CN113670782A - 一种激光烟尘仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光烟尘仪，包括依序设置的激光器、玻璃管和反射镜；还包括与激光器平行设置的探测器，探测器接收端连接有导光玻璃棒；反射镜上设有中心通孔，激光器发射的激光主光束沿着中心通孔中心线方向行进；所述玻璃管后端位于所述中心通孔内；激光器发射的激光主光束照射在玻璃管内的烟尘颗粒上，发生散射形成散射光，反射镜将接收的所有散射光反射至导光玻璃棒内，散射光经导光玻璃棒汇聚至探测器上，探测器对散射光进行检测。本发明烟尘仪中反射镜带有中心通孔，中心通孔能够吸收激光主光束，减少直接打到反射镜上的激光主光束，从而能够很好地减小激光主光束对探测器的干扰；同时还能实现接收到与主光束夹角最小的散射光，从而有效提高仪器的灵敏度；另外，本发明通过倾斜设置的反射镜能够将大跨度角度内所有的散射光反射至导光玻璃棒内。

Description

一种激光烟尘仪
技术领域
本发明涉及一种激光烟尘仪。
背景技术
光散射法烟尘仪原理是利用激光光束照射到含尘气流上，使光束产生散射光，粉尘浓度越高，产生的散射光强度越大，由此测出粉尘浓度。
现有烟尘仪一般分为前向散射式和后向散射式，前向散射式是指接收的散射光角度与激光束方向在0°-90°之间，后向散射式是指接收的散射光角度与激光束方向在90°-180°之间。一般来说，前向散射的灵敏度大于后向散射。烟尘仪接收的散射光角度越小(指的是散射光与光束传播方向的夹角越小)，灵敏度越大。
目前烟尘仪中接收器相对激光源都是偏心放置，原因是目前烟尘仪体积都较大，在这样的体积下如果不偏心放置就需要将接收透镜做很大，接收透镜做很大会导致实际加工困难且成本高。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术中激光烟尘仪存在接收的散射角度大、从而测量灵敏度低的问题，提供一种能实现接收散射角度为13°且角度跨度大的激光烟尘仪。
技术方案：本发明所述的激光烟尘仪，包括依序设置的激光器、玻璃管和反射镜；还包括与激光器平行设置的探测器，探测器接收端连接有导光玻璃棒；反射镜上设有中心通孔，激光器发射的激光主光束沿着中心通孔中心线方向行进；所述玻璃管后端位于所述中心通孔内；激光器发射的激光主光束照射在玻璃管内的烟尘颗粒上，发生散射形成散射光，反射镜将接收的所有散射光反射至导光玻璃棒内，散射光经导光玻璃棒汇聚至探测器上，探测器对散射光进行检测。
其中，所述激光器发出的激光主光束直径为1.5mm～2.5mm；所述反射镜上中心通孔的孔径为12～18mm。
其中，散射光的角度为≥13°，即散射光与光束传播方向的夹角为≥13°。
其中，反射镜接收的散射光角度跨度为5～20°。
其中，还包括设置在激光器发射端的准直镜，激光器固定在激光器外壳内，准直镜通过准直镜压块固定在激光器外壳内。
其中，还包括通过螺柱固定连接的安装座和固定座，所述安装座上设有贯通安装座的第一安装槽和第二安装槽，所述固定座上设有贯通固定座的第一通孔和第二通孔；第一安装槽和第二安装槽分别与第一通孔和第二通孔一一对应设置；所述激光器外壳固定在第一安装槽内，激光器发出的激光主光束穿过第一通孔；探测器固定在第二安装槽内，与探测器连接的导光玻璃棒穿过第二安装槽后从第二通孔一侧开口伸入第二通孔并延伸至第二通孔另一侧开口处。
其中，所述固定座上还设有吹扫气入口和出气口，吹扫气入口和出气口均与第一通孔连通；空气由吹扫气入口进入第一通孔后再由出气口排出第一通孔。
其中，所述固定座上还设有与第一通孔连通的光阑安装孔。
其中，还包括窗口片光阑以及固定在窗口片光阑通孔处的透光窗口片；所述窗口片光阑伸入光阑安装孔中且固定在光阑安装孔内，所述窗口片位于第一通孔内；激光器发出的激光主光束穿过窗口片。窗口片能够实现对第一通孔形成烟道的密封(使烟道中只有开口和出口)，将高温烟气与激光器和探测器隔开。
其中，还包括反射镜固定座，反射镜呈倾斜固定在反射镜固定座内，所述反射镜竖直方向上的中心线与反射镜固定座竖直方向上的中心线之间的夹角为5～10°；反射镜竖直方向上的中心线与中心通孔水平向的中心线之间的夹角小于90°。
其中，还包括用于固定玻璃管的第一光阑和第二光阑，玻璃管的两端分别与第一光阑和第二光阑固定连接；所述第一光阑固定在第一通孔远离激光器的一侧，所述第二光阑通过锁压环固定在反射镜固定座内；玻璃管一端通过第一光阑固定在第一通孔远离激光器的一侧；玻璃管另一端穿过反射镜的中心通孔后通过第二光阑固定在反射镜固定座内；通入玻璃管内的高温烟气由固定座上的出气口排出。
有益效果：本发明烟尘仪中反射镜带有中心通孔，中心通孔能够吸收激光主光束，减少直接打到反射镜上的激光主光束，从而能够很好地减小激光主光束对探测器的干扰；同时还能实现接收到与主光束夹角最小的散射光，从而有效提高仪器的灵敏度；另外，本发明通过倾斜设置的反射镜能够将大跨度角度内所有的散射光反射至导光玻璃棒内，实现探测器能够接收到角度跨度大的散射光。
附图说明
图1为烟尘对光的散射角度分布原理图；
图2为现有烟尘仪的结构原理图；
图3为本发明激光烟尘仪的结构示意图；
图4为本发明激光烟尘仪的爆炸图；
图5为本发明激光烟尘仪的剖视图；
图6为本发明激光烟尘仪的局部结构示意图；
图7为本发明激光烟尘仪中激光器安装座的结构示意图；
图8为本发明激光烟尘仪中固定座的结构示意图；
图9为本发明激光烟尘仪中反射镜的结构示意图；
图10为本发明激光烟尘仪接收的散射光的原理图。
具体实施方式
图1为烟尘对光的散射原理图，由图1可知，沿光束传播方向的夹角越小，散射光越强，能够接收到越小夹角的散射光，说明仪器对低浓度的烟气也能检测到光强信号，从而说明仪器的灵敏度越高。图2为现有烟尘仪的结构原理图，该烟尘仪为固定角度激光前散射原理，激光束30射入烟道，激光束30与烟气中的颗粒物产生散射且形成散射光40，散射光40的强弱和散射截面成正比，当颗粒物浓度升高时，颗粒物的散射光截面增大，散射光增强，通过散射光的强弱进一步测量出颗粒物的浓度。散射光经透镜20后进入探测器10内，探测器10对散射光40进行检测。该烟尘仪接收的散射角度为30°。
如图3～9所示，本发明激光烟尘仪，包括依序设置的激光器1、玻璃管11和反射镜13；本发明激光烟尘仪还包括与激光器1平行设置的探测器5，探测器5接收端连接有导光玻璃棒6；反射镜13上设有中心通孔131，激光器1发射的激光主光束101沿着中心通孔131中心线方向行进，激光器1发射的激光主光束101的中心线与中心通孔131的中心线重合；玻璃管11后端位于中心通孔131内；激光器1发射的激光主光束101照射在玻璃管11内的烟尘颗粒102上，发生散射形成散射光103，反射镜13接收散射光角度为13～30°范围内各个角度对应圆周上所有的散射光103并反射至导光玻璃棒6内，散射光103经导光玻璃棒6汇聚至探测器5上，探测器5对散射光103进行检测。
本发明激光烟尘仪中，激光器1发出的激光主光束101直径为1.5mm～2.5mm；反射镜13上中心通孔131的孔径为15mm。反射镜13的镜面透镜上更多的面积用于接收散射光103，接收的散射光角度跨度大且能在减少主光束干扰基础上实现接收到与主光束夹角最小的散射光，从而有效提高仪器的灵敏度。
本发明激光烟尘仪还包括设置在激光器1发射端的准直镜3，激光器1固定在激光器外壳2内，准直镜3通过准直镜压块4固定在激光器外壳2内。
本发明激光烟尘仪还包括通过螺柱9固定连接的安装座7和固定座8，螺柱9一端固定在安装座7的第一安装孔73内，螺柱9另一端固定在固定座8的第二安装孔86内，本发明激光烟尘仪可用于热烟气现场，通过螺柱9和导光玻璃棒6将激光器1和探测器5与热端隔开，从而保障仪器的正常工作；安装座7上设有贯通安装座7的第一安装槽71和第二安装槽72，第一安装槽71和第二安装槽72上下平行设置；固定座8上设有贯通固定座8的第一通孔81和第二通孔82，第一通孔81和第二通孔82上下平行设置；第一安装槽71和第二安装槽72分别与第一通孔81和第二通孔82一一对应设置，即第一通孔81与第一安装槽71相互贯通，第二通孔82与第二安装槽72相互贯通；激光器外壳2固定在第一安装槽71内，激光器1发出的激光主光束101穿过第一通孔81；探测器5固定在第二安装槽72内，与探测器5连接的导光玻璃棒6穿过第二安装槽72后从第二通孔82一侧开口伸入第二通孔82并延伸至第二通孔82另一侧开口处。
其中，固定座8上还设有由其上表面向下延伸且均与第一通孔81连通的吹扫气入口83和出气口84，洁净空气由吹扫气入口83进入第一通孔81后再由出气口84排出第一通孔81；同时固定座8上还设有由其上表面向下延伸且与第一通孔81连通的光阑安装孔85；固定座8上表面的光阑安装孔85、吹扫气入口83和出气口84依序设置。本发明激光烟尘仪还包括窗口片光阑19以及固定在窗口片光阑19通孔处的窗口片18；窗口片光阑19伸入光阑安装孔85中且固定在光阑安装孔85内，窗口片18位于第一通孔81内；激光器1发出的激光主光束101穿过窗口片18。
本发明激光烟尘仪还包括反射镜固定座15，反射镜13呈倾斜固定在反射镜固定座15内，所述反射镜13竖直方向上的中心线与反射镜固定座15竖直方向上的中心线之间的夹角为7.6°；反射镜13竖直方向上的中心线与中心通孔131水平向的中心线之间的夹角小于90°，倾斜放置的反射镜13才能使射向反射镜13上的散射光103均能够被反射至导光玻璃棒6内。
本发明激光烟尘仪还包括用于固定玻璃管11的第一光阑12和第二光阑14，玻璃管11的两端分别与第一光阑12和第二光阑14固定连接；所述第一光阑12固定在第一通孔81远离激光器1的一侧，所述第二光阑14通过锁压环16固定在反射镜固定座15内；玻璃管11一端通过第一光阑12固定在第一通孔81远离激光器1的一侧；玻璃管11另一端穿过反射镜13的中心通孔131后通过第二光阑14固定在反射镜固定座15内；
本发明激光烟尘仪还包括用于承载固定座7和反射镜固定座15的底座17。
洁净空气由吹扫气入口83进入第一通孔81后再由出气口84排出，含烟尘颗粒102的高温烟气从玻璃管11后端通入玻璃管11内，通入玻璃管11内的烟气由固定座8上的出气口84排出。
如图10所示，激光器1发出的激光主光束101沿直线传播，激光主光束101依次穿过第一安装槽71、第一通孔81和中心通孔131，穿过第一通孔81内的窗口片18后照射在玻璃管11内的烟尘颗粒102上发生散射并形成向周围发射的散射光103，激光主光束101在中心通孔131内被吸收，反射镜13接收圆锥角为α角度内的所有散射光103并反射至导光玻璃棒6内，散射光103经导光玻璃棒6汇聚至探测器5上，探测器5对散射光103进行检测；本实施例中α为13°-30°。
a区域内的激光主光束101在中心通孔131内被吸收；b区域和c区域是反射镜13所对应的区域，散射光103在b区域和c区域被反射镜13反射至导光玻璃棒6内。
本发明采用具有中心通孔131的反射镜13作为接收散射光的光学元件，在反射镜13的基础上，实现了接收烟尘颗粒102的散射光角度为前向散射13°-30°，在该角度范围(13°-30°)内每个角度对应360°圆周上的所有散射光103都能被接收。烟尘颗粒102在相同的浓度下，前向散射的散射角越小，产生的散射光强度越大；本发明仪器能够接收的散射角度小，从而能够检测到更低浓度的烟气，因此检测灵敏度高。

Claims (10)

1.一种激光烟尘仪，其特征在于：包括依序设置的激光器(1)、玻璃管(11)和反射镜(13)；还包括与激光器(1)平行设置的探测器(5)，探测器(5)接收端连接有导光玻璃棒(6)；反射镜(13)上设有中心通孔(131)，激光器(1)发射的激光主光束(101)沿着中心通孔(131)中心线方向行进；所述玻璃管(11)后端位于所述中心通孔(131)内；激光器(1)发射的激光主光束(101)照射在玻璃管(11)内的烟尘颗粒(102)上，发生散射形成散射光(103)，反射镜(13)将接收的所有散射光反射至导光玻璃棒(6)内，散射光经导光玻璃棒(6)汇聚至探测器(5)上，探测器(5)对散射光进行检测。
2.根据权利要求1所述的激光烟尘仪，其特征在于：所述激光器(1)发出的激光主光束(101)直径为1.5mm～2.5mm；所述反射镜(13)上中心通孔(131)的孔径为12～18mm。
3.根据权利要求1所述的激光烟尘仪，其特征在于：散射光的角度为≥13°。
4.根据权利要求1所述的激光烟尘仪，其特征在于：还包括设置在激光器(1)发射端的准直镜(3)，激光器(1)固定在激光器外壳(2)内，准直镜(3)通过准直镜压块(4)固定在激光器外壳(2)内。
5.根据权利要求1所述的激光烟尘仪，其特征在于：还包括通过螺柱(9)固定连接的安装座(7)和固定座(8)，所述安装座(7)上设有贯通安装座(7)的第一安装槽(71)和第二安装槽(72)，所述固定座(8)上设有贯通固定座(8)的第一通孔(81)和第二通孔(82)；第一安装槽(71)和第二安装槽(72)分别与第一通孔(81)和第二通孔(82)一一对应设置；所述激光器外壳(2)固定在第一安装槽(71)内，激光器(1)发出的激光主光束(101)穿过第一通孔(81)；探测器(5)固定在第二安装槽(72)内，与探测器(5)连接的导光玻璃棒(6)穿过第二安装槽(72)后从第二通孔(82)一侧开口伸入第二通孔(82)并延伸至第二通孔(82)另一侧开口处。
6.根据权利要求5所述的激光烟尘仪，其特征在于：所述固定座(8)上还设有吹扫气入口(83)和出气口(84)，吹扫气入口(83)和出气口(84)均与第一通孔(81)连通；空气由吹扫气入口(83)进入第一通孔(81)后再由出气口(84)排出第一通孔(81)。
7.根据权利要求5所述的激光烟尘仪，其特征在于：所述固定座(8)上还设有与第一通孔(81)连通的光阑安装孔(85)。
8.根据权利要求7所述的激光烟尘仪，其特征在于：还包括窗口片光阑(19)以及固定在窗口片光阑(19)通孔处的窗口片(18)；所述窗口片光阑(19)伸入光阑安装孔(85)中且固定在光阑安装孔(85)内，所述窗口片(18)位于第一通孔(81)内；激光器(1)发出的激光主光束(101)穿过窗口片(18)。
9.根据权利要求1所述的激光烟尘仪，其特征在于：还包括反射镜固定座(15)，反射镜(13)呈倾斜固定在反射镜固定座(15)内，所述反射镜(13)竖直方向上的中心线与反射镜固定座(15)竖直方向上的中心线之间的夹角为5～10°；反射镜(13)竖直方向上的中心线与中心通孔(131)水平向的中心线之间的夹角小于90°。
10.根据权利要求1所述的激光烟尘仪，其特征在于：还包括用于固定玻璃管(11)的第一光阑(12)和第二光阑(14)，玻璃管(11)的两端分别与第一光阑(12)和第二光阑(14)固定连接；所述第一光阑(12)固定在第一通孔(81)远离激光器(1)的一侧，所述第二光阑(14)通过锁压环(16)固定在反射镜固定座(15)内；玻璃管(11)一端通过第一光阑(12)固定在第一通孔(81)远离激光器(1)的一侧；玻璃管(11)另一端穿过反射镜(13)的中心通孔(131)后通过第二光阑(14)固定在反射镜固定座(15)内；通入玻璃管(11)内的高温烟气由固定座(8)上的出气口(84)排出。
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