CN114659953A - 基于振荡天平的矿井便携式实时粉尘浓度监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于振荡天平的矿井便携式实时粉尘浓度监测装置及方法,通过湿度传感器检测气体相对湿度,确认是否需要开启加热除湿装置,在相对湿度小于等于60%时,无需开启加热除湿装置,通过将质量传感装置A和质量传感装置B各自检测数据取平均值作为当前的粉尘颗粒物质量浓度;在相对湿度大于60%时,开启加热除湿装置,对流经质量传感装置A的气体进行加热除湿,使其相对湿度降低至60%以下,质量传感装置B在相对湿度较大时并不进行加热除湿,其通过引入湿度修正系数CF根据当前的相对湿度值对其检测的数据进行修正,最后将质量传感装置B修正后的数据和质量传感装置A检测的数据两者结合取平均值,最终得出当前的粉尘颗粒物质量浓度。
Description
技术领域
本发明涉及粉尘浓度监测领域,具体涉及一种基于振荡天平的矿井便携式实时粉尘浓度监测装置及方法。
背景技术
矿井粉尘一直是危害井下工人健康与安全的重要因素之一。长时间高浓度的粉尘接触会对工人的呼吸道和肺部造成巨大威胁,进而引发尘肺病、肺癌等职业性疾病。同时,较高浓度的粉尘环境为粉尘爆炸提供了极大可能性。因此,进行实时矿下粉尘浓度监测是极为必要的。
目前的作业场所主要粉尘浓度监测方法为滤膜沉重法、光散射法和振荡天平法。对于滤膜称重法,其测量结果虽然精确,但却存在着监测成本较高,操作繁琐、费时,无法进行实时监测等问题。对于光散射法,虽成本较低,实时性较好,但极易受外界温度、湿度等环境参数影响,使用条件非常严苛。对于振荡天平法,其利用了物体的固有振动频率与其质量之间的关系来测量采样的质量,灵敏度、准确度较高,监测范围较广,易携带,单位样品成本低。由此看来,相较于其它粉尘浓度监测方法,在环境较为复杂的煤矿井下,欲达到实时粉尘浓度监测的目的,振荡天平法更具优越性。但是振荡天平在环境湿度较大(大于60%)的情况下,也会导致粉尘浓度监测精度降低,因此如何提供一种装置及方法,能在环境湿度较大的环境下,持续保持实时粉尘浓度监测的精度,是本行业研究的方向之一。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本发明提供一种基于振荡天平的矿井便携式实时粉尘浓度监测装置及方法,能在环境湿度较大的环境下,也能持续保持实时粉尘浓度监测的精度。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种基于振荡天平的矿井便携式实时粉尘浓度监测装置,包括壳体、湿度传感器、流量控制器A、流量控制器B、质量传感装置A、质量传感装置B、加热除湿装置、气泵、DSP控制器、供电装置和液晶显示屏;质量传感装置A和质量传感装置B均为振荡天平式质量传感器;
所述壳体内部设有第一连接通道和第一排气管路,第一连接通道一端伸出壳体作为主进气口,第一连接通道另一端与第一排气管路一端连接,第一排气管路另一端与气泵的第一进气口连接,湿度传感器装在第一连接通道和第一排气管路的连接处,用于检测流过连接处的气体湿度值;第一排气管路上开设第一分流口和第二分流口,第一分流口通过第三排气管路与气泵的第三进气口连接,流量控制器B、质量传感装置B均串联在第三排气管路上,且流量控制器B最靠近第一分流口;第二分流口通过第二排气管路与气泵的第二进气口连接,流量控制器A、质量传感装置A和加热除湿装置均串联在第二排气管路上,且流量控制器A最靠近第二分流口,加热除湿装置处于流量控制器A和质量传感装置A之间;所述气泵的排气口伸出壳体外部;
所述DSP控制器装在壳体内,用于接收湿度传感器反馈的湿度值,经过分析处理控制加热除湿装置的开启或关闭,同时用于接收质量传感装置A和质量传感装置B反馈的数据值,经过分析处理获得实时粉尘浓度值传递给液晶显示屏,并且DSP控制器通过调节流量控制器A和流量控制器B对流过质量传感装置A和质量传感装置B的流量进行控制;
所述液晶显示屏装在壳体上部,用于接收DSP控制器传递的实时粉尘浓度值并进行显示;所述供电装置为整个便携式实时粉尘浓度监测装置供电。
进一步,所述主进气口处装有粒径切割器,用于筛选不同粒径的粉尘。使进入装置内的颗粒的粒径大致相同,便于后续的浓度检测。
进一步,所述DSP控制器为单片机。
进一步,所述气泵为可调隔膜微型气泵。这种气泵抽气效果更好。
进一步,还包括lora无线传输模块,lora无线传输模块与DSP控制器连接,用于将获得的实时粉尘浓度无线传输给云平台。Lora为一种扩频调制技术,相较于Wi-Fi、蓝牙和Zigbee等无线通讯技术,具有传输距离远、功耗低、抗干扰能力强等优点。
一种基于振荡天平的矿井便携式实时粉尘浓度监测装置的工作方法,具体步骤为:
A、先测量及计算获得不同相对湿度情况下质量传感装置B的湿度修正系数,具体步骤如下:
S1、在相对湿度为0的状态下,使用光散射法、滤膜称重法、振荡天平法测量相同粉尘颗粒物质量浓度的样品,得到粉尘颗粒物质量浓度为C1、C2、C3;对不同测量方法得到的粉尘颗粒物质量浓度取均值,得到最终样品的粉尘颗粒物质量浓度并将其作为标准值;上述样品的制备与检测步骤如下:
(1)从煤矿井下回采工作面取一定量体积的气体;
(2)将步骤(1)中气体充分搅动后抽取三份相同体积的气体,并用湿度控制器调节存储该气体的装置中空气相对湿度为0,作为上述步骤运用光散射法、滤膜称重法、振荡天平法检测的待测样品;
(3)以pm10检测为例,运用光散射法、滤膜称重法、振荡天平法分别检测(2)中制备的样品,得到pm10质量浓度为C1、C2、C3;
S2、将相对湿度值大于60%后,每5%划分为一个分段,共分成八段;
S3、选择一个分段,对该分段内等差取十个相对湿度值,将步骤S1相同的粉尘颗粒物质量浓度的样品分别处于上述十个相对湿度值,然后采用质量传感装置B分别对上述十个相对湿度值情况下的样品进行振荡天平法测量,从而获得每个相对湿度值情况下样品的粉尘颗粒物质量浓度,不同相对湿度的样品制备与检测步骤如下:
一、从步骤S1中的步骤(1)抽取经充分搅动后的相同体积气体若干份;
二、用湿度控制器调节存储该气体的装置中空气相对湿度为对应的相对湿度,以第一分段相对湿度60%-65%为例,调节空气相对湿度为60.5%、61%、61.5%、62%、62.5%、63%、63.5%、64%、64.5%、65%;
三、运用振荡天平法分别检测步骤二的十个样品,得到对应空气相对湿度下的十个检测结果;
S4、运用MATLAB非线性最小二乘法拟合步骤S3所得的十个粉尘颗粒物质量浓度与标准值的关系,从而得出该分段内的湿度修正系数CF;
S5、重复步骤S3和S4,从而获得所有分段各自的湿度修正系数CF;
S6、将质量传感装置A测量数据和质量传感装置B经过湿度修正后数据取平均值,最终获得在相对湿度值大于60%后粉尘颗粒物质量浓度C=(CA+CB)/2;
S7、将步骤S5获得的数据和步骤S6的公式存储在DSP控制器内;
B、将便携式实时粉尘浓度监测装置放置至所需检测的位置,启动气泵,气泵对第一排气管路、第二排气管路和第三排气管路同时进行抽气,外部的气体从主进气口进入第一连接通道,并分别进入第一排气管路、第二排气管路和第三排气管路,然后DSP控制器调节流量控制器A和流量控制器B,使进入第二排气管路和第三排气管路内的气流量相同;
C、湿度传感器实时检测经过的气体相对湿度值,并反馈给DSP控制器,DSP控制器进行分析处理,若相对湿度值小于等于60%则进入步骤D,若相对湿度值大于60%则进入步骤E;
D、质量传感装置A和质量传感装置B分别监测第三排气管路和第二排气管路内流经的粉尘颗粒物质量浓度,并将实时检测值反馈给DSP控制器,DSP控制器将两个值取平均值确定为当前的粉尘颗粒物质量浓度,并通过lora无线传输模块传递给云平台,同时传递给液晶显示屏进行显示;经过检测的气体分别从第三排气管路和第二排气管路进入气泵并从排气口排出;
E、DSP控制器控制加热除湿装置开始工作,然后质量传感装置A和质量传感装置B分别监测第三排气管路和第二排气管路内流经的粉尘颗粒物质量浓度,并将实时检测值反馈给DSP控制器,DSP控制器根据当前湿度传感器检测的相对湿度值确定所对应的湿度修正系数CF,然后采用该湿度修正系数CF对质量传感装置B检测值进行修正,最后将质量传感装置B修正后的数据和质量传感装置A检测的数据结合取平均值,最终得出当前的粉尘颗粒物质量浓度,并通过lora无线传输模块传递给云平台,同时传递给液晶显示屏进行显示;经过检测的气体分别从第三排气管路和第二排气管路进入气泵并从排气口排出。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
1、本发明采用振荡天平法作为矿井粉尘颗粒物质量浓度检测单元,利用了物体的固有振动频率与其质量之间的关系来测量采样的质量,灵敏度、准确度较高,监测范围较广,单位样品成本低,保留了振荡天平法的优点。
2、本发明设置质量传感装置A和质量传感装置B,通过湿度传感器检测气体相对湿度,确认是否需要开启加热除湿装置,在相对湿度小于等于60%时,无需开启加热除湿装置,通过将质量传感装置A和质量传感装置B各自检测数据取平均值作为当前的粉尘颗粒物质量浓度;降低了加热除湿装置开启时对后续检测的影响;在相对湿度大于60%时,开启加热除湿装置,对流经质量传感装置A的气体进行加热除湿,使其相对湿度降低至60%以下,但是这种方式由于加热除湿装置启动时的干扰及升温所导致的某些颗粒物的理化变化,共同作用后会导致质量传感装置A检测值出现一些误差,因此质量传感装置B在相对湿度较大时并不进行加热除湿,其通过引入湿度修正系数CF根据当前的相对湿度值对其检测的数据进行修正,最后将质量传感装置B修正后的数据和质量传感装置A检测的数据两者结合取平均值,最终得出当前的粉尘颗粒物质量浓度;这种方式能有效保证在相对湿度大于60%后的环境下,实时获得精确的粉尘颗粒物质量浓度;
3、获得的实时粉尘颗粒物质量浓度,通过lora无线传输模块将数据无线传输给云平台,可以实时监测矿井工作人员累计粉尘接触量,并通过云平台对无线接收到的数据再处理后进行暴露水平和风险级别评估,自动针对风险级别采取不同的应对措施。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图;
图2是本发明的工作流程图。
图中:1、粒径切割器,2、湿度传感器,3、流量控制器B,4、质量传感装置B,5、气泵,6、排气口,7、第三排气管路,8、第一分流口,9、加热除湿装置,10、第二排气管路,11、第一排气管路,12、DSP控制器,13、供电装置,14、质量传感装置A,15、主进气口,16、流量控制器A,17、第二分流口,18、第一连接通道,19、壳体,20、液晶显示屏。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1所示,一种基于振荡天平的矿井便携式实时粉尘浓度监测装置,包括壳体19、湿度传感器2、流量控制器A16、流量控制器B3、质量传感装置A14、质量传感装置B4、加热除湿装置9、气泵5、DSP控制器12、供电装置13和液晶显示屏20;质量传感装置A14和质量传感装置B4均为振荡天平式质量传感器;
所述壳体19内部设有第一连接通道18和第一排气管路11,第一连接通道18一端伸出壳体19作为主进气口15,第一连接通道18另一端与第一排气管路11一端连接,第一排气管路11另一端与气泵5的第一进气口连接,湿度传感器2装在第一连接通道18和第一排气管路11的连接处,用于检测流过连接处的气体湿度值;第一排气管路11上开设第一分流口8和第二分流口17,第一分流口8通过第三排气管路7与气泵5的第三进气口连接,流量控制器B3和质量传感装置B4均串联在第三排气管路7上,且流量控制器B3最靠近第一分流口8;第二分流口17通过第二排气管路10与气泵5的第二进气口连接,流量控制器A16、质量传感装置A14和加热除湿装置9均串联在第二排气管路10上,且流量控制器A16最靠近第二分流口17,加热除湿装置9处于流量控制器A16和质量传感装置A14之间;所述气泵5的排气口伸出壳体19外部;
所述DSP控制器12装在壳体19内,用于接收湿度传感器2反馈的湿度值,经过分析处理控制加热除湿装置9的开启或关闭,同时用于接收质量传感装置A14和质量传感装置B4反馈的数据值,经过分析处理获得实时粉尘浓度值传递给液晶显示屏,并且DSP控制器12通过调节流量控制器A16和流量控制器B3对流过质量传感装置A14和质量传感装置B4的流量进行控制;
所述液晶显示屏20装在壳体19上部,用于接收DSP控制器12传递的实时粉尘浓度值并进行显示;所述供电装置13为整个便携式实时粉尘浓度监测装置供电。所述主进气口15处装有粒径切割器1,用于筛选不同粒径的粉尘。使进入装置内的颗粒的粒径大致相同,便于后续的浓度检测。所述DSP控制器12为单片机。所述气泵5为可调隔膜微型气泵。这种气泵抽气效果更好。
作为本发明的一种改进,还包括lora无线传输模块,lora无线传输模块与DSP控制器12连接,用于将获得的实时粉尘浓度无线传输给云平台。Lora为一种扩频调制技术,相较于Wi-Fi、蓝牙和Zigbee等无线通讯技术,具有传输距离远、功耗低、抗干扰能力强等优点。另外采用这种无线传输技术,可以实时监测矿井工作人员累计粉尘接触量,并通过云平台对无线接收到的数据再处理后进行暴露水平和风险级别评估,自动针对风险级别采取不同的应对措施。
上述湿度传感器2、流量控制器A16、流量控制器B3、加热除湿装置9、质量传感装置A14、质量传感装置B4、气泵5、DSP控制器12、供电装置13和液晶显示屏20均为现有器件,通过市场能直接购买获得。
如图2所示,上述基于振荡天平的矿井便携式实时粉尘浓度监测装置的工作方法,具体步骤为:
A、先测量及计算获得不同相对湿度情况下质量传感装置B4的湿度修正系数,具体步骤如下:
S1、在相对湿度为0的状态下,使用光散射法、滤膜称重法、振荡天平法测量相同粉尘颗粒物质量浓度的样品,得到粉尘颗粒物质量浓度为C1、C2、C3;对不同测量方法得到的粉尘颗粒物质量浓度取均值,得到最终样品的粉尘颗粒物质量浓度并将其作为标准值;上述样品的制备与检测步骤如下:
(1)从煤矿井下回采工作面取一定量体积的气体;
(2)将步骤(1)中气体充分搅动后抽取三份相同体积的气体,并用湿度控制器调节存储该气体的装置中空气相对湿度为0,作为上述步骤运用光散射法、滤膜称重法、振荡天平法检测的待测样品;
(3)以pm10检测为例,运用光散射法、滤膜称重法、振荡天平法分别检测(2)中制备的样品,得到pm10质量浓度为C1、C2、C3;
S2、将相对湿度值大于60%后,每5%划分为一个分段,共分成八段;
S3、选择一个分段,对该分段内等差取十个相对湿度值,将步骤S1相同的粉尘颗粒物质量浓度的样品分别处于上述十个相对湿度值,然后采用质量传感装置B4分别对上述十个相对湿度值情况下的样品进行振荡天平法测量,从而获得每个相对湿度值情况下样品的粉尘颗粒物质量浓度,不同相对湿度的样品制备与检测步骤如下:
一、从步骤S1中的步骤(1)抽取经充分搅动后的相同体积气体若干份;
二、用湿度控制器调节存储该气体的装置中空气相对湿度为对应的相对湿度,以第一分段相对湿度60%-65%为例,调节空气相对湿度为60.5%、61%、61.5%、62%、62.5%、63%、63.5%、64%、64.5%、65%;
三、运用振荡天平法分别检测步骤二的十个样品,得到对应空气相对湿度下的十个检测结果;
S4、运用MATLAB非线性最小二乘法拟合步骤S3所得的十个粉尘颗粒物质量浓度与标准值的关系,从而得出该分段内的湿度修正系数CF;
S5、重复步骤S3和S4,从而获得所有分段各自的湿度修正系数CF;
S6、将质量传感装置A14测量数据和质量传感装置B4经过湿度修正后数据取平均值,最终获得在相对湿度值大于60%后粉尘颗粒物质量浓度C=(CA+CB)/2;
S7、将步骤S5获得的数据和步骤S6的公式存储在DSP控制器12内;
B、将便携式实时粉尘浓度监测装置放置至所需检测的位置,启动气泵5,气泵5对第一排气管路11、第二排气管路10和第三排气管路7同时进行抽气,外部的气体从主进气口15进入第一连接通道18,并分别进入第一排气管路11、第二排气管路10和第三排气管路7,然后DSP控制器12调节流量控制器A和流量控制器B,使进入第二排气管路10和第三排气管路7内的气流量相同;
C、湿度传感器2实时检测经过的气体相对湿度值,并反馈给DSP控制器12,DSP控制器12进行分析处理,若相对湿度值小于等于60%则进入步骤D,若相对湿度值大于60%则进入步骤E;
D、质量传感装置A14和质量传感装置B4分别监测第三排气管路7和第二排气管路10内流经的粉尘颗粒物质量浓度,并将实时检测值反馈给DSP控制器12,DSP控制器12将两个值取平均值确定为当前的粉尘颗粒物质量浓度,并通过lora无线传输模块传递给云平台,同时传递给液晶显示屏20进行显示;经过检测的气体分别从第三排气管路7和第二排气管路10进入气泵5并从排气口6排出;
E、DSP控制器12控制加热除湿装置9开始工作,然后质量传感装置A14和质量传感装置B4分别监测第三排气管路7和第二排气管路10内流经的粉尘颗粒物质量浓度,并将实时检测值反馈给DSP控制器12,DSP控制器12根据当前湿度传感器2检测的相对湿度值确定所对应的湿度修正系数CF,然后采用该湿度修正系数CF对质量传感装置B4检测值进行修正,最后将质量传感装置B4修正后的数据和质量传感装置A14检测的数据结合取平均值,最终得出当前的粉尘颗粒物质量浓度,并通过lora无线传输模块传递给云平台,同时传递给液晶显示屏20进行显示;经过检测的气体分别从第三排气管路7和第二排气管路10进入气泵5并从排气口6排出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于振荡天平的矿井便携式实时粉尘浓度监测装置,其特征在于,包括壳体、湿度传感器、流量控制器A、流量控制器B、质量传感装置A、质量传感装置B、加热除湿装置、气泵、DSP控制器、供电装置和液晶显示屏;质量传感装置A和质量传感装置B均为振荡天平式质量传感器;
所述壳体内部设有第一连接通道和第一排气管路,第一连接通道一端伸出壳体作为主进气口,第一连接通道另一端与第一排气管路一端连接,第一排气管路另一端与气泵的第一进气口连接,湿度传感器装在第一连接通道和第一排气管路的连接处,用于检测流过连接处的气体湿度值;第一排气管路上开设第一分流口和第二分流口,第一分流口通过第三排气管路与气泵的第三进气口连接,流量控制器B和质量传感装置B均串联在第三排气管路上,且流量控制器B最靠近第一分流口;第二分流口通过第二排气管路与气泵的第二进气口连接,流量控制器A、质量传感装置A和加热除湿装置均串联在第二排气管路上,且流量控制器A最靠近第二分流口,加热除湿装置处于流量控制器A和质量传感装置A之间;所述气泵的排气口伸出壳体外部;
所述DSP控制器装在壳体内,用于接收湿度传感器反馈的湿度值,经过分析处理控制加热除湿装置的开启或关闭,同时用于接收质量传感装置A和质量传感装置B反馈的数据值,经过分析处理获得实时粉尘浓度值传递给液晶显示屏,并且DSP控制器通过调节流量控制器A和流量控制器B对流过质量传感装置A和质量传感装置B的流量进行控制;
所述液晶显示屏装在壳体上部,用于接收DSP控制器传递的实时粉尘浓度值并进行显示;所述供电装置为整个便携式实时粉尘浓度监测装置供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于振荡天平的矿井便携式实时粉尘浓度监测装置,其特征在于,所述主进气口处装有粒径切割器,用于筛选不同粒径的粉尘。
3.根据权利要求1所述的一种基于振荡天平的矿井便携式实时粉尘浓度监测装置,其特征在于,所述DSP控制器为单片机。
4.根据权利要求1所述的一种基于振荡天平的矿井便携式实时粉尘浓度监测装置,其特征在于,所述气泵为可调隔膜微型气泵。
5.根据权利要求1所述的一种基于振荡天平的矿井便携式实时粉尘浓度监测装置,其特征在于,还包括lora无线传输模块,lora无线传输模块与DSP控制器连接,用于将获得的实时粉尘浓度无线传输给云平台。
6.一种根据权利要求1至5任一项所述基于振荡天平的矿井便携式实时粉尘浓度监测装置的工作方法,其特征在于,具体步骤为:
A、先测量及计算获得不同相对湿度情况下质量传感装置B的湿度修正系数,具体步骤如下:
S1、在相对湿度为0的状态下,使用光散射法、滤膜称重法、振荡天平法测量相同粉尘颗粒物质量浓度的样品,得到粉尘颗粒物质量浓度为C1、C2、C3;对不同测量方法得到的粉尘颗粒物质量浓度取均值,得到最终样品的粉尘颗粒物质量浓度并将其作为标准值;上述样品的制备步骤如下:
(1)从煤矿井下回采工作面取一定量体积的气体;
(2)将步骤(1)中气体充分搅动后抽取三份相同体积的气体,并用湿度控制器调节存储该气体的装置中空气相对湿度为0,作为上述步骤运用光散射法、滤膜称重法、振荡天平法检测的待测样品;
S2、将相对湿度值大于60%后,每5%划分为一个分段,共分成八段;
S3、选择一个分段,对该分段内等差取十个相对湿度值,将步骤S1相同的粉尘颗粒物质量浓度的样品分别处于上述十个相对湿度值,然后采用质量传感装置B分别对上述十个相对湿度值情况下的样品进行振荡天平法测量,从而获得每个相对湿度值情况下样品的粉尘颗粒物质量浓度,不同相对湿度的样品制备步骤如下:
一、从步骤S1中的步骤(1)抽取经充分搅动后的相同体积气体若干份;
二、用湿度控制器调节存储该气体的装置中空气相对湿度为对应的相对湿度,共得出十个不同相对湿度值的样品;
S4、运用MATLAB非线性最小二乘法拟合步骤S3所得的十个粉尘颗粒物质量浓度与标准值的关系,从而得出该分段内的湿度修正系数CF;
S5、重复步骤S3和S4,从而获得所有分段各自的湿度修正系数CF;
S6、将质量传感装置A测量数据和质量传感装置B经过湿度修正后数据取平均值,最终获得在相对湿度值大于60%后粉尘颗粒物质量浓度C=(CA+CB)/2;
S7、将步骤S5获得的数据和步骤S6的公式存储在DSP控制器内;
B、将便携式实时粉尘浓度监测装置放置至所需检测的位置,启动气泵,气泵对第一排气管路、第二排气管路和第三排气管路同时进行抽气,外部的气体从主进气口进入第一连接通道,并分别进入第一排气管路、第二排气管路和第三排气管路,然后DSP控制器调节流量控制器A和流量控制器B,使进入第二排气管路和第三排气管路内的气流量相同;
C、湿度传感器实时检测经过的气体相对湿度值,并反馈给DSP控制器,DSP控制器进行分析处理,若相对湿度值小于等于60%则进入步骤D,若相对湿度值大于60%则进入步骤E;
D、质量传感装置A和质量传感装置B分别监测第三排气管路和第二排气管路内流经的粉尘颗粒物质量浓度,并将实时检测值反馈给DSP控制器,DSP控制器将两个值取平均值确定为当前的粉尘颗粒物质量浓度,并通过lora无线传输模块传递给云平台,同时传递给液晶显示屏进行显示;经过检测的气体分别从第三排气管路和第二排气管路进入气泵并从排气口排出;
E、DSP控制器控制加热除湿装置开始工作,然后质量传感装置A和质量传感装置B分别监测第三排气管路和第二排气管路内流经的粉尘颗粒物质量浓度,并将实时检测值反馈给DSP控制器,DSP控制器根据当前湿度传感器检测的相对湿度值确定所对应的湿度修正系数CF,然后采用该湿度修正系数CF对质量传感装置B检测值进行修正,最后将质量传感装置B修正后的数据和质量传感装置A检测的数据结合取平均值,最终得出当前的粉尘颗粒物质量浓度,并通过lora无线传输模块传递给云平台,同时传递给液晶显示屏进行显示;经过检测的气体分别从第三排气管路和第二排气管路进入气泵并从排气口排出。
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Family
ID=
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116008143A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-04-25 | 中国矿业大学 | 一种基于二级振荡天平总尘和呼尘同步监测仪 |
CN116242753A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-06-09 | 山东大学 | 一种基于大数据的颗粒物监测系统及其使用方法 |
CN116297061A (zh) * | 2023-02-16 | 2023-06-23 | 中国矿业大学 | 一种基于光散射穿戴式总尘和呼尘同步实时监测仪 |
CN116840119A (zh) * | 2023-07-05 | 2023-10-03 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 基于多角度光散射湿度修正的粉尘浓度检测方法 |
CN117388136A (zh) * | 2023-08-29 | 2024-01-12 | 中国矿业大学 | 一种自校准的便携式振荡天平粉尘检测仪及使用方法 |
CN117871354A (zh) * | 2024-01-02 | 2024-04-12 | 中国矿业大学 | 一种基于双目散射图像的粉尘质量浓度及其分布测量装置 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5604335A (en) * | 1993-07-30 | 1997-02-18 | Shibata Scientific Technology, Ltd. | Measuring method of mass concentration of suspended particulate matter in gas |
CN101354332A (zh) * | 2008-09-26 | 2009-01-28 | 北京绿林创新数码科技有限公司 | 具有湿度连续自动修正功能的激光粉尘检测仪及检测方法 |
CN111077034A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-04-28 | 天津同阳科技发展有限公司 | 振荡天平法颗粒物监测设备及方法 |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5604335A (en) * | 1993-07-30 | 1997-02-18 | Shibata Scientific Technology, Ltd. | Measuring method of mass concentration of suspended particulate matter in gas |
CN101354332A (zh) * | 2008-09-26 | 2009-01-28 | 北京绿林创新数码科技有限公司 | 具有湿度连续自动修正功能的激光粉尘检测仪及检测方法 |
CN111077034A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-04-28 | 天津同阳科技发展有限公司 | 振荡天平法颗粒物监测设备及方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
黄志凡 等: "粉尘浓度监测仪校准技术发展概况", 《校准与测试》, 30 June 2015 (2015-06-30), pages 105 - 107 * |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116008143A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-04-25 | 中国矿业大学 | 一种基于二级振荡天平总尘和呼尘同步监测仪 |
CN116008143B (zh) * | 2022-12-15 | 2023-07-07 | 中国矿业大学 | 一种基于二级振荡天平总尘和呼尘同步监测仪 |
CN116242753A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-06-09 | 山东大学 | 一种基于大数据的颗粒物监测系统及其使用方法 |
CN116242753B (zh) * | 2022-12-30 | 2024-01-26 | 山东大学 | 一种基于大数据的颗粒物监测系统及其使用方法 |
CN116297061A (zh) * | 2023-02-16 | 2023-06-23 | 中国矿业大学 | 一种基于光散射穿戴式总尘和呼尘同步实时监测仪 |
CN116297061B (zh) * | 2023-02-16 | 2023-09-19 | 中国矿业大学 | 一种基于光散射穿戴式总尘和呼尘同步实时监测仪 |
CN116840119A (zh) * | 2023-07-05 | 2023-10-03 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 基于多角度光散射湿度修正的粉尘浓度检测方法 |
CN117388136A (zh) * | 2023-08-29 | 2024-01-12 | 中国矿业大学 | 一种自校准的便携式振荡天平粉尘检测仪及使用方法 |
CN117388136B (zh) * | 2023-08-29 | 2024-04-30 | 中国矿业大学 | 一种自校准的便携式振荡天平粉尘检测仪及使用方法 |
CN117871354A (zh) * | 2024-01-02 | 2024-04-12 | 中国矿业大学 | 一种基于双目散射图像的粉尘质量浓度及其分布测量装置 |
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