CN206330869U - 一种用于烟尘在线监测仪的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于烟尘在线监测仪的电路，主电源模块输出端与隔离电源模块输入端电性连接，隔离电源模块输出端与恒功率控制激光发射模块输入端电性连接，激光发射与接收频率调制模块输出端分别与恒功率控制激光发射模块输入端和信号放大与滤波模块二输入端电性连接，恒功率激光发射模块发出激光，照射在烟尘粒子上，产生散射光，光电转换I/V模块将接收到的散射光信号转换为电信号；本实用新型抗干扰能力强，成本低廉，且电路工作稳定可靠，关键参数需求可调，适用于现有工况条件。

Description

一种用于烟尘在线监测仪的电路

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，具体为一种用于烟尘在线监测仪的电路。

背景技术

环保领域中，对固定污染源排放中颗粒物含量的在线监测一直是重要话题。目前针对固定污染源排放的烟尘在线监测仪，主要有两种方式，光透射法和激光后向散射法。光透射法是指将单一波长的激光发射到烟道内，烟道内的烟尘会吸收一定的光量，通过计算发射端的光量与接收端检测到的光量之差，得到烟道中烟尘的浓度。此方式在实际应用中需要将激光发射装置和接收装置分别置于烟道的两侧并对准，安装十分不便，且如果对准不当，会引起很大误差。所述烟尘在线监测仪采用激光后向散射法。将650nm激光发射到烟道中，烟尘颗粒会产生各个方向的散射光，光电转换器将后向散射光的光强信号转换为电流，通过精确的放大与滤波电路处理后，输出标准的4～20mA信号.通过标准物质的标定与换算得到烟尘的浓度。此方式安装时无需考虑对准，安装简单，且无需考虑振动干扰。

烟尘在线监测仪的电路多采用单片机进行信号处理与控制，需要开发软件，增加了研发周期与成本，且抗干扰能力较差。所述电路为模拟电路搭建，抗干扰能力强，成本低廉，且电路工作稳定可靠，关键参数根据客户需求可调，适用于现有工况条件。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于烟尘在线监测仪的电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于烟尘在线监测仪的电路，包括主电源模块、隔离电源模块、激光发射与接收频率调制模块、光电转换(I/V)模块、信号放大与滤波模块一、信号放大与滤波模块二、信号输出(V/I)模块和恒功率控制激光发射模块，所述主电源模块输出端与隔离电源模块输入端电性连接，所述隔离电源模块输出端与恒功率控制激光发射模块输入端电性连接，所述恒功率激光发射模块发出激光，照射在烟尘粒子上，产生散射光,所述光电转换I/V模块将接收到的散射光信号转换为电信号；所述光电转换(I/V)模块输出端与信号放大与滤波模块一输入端电性连接，所述信号放大与滤波模块一输出端与激光发射与接收频率调制模块输入端电性连接；

优选的，所述恒功率激光发射模块发出激光为波长650nm,功率10mW的激光。

优选的，所述激光发射与接收频率调制模块输出端分别与恒功率控制激光发射模块输入端和信号放大与滤波模块二输入端电性连接。

优选的，所述信号放大与滤波模块二输出端与信号输出(V/I)模块输入端电性连接。

优选的，所述激光发射与接收频率调制模块包括可调参考电压模块、多谐振荡器和多路模拟开关，且可调参考电压模块、多谐振荡器和多路模拟开关之间均通过电性连接，且激光发射管、激光发射管电流驱动电路、积分放大电路、可调增益运放电路和I/V转换电路之间均通过电性连接。

优选的，所述恒功率控制激光发射模块包括激光发射管、激光发射管电流驱动电路、积分放大电路、可调增益运放电路和I/V转换电路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型可以控制激光发射管自调节发光功率，避免温度变化对激光发射管工作的影响；该电路为模拟电路搭建，抗干扰能力强，成本低廉，且电路工作稳定可靠，关键参数根据客户需求可调，适用于现有工况条件。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型激光发射与接收频率调制模块的原理框图；

图3为本实用新型恒功率控制激光发射模块的原理框图；

图中：1-主电源模块；11-隔离电源模块；12-激光发射与接收频率调制模块；121-可调参考电压模块；122-多谐振荡器；123-多路模拟开关；13-光电转换(I/V)模块；14-信号放大与滤波模块一；15-信号放大与滤波模块二；16-信号输出(V/I)模块；111-恒功率控制激光发射模块；1111-激光发射管；1112-激光发射管电流驱动电路；1113-积分放大电路；1114-可调增益运放电路；1115-I/V转换电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，本实用新型提供的一种实施例：一种用于烟尘在线监测仪的电路，包括主电源模块1、隔离电源模块11、激光发射与接收频率调制模块12、光电转换I/V模块13、信号放大与滤波模块一14、信号放大与滤波模块二15、信号输出V/I模块16和恒功率控制激光发射模块111，主电源模块1输出端与隔离电源模块11输入端电性连接，隔离电源模块11输出端与恒功率控制激光发射模块111输入端电性连接，激光发射与接收频率调制模块12输出端分别与恒功率控制激光发射模块111输入端和信号放大与滤波模块二15输入端电性连接，恒功率激光发射模块111发出波长650nm,功率10mW的激光，照射在烟尘粒子上，产生散射光；光电转换I/V模块13将接收到的散射光信号转换为电信号；光电转换I/V模块13输出端与信号放大与滤波模块一14输入端电性连接，信号放大与滤波模块一14输出端与激光发射与接收频率调制模块12输入端电性连接，信号放大与滤波模块二15输出端与信号输出V/I模块16输入端电性连接，恒功率激光发射模块111发出波长650nm,功率10mW的激光，照射在烟尘粒子上，产生散射光，光电转换I/V模块13中光电二极管将散射光信号转换为电流，将电流信号转换为电压信号，输入到信号放大与滤波模块一14进行初步处理。输入到信号放大与滤波模块一14将信号初步放大与滤波后，输入到激光发射与接收频率调制模块12中，将单端信号转换为差分信号，输出到放大与滤波模块二15进一步放大与滤波。将经过充分处理后的信号，输入到信号输出V/I模块16中，将电压信号转换为标准工业模拟信号4～20mA输出。激光发射与接收频率调制模块12包括可调参考电压模块121、多谐振荡器122和多路模拟开关123，且可调参考电压模块121、多谐振荡器122和多路模拟开关123之间均通过电性连接，恒功率控制激光发射模块111包括激光发射管1111、激光发射管电流驱动电路1112、积分放大电路1113、可调增益运放电路1114和I/V转换电路1115，且激光发射管1111、激光发射管电流驱动电路1112、积分放大电路1113、可调增益运放电路1114和I/V转换电路1115之间均通过电性连接；所述主电源模块1为LDO电路，为整体电路提供线性稳压电源；隔离电源模块11为DC-DC模块，产生隔离电源为恒功率控制激光发射模块111中激光发射管1111提供工作电源。所述激光发射与接收频率调制模块12为恒功率控制激光发射模块111提供频率固定，幅度可调的参考电压Vref；将光电转换产生的单路信号转换为差分信号，输入到后续仪用放大器151进行进一步放大，提高测量精度。多路模拟开关123选择Texas Instruments的CD4053B，相当于三组单刀双掷模拟开关，三个数字输入端9、10、11脚可独立控制每组模拟开关的导通方向；可调参考电压121模块输出直流电压Vr，Vr的幅值可通过电位器调节大小，用来调节激光发射管1111的发光功率；多谐振荡器122产生占空比为50％，频率为1KHZ的脉冲信号Vpul se。可调参考电压121模块与多路模拟开关123的12脚相连。多谐振荡器122与多路模拟开关123的9脚、10脚、11脚相连。多路模拟开关123 1脚、5脚与信号放大与滤波模块一14相连；2脚、3脚、6脚、8脚、13脚连接参考电源5V；7脚与电源地相连；9脚、10脚、11脚与多谐振荡器122相连；12脚与可调参考电压模块121相连；16脚与电源相连；输出端4脚连与仪用放大器151正端相连；输出端15脚与仪用放大器151负端相连；输出端14脚与积分放大电路1113输入正端相连；激光发射管1111内部电路相当于一个发光管LD与一个光电接收管PD，共用参考电源地；LD部分与激光发射管电流驱动电路1112相连；PD部分与I/V转换电路1115相连。激光发射管电流驱动电路1112一端与激光发射管1111LD部分相连，一端与积分放大电路1113的输出端相连。积分放大电路1113的输入负端与可调增益运放电路1114相连；正端输入与多路模拟开关123的输出端4脚相连。可调增益运放电路1114一端与积分放大电路1113的输入负端相连，一端与I/V转换电路1115相连。I/V转换电路1115一端与可调增益运放电路1114相连，一端与激光发射管1111PD端相连。

具体使用方式：本实用新型工作中，可调参考电压模块121输出直流电压Vr；信号放大与滤波模块一14输出脉冲电压信号Ve；多谐振荡器122产生频率为1KHZ,占空比为50％的脉冲信号Vpulse。Vpulse输入到多路模拟开关123的控制端9脚、10脚、11脚，控制3路单刀双掷模拟开关同时动作。当脉冲信号Vpulse为低电平时，多路模拟开关123输出为ax，bx，cx，分别为Vr、5V、Ve。当脉冲信号Vpulse为高电平时，多路模拟开关123输出为ay，by，cy，分别为5V、Ve、5V；因此，多路模拟开关123的14脚输出电压幅度为5V到Vr，频率为1KHZ，占空比为50％的脉冲信号Vref，为恒功率控制激光发射模块111提供频率固定，幅度可调的参考电压；多路模拟开关123的15脚输出电压幅度为5V到Ve，频率为1KHZ，占空比为50％的信号VA-，多路模拟开关123的4脚输出电压幅度为Ve到5V，频率为1KHZ，占空比为50％的信号VA+，将光电转换产生的单路信号转换为差分信号，输入到后续仪用放大器151进行进一步放大滤波，提高测量精度；I/V转换电路1115将激光发射管1111的PD端检测到的电流信号转换为电压信号，输入到可调增益运放电路1114进一步放大处理后将信号输入到积分放大电路1113的输入负端，与输入正端电压Vref进行比较后积分放大，输出信号控制激光发射管电流驱动电路1112。当激光发射管1111的PD部分检测到发光功率增大时，积分放大电路1113的输出电压减小，激光发射管电流驱动电路1112输出电流减小，控制激光发射管1111的发光功率减小；相反，若激光发射管1111的PD部分检测到发光功率减小，积分放大电路1113的输出电压增大，激光发射管电流驱动电路1112输出电流增大，控制激光发射管1111的发光功率增大。因此，该电路可以控制激光发射管自调节发光功率，避免温度一定范围内变化对激光发射管发光功率的影响。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种用于烟尘在线监测仪的电路，包括主电源模块(1)、隔离电源模块(11)、激光发射与接收频率调制模块(12)、光电转换I/V模块(13)、信号放大与滤波模块一(14)、信号放大与滤波模块二(15)、信号输出(V/I)模块(16)和恒功率控制激光发射模块(111)，其特征在于：所述主电源模块(1)输出端与隔离电源模块(11)输入端电性连接，所述隔离电源模块(11)输出端与恒功率控制激光发射模块(111)输入端电性连接，所述恒功率激光发射模块(111)发出激光，照射在烟尘粒子上，产生散射光，所述光电转换I/V模块(13)将接收到的散射光信号转换为电信号；所述光电转换I/V模块(13)输出端与信号放大与滤波模块一(14)输入端电性连接，所述信号放大与滤波模块一(14)输出端与激光发射与接收频率调制模块(12)输入端电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于烟尘在线监测仪的电路，其特征在于：所述激光发射与接收频率调制模块(12)输出端分别与恒功率控制激光发射模块(111)输入端和信号放大与滤波模块二(15)输入端电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于烟尘在线监测仪的电路，其特征在于：所述信号放大与滤波模块二(15)输出端与信号输出(V/I)模块(16)输入端电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于烟尘在线监测仪的电路，其特征在于：所述激光发射与接收频率调制模块(12)包括可调参考电压模块(121)、多谐振荡器(122)和多路模拟开关(123)，且可调参考电压模块(121)、多谐振荡器(122)和多路模拟开关(123)之间均通过电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于烟尘在线监测仪的电路，其特征在于：所述恒功率控制激光发射模块(111)包括激光发射管(1111)、激光发射管电流驱动电路(1112)、积分放大电路(1113)、可调增益运放电路(1114)和I/V转换电路(1115)，且激光发射管(1111)、激光发射管电流驱动电路(1112)、积分放大电路(1113)、可调增益运放电路(1114)和I/V转换电路(1115)之间均通过电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于烟尘在线监测仪的电路，其特征在于：所述恒功率激光发射模块(111)发出激光为波长650nm,功率10mW的激光。