CN116165110A - 一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪及监测方法，监测仪：粉尘采集单元由十字管、进气管、旋风除尘器、第一和第二滤膜、流量传感器、鞘流结构管道和一号电磁阀组成，用于将待检测尘流稳定平滑的引入；粉尘浓度检测单元由光室、光敏中心、椭球反射镜、激光源、椭面镜、硅光电池和信号处理电路组成，用于对进入光室中的尘流的粉尘浓度进行检测；新风除尘单元由三通、新风进气管路、第三滤膜、二号电磁阀、过滤装置和气泵组成，用于对光室进行清洁；光室清洁单元用于带动光室进行反复振动。方法：引入尘流，利用光信号的变化对粉尘浓度进行检测，进行自清洁作业。该监测仪和方法可实现对粉尘浓度的精确检测，并能实现自清洁作业。

Description

一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪及监测方法

技术领域

本发明属于大量程粉尘浓度检测技术领域，具体涉及一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪及监测方法。

背景技术

随着空气中的细颗粒物(PM2.5)污染逐渐受到重视，PM2.5成为日常环境监测的重要参数之一。由于传统监测方法存在高成本、高运维工作量、低时间分辨力等诸多缺点，一种低成本、高时间分辨力的激光散射法测量颗粒物质量浓度的方法进入大众视野，并得到了大规模的使用。光散射原理是在光传播过程中，受粉尘介质影响而改变了光的传播方向，当光源发出光线后,由于光敏感区粉尘的作用,散射到各个方向的光由聚光镜尽可能的收集后，又传播到光接收器，接收器将接收的光强转换成电信号，再根据不同粉尘浓度转变为不同的光或电信号。但是，这种方式只能检测低质量浓度的颗粒物，且在实验过程中，颗粒物易附着在设备的内壁上，容易对实验结果产生干扰，降低了检测的精度，同时，极大的增加了仪器反修的概率和维护的成本。为此，亟需提供一种具有清洁功能的粉尘监测仪，以在提高检测精度的同时，有效降低返修概率和维护成本。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪及监测方法，该监测仪结构简单，制造和维护成本低，其检测精度高，且具有自清洁功能；该方法步骤简单，可实现粉尘浓度的精确检测，其适用范围广，便于大面积推广应用。

为了实现上述目的，本发明提供一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪，包括粉尘采集单元、粉尘浓度检测单元、新风除尘单元、光室清洁单元和控制器；

所述粉尘采集单元由十字管、进气管、旋风除尘器、第一滤膜、第二滤膜、流量传感器、鞘流结构管道和一号电磁阀组成；所述十字管由呈十字形排布的上分支段、左分支段、右分支段和下分支段相互连通组成，所述上分支段的进气端与进气管的出气端连接，所述左分支段和右分支段的管径均大于下分支段的管径；所述旋风除尘器串接在进气管的中部；所述第一滤膜、第二滤膜分别设置在左分支段、右分支段的中部；所述流量传感器串接在下分支段的中部；所述鞘流结构管道由呈T字形的外鞘管和毛细方管组成，所述外鞘管由位于中部的主鞘管和位于两侧的两个侧支管相互连通组成，所述毛细方管的下部通过开设在外鞘管顶部中心的开口穿设于主鞘管的内部中心，毛细方管的上部管径较其下部管径大，且其进气端与下分支段的出气端连接，两侧的两个侧支管的进气端分别与左分支段和右分支段的出气端连接；所述一号电磁阀串接在主鞘管的中部；

所述粉尘浓度检测单元设置在粉尘采集单元的下方，其由光室、椭球反射镜、激光源、椭面镜、硅光电池和信号处理电路组成；所述光室的中心具有竖向设置的光敏中心，其上端中心和下端中心分别连接有与光敏中心连通的上进气管路和下进气管路；所述椭球反射镜和激光源左右相对的固定连接在光室左侧壁面和右侧壁面的内部，椭球反射镜用于接收由激光源发出并经椭面镜透射的光，并将所接收的光向外侧的四周进行反射；所述椭面镜通过固定件固定在激光源的左侧，且其与椭球反射镜和激光源均同轴的设置，椭面镜用于将激光源发出的激光聚集到光敏中心处；一对硅光电池对称的分布于椭球反射镜的上下两侧，且固定连接在光室左侧壁面上，硅光电池与信号处理电路的输入端连接； 所述硅光电池用于接收由椭球反射镜所反射出的光，并将所接收的光能转化为电能；

所述新风除尘单元设置在粉尘采集单元和粉尘浓度检测单元之间，其由三通、新风进气管路、第三滤膜、二号电磁阀、过滤装置和气泵组成；所述三通上下相对的第一和第二接口分别与主鞘管的出气端和上进气管路的进气端连接；所述新风进气管路的出气端与三通侧面的第三接口连接，所述第三滤膜设置在新风进气管路的进气端内部，所述二号电磁阀串接在新风进气管路的中部；所述过滤装置连接在下进气管路的出气端，所述气泵的吸气口通过吸气管路与下进气管路中部的排气口连接；

所述光室清洁单元由超声换能振动装置和超声振荡发生装置组成，一对超声换能振动装置相对的安装在光室左侧壁和右侧壁的外侧面上，超声换能振动装置包括喇叭口、声阻抗特性层、二号铜片、二号压电陶瓷、一号铜片、一号压电陶瓷、压板和螺丝；所述喇叭口的小口端、声阻抗特性层、二号铜片、二号压电陶瓷、一号铜片、一号压电陶瓷和压板依次贴合的连接，所述螺丝依次穿过压板的中心孔、一号压电陶瓷的中心孔、一号铜片的中心孔、二号压电陶瓷的中心孔、二号铜片的中心孔和声阻抗特性层的中心孔，并与设置在喇叭口小口端的螺纹孔通过螺纹配合固定连接；一对超声振荡发生装置分别对应安装在一对超声换能振动装置的外侧；所述超声振荡发生装置的两个输出端分别与对应的超声换能振动装置中的一号铜片和二号铜片连接；

所述控制器的输入端分别与流量传感器和信号处理电路的输出端连接，其输出端分别与一号电磁阀、激光源、旋风除尘器、二号电磁阀、气泵和超声振荡发生装置连接。

作为一种优选，所述控制器为PLC控制器。

进一步，为了方便操作人员向控制器发出对应的控制信号，还包括控制按键，所述控制按键与控制器连接，用于在操作人员的控制下向控制器发出旋风除尘器控制信号、一号电磁阀控制信号、二号电磁阀控制信号和气泵控制信号。

进一步，为了避免颗粒物进入到气泵中，所述下进气管路中部的排气口处安装有过滤网。

本发明中，通过旋风除尘器的设置，可便于对进入到十字管内的颗粒物粒径进行控制，从而能实现不同粒径颗粒物的测量分析，可有效提高该监测仪的通用性；使十字管左分支段和右分支段的管径均大于下分支段的管径，可以利用管径的差异自动的对含有颗粒物的气流的流向进行分配，使气流大部分都流入到十字管左右两侧的管道中，并通过滤膜过滤后形成新鲜空气，而使气流少部分流入到十字管的下侧管道中，并作为待检测的样本流；通过在下分支段中设置有流量传感器，可以方便的获得初始流量值和过程流量值，再根据管道的形状、面积等参数便可方便的得到初始颗粒物质量浓度与实际测量颗粒物质量浓度之间的线性关系，从而可实现大量程粉尘监测的目的；使毛细方管的下部穿入到主鞘管的内部中心，并使鞘流结构管道的两个侧支管与左分支段和右分支段连接，这样，可以利用流量较大的新鲜空气气流作用于流量较小的尘流气流，使尘流固定在主鞘管的轴心位置，进而能保证尘流以层流状态单行稳定、平滑的进入到光室内，且能使尘流准确的通过光敏中心所在的区域，可极大的提高检测的精确度。通过超声振荡发生装置和超声换能振动装置的设置，能使压电陶瓷带动喇叭口振动，进而能对光室的壁面产生振动作用，可促使附着在光室内壁上的极细颗粒物相互碰撞后沉淀至光室的底部。通过新风进气管路和气泵的设置，能方便的将外界的大气引入到光室中，从而可以将沉淀至光室底部的颗粒物带入到过滤装置中，进而可达到清洁光室的目的。在激光源的左侧设置椭面镜，可以将发射出的激光汇聚到光敏中心所在的区域，在激光源相对的一侧设置椭球反射镜，并在椭球反射镜的外侧设置一对硅光电池，可以利用椭球反射镜接收通过光敏中心的激光，并反射给硅光电池，进而可以利用硅光电池将光信号转换为电流信号；使进入光室中的尘流通过光敏中心，可以使通过光敏中心的激光发生散射，进而使到达硅光电池的光信号强度发生改变，从而会改变电流信号的大小。通过信号处理电路的设置，可以将电流信号转换为电压信号，进而可以方便控制器获得电压值，通过电压值的改变，便可以便捷的匹配出粉尘浓度。与现有技术相比，本发明的结构简单，制造和维护成本低，利用其对颗粒物的质量浓度进行监测时的监测误差更小，测量结果更精确，测量范围更广。

本发明还提供了一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪的监测方法，包括一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪，还包括以下步骤：

步骤一：将具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪放置在需要被检测的环境中，并使进气管的进气口对准所需要检测的物质；

步骤二：通过控制器控制一号电磁阀打开，控制二号电磁阀关闭，控制旋风除尘器启动工作，使空气环境中的高浓度颗粒物通过进气管进入到旋风除尘器中，并利用旋风除尘器将粒径允许通过的颗粒物供应到十字管中；

该过程中，利用流量传感器采集进入到下分支段内尘流的流量信号一，并实时发送给控制器，控制器根据流量信号一获得初始流量值Q1；

步骤三：利用管径大小的差异，使进入到十字管中的尘流大部分进入到左分支段和右分支段中，并使尘流的小部分进入到下分支段中，同时，利用第一滤膜、第二滤膜分别对进入到左分支段、右分支段中的尘流进行过滤，使其形成新鲜空气气流，并分别进入到两个侧支管中，同时，利用毛细方管将进入到下分支段中的尘流导流到主鞘管中；

该过程中，利用流量传感器采集进入到下分支段中的尘流流量信号二，并实时发送给控制器，控制器根据流量信号二获得过程流量值Q2；

步骤四：利用由两个侧支管汇聚的新鲜空气气流作为推动力，将进入到主鞘管中的尘流以层流状态进行输送，并通过上进气管路进入到光室中，再通过下进气管路外排；

步骤五：通过控制器控制激光源产生激光，并利用椭面镜使产生的激光聚集到光室的光敏中心，并通过椭球反射镜将通过光敏中心的激光反射到一对硅光电池上，利用硅光电池将所接收的光信号转换为电流信号，再通过信号处理电路将电流信号转换为电压信号，最后输送给控制器获得对应的电压值；

该过程中，利用经过光敏中心的尘流使聚集光发生散射，改变硅光电池所接收的光强度，进而改变电压信号的大小，再利用控制器根据改变电压值的大小匹配出实际测量粉尘浓度C1；

步骤六：利用十字管中左分支段、右分支段和下分支段的管道形状、管径面积关系，获得初始流量值Q1和过程流量值Q2的关系式，进而获得实际测量粉尘浓度C1与初始粉尘浓度C2的线性关系；

步骤七：在完成监测作业后，通过控制器控制超声振荡发生装置启动工作设定时间，对一号铜片和二号铜片发出振荡信号，使超声换能振动装置内的一号压电陶瓷和二号压电陶瓷带动喇叭口振动，从而使光室的壁面反复振动，使光室内壁上的极细颗粒相互碰撞并凝聚，再沉淀至光室的底部；

在超声振荡发生装置工作设定时间后，通过控制器控制一号电磁阀关闭，控制二号电磁阀打开，控制气泵打开，利用负压的作用吸入外界大气，并通过第三滤膜对进入到光室中的空气进行过滤，利用进入到光室中的空气将散落的粉尘颗粒带入到过滤装置中。

本方法步骤简单，经济效益好，检测精度高，其可以对不同粒径范围内的颗粒物进行有效的检测，且能便捷的获得待检测气体的粉尘浓度，同时，能获得实际测量粉尘浓度C1与初始粉尘浓度C2的线性关系，进而可以对大量程粉尘进行可靠准确的监测；另外，该方法能在检测作业完成后便捷的实现监测仪的自清洁作业。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中的鞘流结构管道结构示意图；

图3是本发明中粉尘浓度检测系统的结构示意图；

图4是本发明中硅光电池、椭球反射镜及光敏中心的空间结构示意图；

图5是本发明中光室清洁单元的结构示意图。

图中： 1、进气管，2、旋风除尘器，3、十字管，3.1、上分支段, 3.2、左分支段, 3.3、右分支段, 3.4、下分支段，4.1、第一滤膜，4.2、第二滤膜，4.3、第三滤膜，5、流量传感器，6、鞘流结构管道，6.1、侧支管，6.2、毛细方管，6.3、外鞘管，6.4、主鞘管，7、一号电磁阀，8、三通，9、二号电磁阀，10、粉尘浓度检测单元，10.1、光室，10.2、激光源，10.3、椭面镜，10.4、椭球反射镜，10.5、硅光电池，10.6、光敏中心，10.7、上进气管路, 10.8、下进气管路，11、超声振荡发生装置，12、超声换能振动装置，12.1、一号压电陶瓷，12.2、一号铜片，12.3、压板，12.4、喇叭口，12.5、螺丝，12.6、声阻抗特性层，12.7、二号压电陶瓷，12.8、二号铜片，13、气泵，14、过滤装置，15、新风进气管路。

实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

如图1至图5所示，本发明提供了一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪，包括粉尘采集单元、粉尘浓度检测单元10、新风除尘单元、光室清洁单元和控制器；

所述粉尘采集单元由十字管3、进气管1、旋风除尘器2、第一滤膜4.1、第二滤膜4.2、流量传感器5、鞘流结构管道6和一号电磁阀7组成；所述十字管3由呈十字形排布的上分支段3.1、左分支段3.2、右分支段3.3和下分支段3.4相互连通组成，所述上分支段3.1的进气端与进气管1的出气端连接，所述左分支段3.2和右分支段3.3的管径均大于下分支段3.4的管径；所述旋风除尘器2串接在进气管1的中部；所述第一滤膜4.1、第二滤膜4.2分别设置在左分支段3.2、右分支段3.3的中部；所述流量传感器5串接在下分支段3.4的中部；所述鞘流结构管道6由呈T字形的外鞘管6.3和毛细方管6.2组成，所述外鞘管6.3由位于中部的主鞘管6.4和位于两侧的两个侧支管6.1相互连通组成，所述毛细方管6.2的下部通过开设在外鞘管6.3顶部中心的开口穿设于主鞘管6.4的内部中心，毛细方管6.2的上部位于外鞘管6.3的上方，毛细方管6.2的上部管径较其下部管径大，且其进气端与下分支段3.4的出气端连接，两侧的两个侧支管6.1的进气端分别与左分支段3.2和右分支段3.3的出气端连接；所述一号电磁阀7串接在主鞘管6.4的中部；

所述粉尘浓度检测单元10设置在粉尘采集单元的下方，其由光室10.1、椭球反射镜10.4、激光源10.2、椭面镜10.3、硅光电池10.5和信号处理电路组成；所述光室10.1的中心具有竖向设置的光敏中心10.6，其上端中心和下端中心分别连接有与光敏中心10.6连通的上进气管路10.7和下进气管路10.8；所述椭球反射镜10.4和激光源10.2左右相对的固定连接在光室10.1左侧壁面和右侧壁面的内部，椭球反射镜10.4用于接收由激光源10.2发出并经椭面镜10.3透射的光，并将所接收的光向外侧的四周进行反射；所述椭面镜10.3通过固定件固定在激光源10.2的左侧，且其与椭球反射镜10.4和激光源10.2均同轴的设置，椭面镜10.3用于将激光源10.2发出的激光聚集到光敏中心10.6处；一对硅光电池10.5对称的分布于椭球反射镜10.4的上下两侧，且固定连接在光室10.1左侧壁面上，硅光电池10.5与信号处理电路的输入端连接；所述硅光电池10.5用于接收由椭球反射镜10.4所反射出的光，并将所接收的光能转化为电能；

所述新风除尘单元设置在粉尘采集单元和粉尘浓度检测单元10之间，其由三通8、新风进气管路15、第三滤膜4.3、二号电磁阀9、过滤装置14和气泵13组成；所述三通8上下相对的第一和第二接口分别与主鞘管6.4的出气端和上进气管路10.7的进气端连接；所述新风进气管路15的出气端与三通8侧面的第三接口连接，所述第三滤膜4.3设置在新风进气管路15的进气端内部，所述二号电磁阀9串接在新风进气管路15的中部；所述过滤装置14连接在下进气管路10.8的出气端，所述气泵13的吸气口通过吸气管路与下进气管路10.8中部的排气口连接；

所述光室清洁单元由超声换能振动装置12和超声振荡发生装置11组成，一对超声换能振动装置12相对的安装在光室10.1左侧壁和右侧壁的外侧面上，超声换能振动装置12包括喇叭口12.4、声阻抗特性层12.6、二号铜片12.8、二号压电陶瓷12.7、一号铜片12.2、一号压电陶瓷12.1、压板12.3和螺丝12.5；所述喇叭口12.4的小口端、声阻抗特性层12.6、二号铜片12.8、二号压电陶瓷12.7、一号铜片12.2、一号压电陶瓷12.1和压板12.3依次贴合的连接，所述螺丝12.5依次穿过压板12.3的中心孔、一号压电陶瓷12.1的中心孔、一号铜片12.2的中心孔、二号压电陶瓷12.7的中心孔、二号铜片12.8的中心孔和声阻抗特性层12.6的中心孔，并与设置在喇叭口12.4小口端的螺纹孔通过螺纹配合固定连接；一对超声振荡发生装置11分别对应安装在一对超声换能振动装置12的外侧；所述超声振荡发生装置11的内部具有振荡电路、小功放电路和大攻放输出电路，其两个输出端分别与对应的超声换能振动装置12中的一号铜片12.2和二号铜片12.8连接；

所述控制器的输入端分别与流量传感器5和信号处理电路的输出端连接，其输出端分别与一号电磁阀7、激光源10.2、旋风除尘器2、二号电磁阀9、气泵13和超声振荡发生装置11连接。

作为一种优选，所述控制器为PLC控制器。

为了方便操作人员向控制器发出对应的控制信号，还包括控制按键，所述控制按键与控制器连接，用于在操作人员的控制下向控制器发出旋风除尘器控制信号、一号电磁阀控制信号、二号电磁阀控制信号和气泵控制信号。

为了避免颗粒物进入到气泵中，所述下进气管路10.8中部的排气口处安装有过滤网。

本发明中，通过旋风除尘器的设置，可便于对进入到十字管内的颗粒物粒径进行控制，从而能实现不同粒径颗粒物的测量分析，可有效提高该监测仪的通用性；使十字管左分支段和右分支段的管径均大于下分支段的管径，可以利用管径的差异自动的对含有颗粒物的气流的流向进行分配，使气流大部分都流入到十字管左右两侧的管道中，并通过滤膜过滤后形成新鲜空气，而使气流少部分流入到十字管的下侧管道中，并作为待检测的样本流；通过在下分支段中设置有流量传感器，可以方便的获得初始流量值和过程流量值，再根据管道的形状、面积等参数便可方便的得到初始颗粒物质量浓度与实际测量颗粒物质量浓度之间的线性关系，从而可实现大量程粉尘监测的目的；使毛细方管的下部穿入到主鞘管的内部中心，并使鞘流结构管道的两个侧支管与左分支段和右分支段连接，这样，可以利用流量较大的新鲜空气气流作用于流量较小的尘流气流，使尘流固定在主鞘管的轴心位置，进而能保证尘流以层流状态单行稳定、平滑的进入到光室内，且能使尘流准确的通过光敏中心所在的区域，可极大的提高检测的精确度。通过超声振荡发生装置和超声换能振动装置的设置，能使压电陶瓷带动喇叭口振动，进而能对光室的壁面产生振动作用，可促使附着在光室内壁上的极细颗粒物相互碰撞后沉淀至光室的底部。通过新风进气管路和气泵的设置，能方便的将外界的大气引入到光室中，从而可以将沉淀至光室底部的颗粒物带入到过滤装置中，进而可达到清洁光室的目的。在激光源的左侧设置椭面镜，可以将发射出的激光汇聚到光敏中心所在的区域，在激光源相对的一侧设置椭球反射镜，并在椭球反射镜的外侧设置一对硅光电池，可以利用椭球反射镜接收通过光敏中心的激光，并反射给硅光电池，进而可以利用硅光电池将光信号转换为电流信号；使进入光室中的尘流通过光敏中心，可以使通过光敏中心的激光发生散射，进而使到达硅光电池的光信号强度发生改变，从而会改变电流信号的大小。通过信号处理电路的设置，可以将电流信号转换为电压信号，进而可以方便控制器获得电压值，通过电压值的改变，便可以便捷的匹配出粉尘浓度。与现有技术相比，本发明的结构简单，制造和维护成本低，利用其对颗粒物的质量浓度进行监测时的监测误差更小，测量结果更精确，测量范围更广。

本发明还提供了一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪的监测方法，包括一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪，还包括以下步骤：

步骤一：将具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪放置在需要被检测的环境中，并使进气管1的进气口对准所需要检测的物质；

步骤二：通过控制器控制一号电磁阀7打开，控制二号电磁阀9关闭，控制旋风除尘器2启动工作，使空气环境中的高浓度颗粒物通过进气管1进入到旋风除尘器2中，并利用旋风除尘器2将粒径允许通过的颗粒物供应到十字管3中；

该过程中，利用流量传感器5采集进入到下分支段3.4内尘流的流量信号一，并实时发送给控制器，控制器根据流量信号一获得初始流量值Q1；

步骤三：利用管径大小的差异，使进入到十字管3中的尘流大部分进入到左分支段3.2和右分支段3.3中，并使尘流的小部分进入到下分支段3.4中，同时，利用第一滤膜4.1、第二滤膜4.2分别对进入到左分支段3.2、右分支段3.3中的尘流进行过滤，使其形成新鲜空气气流，并分别进入到两个侧支管6.1中，同时，利用毛细方管6.2将进入到下分支段3.4中的尘流导流到主鞘管6.4中；

该过程中，利用流量传感器5采集进入到下分支段3.4中的尘流流量信号二，并实时发送给控制器，控制器根据流量信号二获得过程流量值Q2；

步骤四：利用由两个侧支管6.1汇聚的新鲜空气气流作为推动力，将进入到主鞘管6.4中的尘流以层流状态进行输送，并通过上进气管路10.7进入到光室10.1中，再通过下进气管路10.8外排；

步骤五：通过控制器控制激光源10.2产生激光，并利用椭面镜10.3使产生的激光聚集到光室10.1的光敏中心10.6，并通过椭球反射镜10.4将通过光敏中心10.6的激光反射到一对硅光电池10.5上，利用硅光电池10.5将所接收的光信号转换为电流信号，再通过信号处理电路将电流信号转换为电压信号，最后输送给控制器获得对应的电压值；

该过程中，利用经过光敏中心10.6的尘流使聚集光发生散射，改变硅光电池10.5所接收的光强度，进而改变电压信号的大小，再利用控制器根据改变电压值的大小匹配出实际测量粉尘浓度C1；

步骤六：利用十字管3中左分支段3.2、右分支段3.3和下分支段3.4的管道形状、管径面积关系，获得初始流量值Q1和过程流量值Q2的关系式，进而获得实际测量粉尘浓度C1与初始粉尘浓度C2的线性关系；

步骤七：在完成监测作业后，通过控制器控制超声振荡发生装置11启动工作设定时间，对一号铜片12.2和二号铜片12.8发出振荡信号，使超声换能振动装置12内的一号压电陶瓷12.1和二号压电陶瓷12.7带动喇叭口12.4振动，从而使光室10.1的壁面反复振动，使光室10.1内壁上的极细颗粒相互碰撞并凝聚，再沉淀至光室10.1的底部；

在超声振荡发生装置11工作设定时间后，通过控制器控制一号电磁阀7关闭，控制二号电磁阀9打开，控制气泵13打开，利用负压的作用吸入外界大气，并通过第三滤膜4.3对进入到光室10.1中的空气进行过滤，利用进入到光室10.1中的空气将散落的粉尘颗粒带入到过滤装置14中。

本方法步骤简单，经济效益好，检测精度高，其可以对不同粒径范围内的颗粒物进行有效的检测，且能便捷的获得待检测气体的粉尘浓度，同时，能获得实际测量粉尘浓度C1与初始粉尘浓度C2的线性关系，进而可以对大量程粉尘进行可靠准确的监测；另外，该方法能在检测作业完成后便捷的实现监测仪的自清洁作业。

Claims (5)

1.一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪，包括粉尘采集单元，其特征在于，还包括粉尘浓度检测单元(10)、新风除尘单元、光室清洁单元和控制器；

所述粉尘采集单元由十字管(3)、进气管(1)、旋风除尘器(2)、第一滤膜(4.1)、第二滤膜(4.2)、流量传感器(5)、鞘流结构管道(6)和一号电磁阀(7)组成；所述十字管(3)由呈十字形排布的上分支段(3.1)、左分支段(3.2)、右分支段(3.3)和下分支段(3.4)相互连通组成，所述上分支段(3.1)的进气端与进气管(1)的出气端连接，所述左分支段(3.2)和右分支段(3.3)的管径均大于下分支段(3.4)的管径；所述旋风除尘器(2)串接在进气管(1)的中部；所述第一滤膜(4.1)、第二滤膜(4.2)分别设置在左分支段(3.2)、右分支段(3.3)的中部；所述流量传感器(5)串接在下分支段(3.4)的中部；所述鞘流结构管道(6)由呈T字形的外鞘管(6.3)和毛细方管(6.2)组成，所述外鞘管(6.3)由位于中部的主鞘管(6.4)和位于两侧的两个侧支管(6.1)相互连通组成，所述毛细方管(6.2)的下部通过开设在外鞘管(6.3)顶部中心的开口穿设于主鞘管(6.4)的内部中心，毛细方管(6.2)的上部管径较其下部管径大，且其进气端与下分支段(3.4)的出气端连接，两侧的两个侧支管(6.1)的进气端分别与左分支段(3.2)和右分支段(3.3)的出气端连接；所述一号电磁阀(7)串接在主鞘管(6.4)的中部；

所述粉尘浓度检测单元(10)设置在粉尘采集单元的下方，其由光室(10.1)、椭球反射镜(10.4)、激光源(10.2)、椭面镜(10.3)、硅光电池(10.5)和信号处理电路组成；所述光室(10.1)的中心具有竖向设置的光敏中心(10.6)，其上端中心和下端中心分别连接有与光敏中心(10.6)连通的上进气管路(10.7)和下进气管路(10.8)；所述椭球反射镜(10.4)和激光源(10.2)左右相对的固定连接在光室(10.1)左侧壁面和右侧壁面的内部，椭球反射镜(10.4)用于接收由激光源(10.2)发出并经椭面镜(10.3)透射的光，并将所接收的光向外侧的四周进行反射；所述椭面镜(10.3)通过固定件固定在激光源(10.2)的左侧，且其与椭球反射镜(10.4)和激光源(10.2)均同轴的设置，椭面镜(10.3)用于将激光源(10.2)发出的激光聚集到光敏中心(10.6)处；一对硅光电池(10.5)对称的分布于椭球反射镜(10.4)的上下两侧，且固定连接在光室(10.1)左侧壁面上，硅光电池(10.5)与信号处理电路的输入端连接；所述硅光电池(10.5)用于接收由椭球反射镜(10.4)所反射出的光，并将所接收的光能转化为电能；

所述新风除尘单元设置在粉尘采集单元和粉尘浓度检测单元(10)之间，其由三通(8)、新风进气管路(15)、第三滤膜(4.3)、二号电磁阀(9)、过滤装置(14)和气泵(13)组成；所述三通(8)上下相对的第一和第二接口分别与主鞘管(6.4)的出气端和上进气管路(10.7)的进气端连接；所述新风进气管路(15)的出气端与三通(8)侧面的第三接口连接，所述第三滤膜(4.3)设置在新风进气管路(15)的进气端内部，所述二号电磁阀(9)串接在新风进气管路(15)的中部；所述过滤装置(14)连接在下进气管路(10.8)的出气端，所述气泵(13)的吸气口通过吸气管路与下进气管路(10.8)中部的排气口连接；

所述光室清洁单元由超声换能振动装置(12)和超声振荡发生装置(11)组成，一对超声换能振动装置(12)相对的安装在光室(10.1)左侧壁和右侧壁的外侧面上，超声换能振动装置(12)包括喇叭口(12.4)、声阻抗特性层(12.6)、二号铜片(12.8)、二号压电陶瓷(12.7)、一号铜片(12.2)、一号压电陶瓷(12.1)、压板(12.3)和螺丝(12.5)；所述喇叭口(12.4)的小口端、声阻抗特性层(12.6)、二号铜片(12.8)、二号压电陶瓷(12.7)、一号铜片(12.2)、一号压电陶瓷(12.1)和压板(12.3)依次贴合的连接，所述螺丝(12.5)依次穿过压板(12.3)的中心孔、一号压电陶瓷(12.1)的中心孔、一号铜片(12.2)的中心孔、二号压电陶瓷(12.7)的中心孔、二号铜片(12.8)的中心孔和声阻抗特性层(12.6)的中心孔，并与设置在喇叭口(12.4)小口端的螺纹孔通过螺纹配合固定连接；一对超声振荡发生装置(11)分别对应安装在一对超声换能振动装置(12)的外侧；所述超声振荡发生装置(11)的两个输出端分别与对应的超声换能振动装置(12)中的一号铜片(12.2)和二号铜片(12.8)连接；

所述控制器的输入端分别与流量传感器(5)和信号处理电路的输出端连接，其输出端分别与一号电磁阀(7)、激光源(10.2)、旋风除尘器(2)、二号电磁阀(9)、气泵(13)和超声振荡发生装置(11)连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪，其特征在于，所述控制器为PLC控制器。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪，其特征在于，还包括控制按键，所述控制按键与控制器连接，用于在操作人员的控制下向控制器发出旋风除尘器控制信号、一号电磁阀控制信号、二号电磁阀控制信号和气泵控制信号。

4.根据权利要求3所述的一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪，其特征在于，所述下进气管路(10.8)中部的排气口处安装有过滤网。

5.一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪的监测方法，包括如权利要求1至4任一项所述的一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪放置在需要被检测的环境中，并使进气管(1)的进气口对准所需要检测的物质；

步骤二：通过控制器控制一号电磁阀(7)打开，控制二号电磁阀(9)关闭，控制旋风除尘器(2)启动工作，使空气环境中的高浓度颗粒物通过进气管(1)进入到旋风除尘器(2)中，并利用旋风除尘器(2)将粒径允许通过的颗粒物供应到十字管(3)中；

该过程中，利用流量传感器(5)采集进入到下分支段(3.4)内尘流的流量信号一，并实时发送给控制器，控制器根据流量信号一获得初始流量值Q1；

步骤三：利用管径大小的差异，使进入到十字管(3)中的尘流大部分进入到左分支段(3.2)和右分支段(3.3)中，并使尘流的小部分进入到下分支段(3.4)中，同时，利用第一滤膜(4.1)、第二滤膜(4.2)分别对进入到左分支段(3.2)、右分支段(3.3)中的尘流进行过滤，使其形成新鲜空气气流，并分别进入到两个侧支管(6.1)中，同时，利用毛细方管(6.2)将进入到下分支段(3.4)中的尘流导流到主鞘管(6.4)中；

该过程中，利用流量传感器(5)采集进入到下分支段(3.4)中的尘流流量信号二，并实时发送给控制器，控制器根据流量信号二获得过程流量值Q2；

步骤四：利用由两个侧支管(6.1)汇聚的新鲜空气气流作为推动力，将进入到主鞘管(6.4)中的尘流以层流状态进行输送，并通过上进气管路(10.7)进入到光室(10.1)中，再通过下进气管路(10.8)外排；

步骤五：通过控制器控制激光源(10.2)产生激光，并利用椭面镜(10.3)使产生的激光聚集到光室(10.1)的光敏中心(10.6)，并通过椭球反射镜(10.4)将通过光敏中心(10.6)的激光反射到一对硅光电池(10.5)上，利用硅光电池(10.5)将所接收的光信号转换为电流信号，再通过信号处理电路将电流信号转换为电压信号，最后输送给控制器获得对应的电压值；

该过程中，利用经过光敏中心(10.6)的尘流使聚集光发生散射，改变硅光电池(10.5)所接收的光强度，进而改变电压信号的大小，再利用控制器根据改变电压值的大小匹配出实际测量粉尘浓度C1；

步骤六：利用十字管(3)中左分支段(3.2)、右分支段(3.3)和下分支段(3.4)的管道形状、管径面积关系，获得初始流量值Q1和过程流量值Q2的关系式，进而获得实际测量粉尘浓度C1与初始粉尘浓度C2的线性关系；

步骤七：在完成监测作业后，通过控制器控制超声振荡发生装置(11)启动工作设定时间，对一号铜片(12.2)和二号铜片(12.8)发出振荡信号，使超声换能振动装置(12)内的一号压电陶瓷(12.1)和二号压电陶瓷(12.7)带动喇叭口(12.4)振动，从而使光室(10.1)的壁面反复振动，使光室(10.1)内壁上的极细颗粒相互碰撞并凝聚，再沉淀至光室(10.1)的底部；

在超声振荡发生装置(11)工作设定时间后，通过控制器控制一号电磁阀(7)关闭，控制二号电磁阀(9)打开，控制气泵(13)打开，利用负压的作用吸入外界大气，并通过第三滤膜(4.3)对进入到光室(10.1)中的空气进行过滤，利用进入到光室(10.1)中的空气将散落的粉尘颗粒带入到过滤装置(14)中。

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