CN209327165U - 一种低浓度烟尘测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低浓度烟尘测量装置，包括保温箱体、测量单元、采样抽取部件和加热模块；所述的测量单元包括光源发生及探测模块、光学测量室、校准件、分束镜、反射镜、挡片和光阱；所述的光源发生及探测模块和校准件分别通过隔热层安装在光学测量室的两侧；所述的分束镜和光阱安装在光学测量室内；所述的反射镜和挡片安装在校准件的一侧。本实用新型通过分束镜设计，既实现了高温加热采样，又保证了光学检测的精度和稳定性；分束镜透射方向的光束可以量程校准，又能够实现系统的温度漂移自动校准；整机气路部件简明紧凑，弯折少，损耗小，测量准确度更高。

Description

一种低浓度烟尘测量装置

技术领域

本实用新型属于环保检测设备技术领域，具体涉及了一种低浓度烟尘测量装置。

背景技术

在现代化的工业社会中，随着世界经济的发展和产业结构的调整转型，工业锅炉、电厂锅炉及工业窑炉等污染源所造成的环境污染问题愈加突出，各国都对此进行了深入研究并加以控制。随着国内 “超低排放”改造的实施，国内污染源烟尘排放呈现低浓度、高湿度复合工况，在线监测难度较大。现有的主流在线监测产品采用高温抽取采样和光散射测量方案，取样后的高湿烟尘进行高温气化预处理，以消除液滴对光散射测量的影响，最后利用激光前散射法测量颗粒物浓度。为了实现较好的气化效果，现有方案需要对散射腔体进行加热或者保温处理，如何隔离激光器、探测器和高温的散射腔体成了一个困难的问题。如何在实现散射腔加热的同时，提高激光器和探测器的测量精度和稳定性，是制约整个产品性能的关键。另外HJ75-2017标准要求，对于光学法颗粒物CEMS，校准时需对实际测量光路进行全光路校准，不得只对激光发射器和接收器进行校准。如何实现全光路量程校准也是一个设计难点。

中国实用新型专利CN205157386U公布了一种激光前散射颗粒物测量装置，测量气室的两端安装隔热块，可以检测超低浓度的烟尘，同时颗粒物的测量在密闭的空间。该专利的缺点是测量气室部分难以进行有效高温加热，测量单元容易受到温度影响造成信号漂移。中国实用新型专利CN201621283473.8公布了一种烟粉尘粒子浓度监测仪，通过光纤导光，解决了高温对探测器的影响。该专利的缺点是光纤传输存在能量损耗，且光信号准直过程也存在较大信号损耗。也有通过等比例稀释以降低烟气露点，降低了散射腔体的加热温度的专利，此类方法同样存在降低的检测精度等缺点。

中国实用新型CN201320570066.5公布了一种改变光发射及光反射路径的装置，光线通过该装置中的道威棱镜使仪器发射出的激光经过两次折射改变了原有的光路，系统由后散射改变为前散射光路。该装置无法应用于抽取式高温加热场景，也没有光路校准方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术存在的不足，提供了一种低浓度烟尘测量装置。本实用新型通过分束镜分光设计，其中反射光束作为测量光，透射光束作为校准光；减少了激光器和探测器的光信号转换装置等干扰因素，在实现高温加热抽取的同时，测量精度达到大气常规监测级别；配合设计了加热盒外反射校准部件，能够实现发射光先经过出射镜片，再经过实际测量光路，最后经过入射镜片到达接受单元，实现全光路校准和系统光信号温度漂移自动校准；气路简明紧凑，烟尘传输到测量区过程中，没有弯折路径，烟尘损耗小。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种低浓度烟尘测量装置，包括保温箱体、测量单元、采样抽取部件和加热模块；所述的测量单元包括光源发生及探测模块、光学测量室、校准件、分束镜、反射镜、挡片和光阱；所述的光源发生及探测模块和校准件分别通过隔热层安装在光学测量室的两侧；所述的分束镜和光阱相对安装在光学测量室内；所述的反射镜和挡片安装在校准件的一侧；所述的光源发生及探测模块主要由激光器和探测器组成，并且在激光器的前方设有准直透镜、在探测器的前方设有聚焦透镜；在分束镜和光阱之间设有颗粒物测量区域；所述的采样抽取部件安装在光学测量室的侧面，并与光学测量室内部相连通；所述的光学测量室安装在保温箱体内部，并且光学测量室的前端设有样气入口；所述的加热模块安装在光学测量室内部并靠近样气入口处；所述的采样抽取部件将烟尘样气抽入光学测量室内，经过加热模块预热，水分被完全汽化后，烟尘在颗粒物测量区域被光束照射，产生前向散射光，最终由所述的探测器获得烟尘光信号；所述的激光器发出的光束经过准直透镜准直传输到分束镜，分束镜将光束分成反射方向的光束和透射方向的光束，分束镜的反射方向的光束继续传输到颗粒物测量区域，照射到烟尘产生散射信号，经聚焦透镜聚焦后被探测器检测，此处光阱将干扰信号吸收；分束镜的透射方向的光束继续传输到保温箱体外部的反射镜上，然后改变传输方向，指向校准件（所述校准件可以是毛玻璃棒，反射光束照射到毛玻璃棒上产生校准光信号）；当进行量程校准时，将设置在反射镜和校准件之间的挡片移开，此时光束照射到校准件上，产生散射光，作为校准光信号，最终经聚焦透镜聚焦后被探测器检测，实现全光路校准（所述挡片放置在反射镜和校准件之间，通过旋转电磁铁进行驱动实现通光和挡光）。

在本实用新型中分束镜透射方向的光束同时可以作为系统光信号校订源，实现系统的温度漂移自动校准。本实用新型使用场合不局限于烟尘测量，也普遍适用于大气中高湿复杂工况下的粉尘测量。

作为本实用新型进一步说明，所述的采样抽取部件主要由射流泵和文丘里管组成，通过射流泵抽取光学测量室的空气产生负压抽力，并通过文丘里管测量采样流量。射流泵和文丘里和测量单元腔体固定，实现共同高温加热，减少了射流泵和文丘里堵塞的发生。

作为本实用新型进一步说明，所述的采样抽取部件采用抽气泵。此处为另外一种抽取样气的方式。

作为本实用新型进一步说明，所述的隔热层为特氟龙材料层。隔热层可以起到导光、隔热、限位和固定的作用。

作为本实用新型进一步说明，所述的测量单元还包括吹扫控制装置，通过在分束镜和相关透镜的靠近主气路端增加气幕保护实现。

与现有技术相比较，本实用新型具备的有益效果：

本实用新型通过分束镜反射和透射光束综合设计，既实现了高温加热采样，又保证了光学检测的精度和稳定性；分束镜透射方向的光束同时可以量程校准，又能够实现系统的温度漂移自动校准；整机气路部件简明紧凑，弯折少，损耗小，测量准确度更高。本实用新型尤其适用于超低排放后的高湿低浓度烟尘测量。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的整体框架示意图。

图2为本实用新型一实施例的测量单元结构示意图。

以上各图中：11保温箱体；2-光学测量室；3光源发生及探测模块；4-隔热层；5-采样抽取部件；6-校准件；7-加热模块；8-颗粒物测量区域；9-气路方向；10-激光器；11-准直透镜；12-探测器；13-聚焦透镜；14-分束镜；15-反射镜；16-挡片；17-光阱；18-光路方向。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

实施例1：

如图1、2所示，一种低浓度烟尘测量装置，包括保温箱体1、测量单元、采样抽取部件5和加热模块7；所述的测量单元包括光源发生及探测模块3、光学测量室2、校准件6、分束镜14、反射镜15、挡片16和光阱17；所述的光源发生及探测模块3和校准件6分别通过隔热层4安装在光学测量室2的两侧；所述的分束镜14和光阱17相对安装在光学测量室2内；所述的反射镜15和挡片16安装在校准件6的一侧；所述的光源发生及探测模块3主要由激光器10和探测器12组成，并且在激光器10的前方设有准直透镜11、在探测器12的前方设有聚焦透镜13；在分束镜14和光阱17之间设有颗粒物测量区域8；所述的采样抽取部件5安装在光学测量室2的侧面，并与光学测量室2内部相连通；所述的光学测量室2安装在保温箱体1内部，并且光学测量室2的前端设有样气入口；所述的加热模块7安装在光学测量室2内部并靠近样气入口处；所述的采样抽取部件5将烟尘样气抽入光学测量室2内，经过加热模块7预热，水分被完全汽化后，烟尘在颗粒物测量区域8被光束照射，产生前向散射光，最终由所述的探测器12获得烟尘光信号；所述的激光器10发出的光束经过准直透镜11准直传输到分束镜14，分束镜14将光束分成反射方向的光束和透射方向的光束，分束镜14的反射方向的光束继续传输到颗粒物测量区域8，照射到烟尘产生散射信号，经聚焦透镜13聚焦后被探测器12检测，此处光阱17将干扰信号吸收；分束镜14的透射方向的光束继续传输到保温箱体1外部的反射镜15上，然后改变传输方向，指向校准件6；当进行量程校准时，将设置在反射镜15和校准件6之间的挡片16移开，此时光束照射到校准件6上，产生散射光，作为校准光信号，最终经聚焦透镜13聚焦后被探测器12检测，实现全光路校准。

所述的采样抽取部件5主要由射流泵和文丘里管组成，通过射流泵抽取光学测量室2的空气产生负压抽力，并通过文丘里管测量采样流量。所述的隔热层4为特氟龙材料层。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别仅在于：所述的采样抽取部件5采用抽气泵。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种低浓度烟尘测量装置，其特征在于：包括保温箱体（1）、测量单元、采样抽取部件（5）和加热模块（7）；

所述的测量单元包括光源发生及探测模块（3）、光学测量室（2）、校准件（6）、分束镜（14）、反射镜（15）、挡片（16）和光阱（17）；

所述的光源发生及探测模块（3）和校准件（6）分别通过隔热层（4）安装在光学测量室（2）的两侧；所述的分束镜（14）和光阱（17）相对安装在光学测量室（2）内；所述的反射镜（15）和挡片（16）安装在校准件（6）的一侧；

所述的光源发生及探测模块（3）主要由激光器（10）和探测器（12）组成，并且在激光器（10）的前方设有准直透镜（11）、在探测器（12）的前方设有聚焦透镜（13）；

在分束镜（14）和光阱（17）之间设有颗粒物测量区域（8）；

所述的采样抽取部件（5）安装在光学测量室（2）的侧面，并与光学测量室（2）内部相连通；

所述的光学测量室（2）安装在保温箱体（1）内部，并且光学测量室（2）的前端设有样气入口；所述的加热模块（7）安装在光学测量室（2）内部并靠近样气入口处；

所述的采样抽取部件（5）将烟尘样气抽入光学测量室（2）内，经过加热模块（7）预热，水分被完全汽化后，烟尘在颗粒物测量区域（8）被光束照射，产生前向散射光，最终由所述的探测器（12）获得烟尘光信号；

所述的激光器（10）发出的光束经过准直透镜（11）准直传输到分束镜（14），分束镜（14）将光束分成反射方向的光束和透射方向的光束，分束镜（14）的反射方向的光束继续传输到颗粒物测量区域（8），照射到烟尘产生散射信号，经聚焦透镜（13）聚焦后被探测器（12）检测，此处光阱（17）将干扰信号吸收；分束镜（14）的透射方向的光束继续传输到保温箱体（1）外部的反射镜（15）上，然后改变传输方向，指向校准件（6）；当进行量程校准时，将设置在反射镜（15）和校准件（6）之间的挡片（16）移开，此时光束照射到校准件（6）上，产生散射光，作为校准光信号，最终经聚焦透镜（13）聚焦后被探测器（12）检测，实现全光路校准。

2.根据权利要求1所述的低浓度烟尘测量装置，其特征在于：所述的采样抽取部件（5）主要由射流泵和文丘里管组成，通过射流泵抽取光学测量室（2）的空气产生负压抽力，并通过文丘里管测量采样流量。

3.根据权利要求1所述的低浓度烟尘测量装置，其特征在于：所述的采样抽取部件（5）采用抽气泵。

4.根据权利要求1-3任一所述的低浓度烟尘测量装置，其特征在于：所述的隔热层（4）为特氟龙塑料层。