数据通过以太网发送至计算机Labview软件中进行信号分析处理得出粉尘浓度值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本方法通过对同一样气中不同粒径大小粉尘的过滤测量，可实现对同一样气中不同粒径粉尘浓度的测量，从而能够精确获取不同组分粒径粉尘浓度值。测量前或测量后对测量腔体的清洗吹扫，降低了测量误差，提高了系统精度。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例一的工作流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效作详细说明。
实施例一
如图1所示，一种对煤矿今夏综采工作面粉尘浓度检测方法：
设置采样时间t,以小型抽气泵作为动力装置，由质量流量计控制以200ml/min的速度将含尘样气抽入检测系统，由粉尘计数器粗测采样时间t内经采样管道的粉尘数N，再与预设阙值X比较大小，确定是否需进行稀释(综采工作面粉尘浓度很大，这里默认超过检测系统的检测限)；压缩氮气经压力调节阀调节后，以指定压力恒定输出对含尘样气进行稀释，以获得确定的稀释比k，稀释后的气体经缓冲混合后，由粒径控制阀依次将粒径为2.5um以下、5um以下、10um以下、20um以下等不同粒径大小的粉尘输入测量腔进行光声光谱测量。测量腔内粉尘浓度可表示为：
上式中：SPA(mV)为光声信号幅值；
为微音器灵敏度；Ccell(Pa·(cm-1·W)-1)为光声池池常数，P0(W)为激光器功率；；c(ml/cm2)为粉尘浓度；σ(cm2)为吸收截面。
得出以下数据：
2.5um以下粉尘浓度：106mg/m3。
5um以下粉尘浓度：125mg/m3。
10um以下粉尘浓度：183mg/m3。
20um以下粉尘浓度：342mg/m3。
(2)以测量煤矿井下矿井巷道粉尘浓度为例：方法同上所述。得出结果：
2.5um以下粉尘浓度：13mg/m3。
5um以下粉尘浓度：49mg/m3。
10um以下粉尘浓度：83mg/m3。
20um以下粉尘浓度：136mg/m3。
采集待测样气前，对测量腔进行清洗吹扫。
粒径控制阀包括一阀体和转动连接在阀体内的球阀，所述球阀上具有多个贯穿孔，同一贯穿孔内安装有至少一个同一孔径的过滤网，所述阀体具有进气孔和出气孔，以使球阀转动一定角度后，有且仅有一个贯穿孔分别连接进气孔和出气孔。
测量腔外后端沿其中轴线依次布置有准直光阑组、光电隔离器和激光器。测量腔外前端设置有一用于接收激光器发出的激光的光电探测器，光电探测器依次电性连接有放大器、数据采集卡、锁相卡和微音器；微音器固定连接在测量腔的侧壁上，所述锁相卡通过一调制电路与激光器电性连接。
检测均应在防爆环境内进行。
将光声光谱检测得到的数据通过以太网发送至计算机Labview软件中进行信号分析处理得出粉尘浓度值。
实施例二
一种对面粉厂制粉车间粉尘浓度检测方法：
制粉车间主要进行小麦的研磨和筛分，车间里的磨粉机为主要尘源，测点位置为磨粉机工人工作位置处粉尘浓度。设置采样时间t,以小型抽气泵作为动力装置，由质量流量计控制以200ml/min的速度将待测样气抽入检测系统，由粉尘计数器粗测采样时间t内经采样管道的粉尘数N，再与预设阙值X比较大小，确定是否需进行稀释。(1)若N>X，压缩氮气经压力调节阀调节后，以指定压力恒定输出进行稀释，以获得确定的稀释比k，稀释后的气体经缓冲混合后，由粒径控制阀依次将粒径为2.5um以下、5um以下、10um以下、20um以下等不同粒径大小的粉尘输入光声光谱测量腔进行测量。测量腔内粉尘浓度可表示为：
上式中：SPA(mV)为光声信号幅值；
为微音器灵敏度；Ccell(Pa·cm-1·W)-1)为光声池池常数，P0(W)为激光器功率；；c(ml/cm2)为粉尘浓度；σ(cm2)为吸收截面。
(2)若N<X，则采集的待测样气无需稀释，直接由粒径控制阀依次将粒径为2.5um以下、5um以下、10um以下、20um以下等不同粒径大小的粉尘输入光声光谱测量腔进行测量。测量腔内粉尘浓度可表示为：
得出以下数据：
2.5um以下粉尘浓度：3.54mg/m3。
5um以下粉尘浓度：12.31mg/m3。
10um以下粉尘浓度：52.49mg/m3。
20um以下粉尘浓度：67.26mg/m3。
采集待测样气前，对测量腔进行清洗吹扫。
粒径控制阀包括一阀体和转动连接在阀体内的球阀，所述球阀上具有多个贯穿孔，同一贯穿孔内安装有至少一个同一孔径的过滤网，所述阀体具有进气孔和出气孔，以使球阀转动一定角度后，有且仅有一个贯穿孔分别连接进气孔和出气孔。
测量腔外后端沿其中轴线依次布置有准直光阑组、光电隔离器和激光器。测量腔外前端设置有一用于接收激光器发出的激光的光电探测器，光电探测器依次电性连接有放大器、数据采集卡、锁相卡和微音器；微音器固定连接在测量腔的侧壁上，所述锁相卡通过一调制电路与激光器电性连接。
非矿井环境下，检测可不一定需要在防爆环境下进行。
将光声光谱检测得到的数据通过以太网发送至计算机Labview软件中进行信号分析处理得出粉尘浓度值。
实施例三
一种对水泥厂包装区粉尘浓度检测方法：
方法如实施例二所述。得出以下结果：
总粉尘质量浓度：11.94mg/m3。
呼吸性粉尘质量浓度：5.17mg/m3。
呼吸性粉尘是指粒径在5um以下能进入人体肺泡区的颗粒物。此处粒径过滤阀上可只设置一个5um的过滤膜。
实施例四
一种对环境空气中粉尘浓度检测方法：
测点为距离地面为9m的室外环境，远离城市工业区。方法如实施例二,得出以下结果：
PM10:81.36mg/m3。
PM2.5:43.84mg/m3。
PM10是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于10um的颗粒物,也称可吸入颗粒物。PM2.5指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5um的颗粒物。此处粒径过滤阀上可设置一个10um和2.5um的过滤膜。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种粉尘浓度检测方法，其特征在于，按以下步骤进行：
S1：采集定量待测样气，粗测采样时间内待测样气中粉尘数N；
S2：若N大于或等于预设阈值X，对待测样气进行稀释，使N小于预设阈值X，若N小于预设阈值X，待测样气无需稀释；
S3：对S2中得到的待测样气进行过滤，依次将含有不同粒径粉尘的待测样气输入一测量腔内；
步骤S3中，通过一粒径控制阀对待测样气进行过滤，所述粒径控制阀包括一阀体和转动连接在阀体内的球阀，所述球阀上具有多个贯穿孔，同一贯穿孔内安装有至少一个同一孔径的过滤网，所述阀体具有进气孔和出气孔，以使球阀转动一定角度后，有且仅有一个贯穿孔分别连接进气孔和出气孔；
S4：对测量腔内的待测样气进行光声光谱检测，测出待测样气内粉尘浓度。
2.根据权利要求1所述的粉尘浓度检测方法，其特征在于：步骤S1中，采集待测样气前，对测量腔进行清洗吹扫。
3.根据权利要求1所述的粉尘浓度检测方法，其特征在于：步骤S4中，测量腔外后端沿其中轴线依次布置有准直光阑组、光电隔离器和激光器。
4.根据权利要求3所述的粉尘浓度检测方法，其特征在于：所述测量腔外前端设置有一用于接收激光器发出的激光的光电探测器，所述光电探测器依次电性连接有放大器、数据采集卡、锁相卡和微音器；所述微音器固定连接在测量腔的侧壁上，所述锁相卡通过一调制电路与激光器电性连接。
5.根据权利要求1所述的粉尘浓度检测方法，其特征在于：步骤S2中，若N大于或等于预设阈值X，对待测样气进行稀释后，将稀释后的待测样气输入一混合腔内进行充分混合后，再进行后续步骤。
6.根据权利要求1所述的粉尘浓度检测方法，其特征在于：步骤S1至S4均应在防爆环境内进行。
7.根据权利要求1所述的粉尘浓度检测方法，其特征在于：步骤S4中，将光声光谱检测得到的数据通过以太网发送至计算机Labview软件中进行信号分析处理得出粉尘浓度值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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