CN116735439A - 多角度激光后向散射粉尘仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多角度激光后向散射粉尘仪，包括转台机构、安装在转台机构上的激光器、及光电检测器，所述转台机构包括纵向转台和横向转台，所述纵向转台能带动激光器沿上下方向摆动，所述横向转台能带动激光器沿左右方向摆动。利用本多角度激光后向散射粉尘仪检测颗粒物浓度过程中，纵向转台能带动激光器沿上下方向摆动，横向转台能带动激光器沿左右方向摆动，从而能实现对激光器发射测试光线角度的调节，并能分别从多角度发射测试光线，以便于测得更多区域的颗粒物浓度，进而能更全面掌握颗粒物浓度的情况，此种方式提高了使用灵活性，并便于更全面测出设定区域颗粒物浓度的真实情况。

Description

多角度激光后向散射粉尘仪

技术领域

本发明涉及一种粉尘仪，特别是涉及一种多角度激光后向散射粉尘仪。

背景技术

在固定污染源颗粒物检测应用中，如果烟囱的温度特别高、超过200℃，利用激光后向散射原理的粉尘仪具有非常大的优势。

传统的激光背向散射粉尘仪的工作原理如图1所示，颗粒物71和激光束21发生作用产生散射光22，探测器8直接检测后向散射光22的光强信号，经过校准后换算成颗粒物71的浓度值。然而传统的激光检测器都是只能进行单方位单角度的颗粒物检测，这样就会造成了测量上的不准确，当某一个较小区域范围内颗粒物71多，检测值就大，颗粒物71少，检测值就小，此种方式就只能检测该较小区域范围内颗粒物71的浓度情况，难以对烟囱7内其他区域或更多区域进行检测，导致所测得的结果很难真实反应烟囱7内颗粒物71的真实浓度情况，在误差上面就无法保证测量的精确度。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种便于对多个区域进行检测的多角度激光后向散射粉尘仪。

为实现上述目的，本发明提供一种多角度激光后向散射粉尘仪，包括转台机构、安装在转台机构上的激光器、及光电检测器，所述转台机构包括纵向转台和横向转台，所述纵向转台能带动激光器沿上下方向摆动，所述横向转台能带动激光器沿左右方向摆动。

进一步地，所述转台机构还包括横向转台底座和纵向转台底座，所述横向转台安装在横向转台底座上，所述纵向转台底座安装在横向转台上，且所述纵向转台安装在纵向转台底座上，所述激光器安装在纵向转台上。

进一步地，所述横向转台底座上安装有横向旋转编码器，所述纵向转台底座上安装有纵向旋转编码器。

进一步地，所述横向转台底座上安装有横向驱动伺服电机，所述横向驱动伺服电机能驱动横向转台相对于横向转台底座沿左右方向摆动。

进一步地，所述纵向转台底座上安装有纵向驱动伺服电机，所述纵向驱动伺服电机能驱动纵向转台相对于纵向转台底座沿上下方向摆动。

进一步地，所述多角度激光后向散射粉尘仪，还包括挡板，所述挡板能遮挡住激光器发出的校准光线或测量光线。

进一步地，所述挡板为电控挡板。

进一步地，所述多角度激光后向散射粉尘仪，还包括透镜，所述透镜位于光电检测器的进光侧。

进一步地，所述多角度激光后向散射粉尘仪，还包括光闸，所述光闸位于光电检测器的进光侧。

如上所述，本发明涉及的多角度激光后向散射粉尘仪，具有以下有益效果：

利用本多角度激光后向散射粉尘仪检测颗粒物浓度过程中，纵向转台能带动激光器沿上下方向摆动，横向转台能带动激光器沿左右方向摆动，从而能实现对激光器发射测试光线角度的调节，并能分别从多角度发射测试光线，以便于测得更多区域的颗粒物浓度，进而能更全面掌握颗粒物浓度的情况，此种方式提高了使用灵活性，并便于更全面测出设定区域颗粒物浓度的真实情况。

附图说明

图1为现有技术中激光背向散射粉尘仪的工作原理示意图。

图2为本发明实施例中多角度激光后向散射粉尘仪的结构示意图。

元件标号说明

1 转台机构

11 纵向转台

12 横向转台

13 横向转台底座

14 纵向转台底座

15 横向旋转编码器

16 纵向旋转编码器

2 激光器

21 激光束

22 散射光

3 光电检测器

4 挡板

41 电控挡板

5 透镜

6 光闸

7 烟囱

71 颗粒物

8 探测器

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图2所示，本实施例提供一种多角度激光后向散射粉尘仪，包括转台机构1、安装在转台机构1上的激光器2、及光电检测器3，转台机构1包括纵向转台11和横向转台12，纵向转台11能带动激光器2沿上下方向摆动，横向转台12能带动激光器2沿左右方向摆动。利用本多角度激光后向散射粉尘仪检测颗粒物浓度过程中，纵向转台11能带动激光器2沿上下方向摆动，横向转台12能带动激光器2沿左右方向摆动，从而能实现对激光器2发射测试光线角度的调节，并能分别从多角度发射测试光线，以便于测得更多区域的颗粒物浓度，进而能更全面掌握颗粒物浓度的情况，此种方式提高了使用灵活性，并便于更全面测出设定区域颗粒物浓度的真实情况。

如图2所示，本实施例中转台机构1还包括横向转台底座13和纵向转台底座14，横向转台12安装在横向转台底座13上，纵向转台底座14安装在横向转台12上，且纵向转台11安装在纵向转台底座14上，激光器2安装在纵向转台11上。同时，横向转台底座13上安装有横向旋转编码器15，纵向转台底座14上安装有纵向旋转编码器16。且横向转台底座13上安装有横向驱动伺服电机，横向驱动伺服电机能驱动横向转台12相对于横向转台底座13沿左右方向摆动。纵向转台底座14上安装有纵向驱动伺服电机，纵向驱动伺服电机能驱动纵向转台11相对于纵向转台底座14沿上下方向摆动。在需要时，横向驱动伺服电机启动将驱动横向转台12左右摆动，当横向旋转编码器15测得横向转台12左右摆动幅度达到设定要求时，横向驱动伺服电机停止；横向转台12左右摆动时，将带动纵向转台11及激光器2一起左右摆动；需要时，纵向驱动伺服电机启动将驱动纵向转台11及激光器2上下摆动，当纵向旋转编码器16测得纵向转台11及激光器2上下摆动幅度达到设定要求时，纵向驱动伺服电机停止。本实施例中横向旋转编码器15和纵向旋转编码器16均与PLC控制器通信连接，且PLC控制器与横向驱动伺服电机和纵向驱动伺服电机通信连接，横向旋转编码器15将横向转台12沿左右方向旋转角度反馈给PLC控制器，且纵向旋转编码器16将纵向转台11沿上下方向旋转角度反馈给PLC控制器，PLC控制器能控制横向驱动伺服电机和纵向驱动伺服电机的运行状态，实现对激光器2位置及发射角度的调节，进而实现对烟囱7内颗粒物71浓度进行多方位、多角度测量，提高测量准确性，以能更全面测出烟囱7内颗粒物71浓度的具体情况。

如图2所示，本实施例中多角度激光后向散射粉尘仪，还包括挡板4，挡板4能遮挡住激光器2发出的校准光线或测量光线。在校准阶段，利用挡板4遮挡住激光器2发出的测量光线，只允许校准光线通过，并照射在设定区域，进而完成相应的校准；在测量阶段，利用挡板4遮挡住激光器2发出的校准光线，只允许激光器2发出的测量光线通过，并照射在设定区域，实现相应的测量。本实施例中挡板4具体为电控挡板41，在电控作用下控制挡板4动作，实现相应的遮挡，方便了操作。本实施例中电控挡板41与PLC控制器通信连接。激光器2发出的激光光束被分光棱镜分为测量光束和校准光束。本实施例通过电控挡板41来切换测量光束和校准光束，在同一时刻，只能有一束光射进烟囱7。

如图2所示，本实施例中多角度激光后向散射粉尘仪，还包括透镜5，透镜5位于光电检测器3的进光侧。激光器2发出光线照射在设定区域，散射后形成的后散射光线将通过透镜5进入光电检测器3。透镜5可对光线进行聚焦。

且如图2所示，本实施例中多角度激光后向散射粉尘仪，还包括光闸6，光闸6同样位于光电检测器3的进光侧。光闸6的作用是视场切割，即只允许特定区域的散射光被检测到并在光电检测器3、简称PD上成像。测量光束在烟囱壁上的光斑不能在PD上成像；校准光束在烟囱壁上的光斑必须正对着光闸6并在PD上成像。

本实施例中多角度激光后向散射粉尘仪，突破了原有的单一性，在测量上的测量角度更加多样性，通过不同角度，不同位置进行测量，来达到对烟囱内粉尘的精密检测。测量光和参考光的光路相同并且只有一个光电探测器，不用考虑两个光路之间的平衡补偿问题。

假设光电检测器3上检测能量为P，在设备现场部署时，当烟囱停炉状态时：

在测量光模式下，可以获得测量背景光能量Pbm0。

在校准光模式下，可以获得校准背景光能量Pbc0。

烟囱正常工作时，信号光Ps＝P–Pbm0*Kb，其中Kb为背景光修正系数。最近一次获得的信号光能量为Psi。每个一定时间(几十分钟或几小时)切换到校准光模式一次，获得最新的校准背景光能量Pbci＝P–Psi。背景光修正系数Kb＝Pbci/Pbc0。

在测量光模式下：

颗粒物引起的散射光能量(信号光)为Ps，背景光能量为Pb，则Ps＝P-Pb。

粉尘浓度C和信号光能量成线性比例关系，通过线性拟合即可获取浓度，C＝K*Ps+B。

另外，本实施例中激光器2具体采用650nm红光激光器，使用准直透镜5整理成平行光。挡板4采用黑色吸光塑料，默认为阻挡校准光位置，默认测量光能通过；电磁铁上电后会推动挡板4移动至阻挡测量光位置，此时通过校准光。本实施例中光电检测器3为一种探测器，其具体采用硅光电二极管。旋转编码器具体选用欧姆龙E6B2-C系列增量型旋转编码器，其电源电压选用DC12-24V PNP输出，分辨率0.5M。伺服电机选用西门子电机1FL6022-2AF21-1AG1。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种多角度激光后向散射粉尘仪，其特征在于，包括转台机构、安装在转台机构上的激光器、及光电检测器，所述转台机构包括纵向转台和横向转台，所述纵向转台能带动激光器沿上下方向摆动，所述横向转台能带动激光器沿左右方向摆动。

2.根据权利要求1所述多角度激光后向散射粉尘仪，其特征在于，所述转台机构还包括横向转台底座和纵向转台底座，所述横向转台安装在横向转台底座上，所述纵向转台底座安装在横向转台上，且所述纵向转台安装在纵向转台底座上，所述激光器安装在纵向转台上。

3.根据权利要求2所述多角度激光后向散射粉尘仪，其特征在于，所述横向转台底座上安装有横向旋转编码器，所述纵向转台底座上安装有纵向旋转编码器。

4.根据权利要求2所述多角度激光后向散射粉尘仪，其特征在于，所述横向转台底座上安装有横向驱动伺服电机，所述横向驱动伺服电机能驱动横向转台相对于横向转台底座沿左右方向摆动。

5.根据权利要求2所述多角度激光后向散射粉尘仪，其特征在于，所述纵向转台底座上安装有纵向驱动伺服电机，所述纵向驱动伺服电机能驱动纵向转台相对于纵向转台底座沿上下方向摆动。

6.根据权利要求1所述多角度激光后向散射粉尘仪，其特征在于，还包括挡板，所述挡板能遮挡住激光器发出的校准光线或测量光线。

7.根据权利要求6所述多角度激光后向散射粉尘仪，其特征在于，所述挡板为电控挡板。

8.根据权利要求1所述多角度激光后向散射粉尘仪，其特征在于，还包括透镜，所述透镜位于光电检测器的进光侧。

9.根据权利要求1所述多角度激光后向散射粉尘仪，其特征在于，还包括光闸，所述光闸位于光电检测器的进光侧。