CN210720076U - 一种基于近前向散射光检测的悬浮颗粒物浓度监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于近前向散射光检测的悬浮颗粒物浓度监测装置，包括壳体、显示屏、设置于壳体内用于处理信号并将其显示在显示屏上的主控电路板、与主控电路板电性连接的连接线、为设备整体供电的蓄电池，其特征在于，近前向光散射检测装置，设置于所述连接线的另一端，通过激光照射待检测空气粉尘，并检测受粉尘影响而散射的光线，将该光信号转化为电信号处理。本实用新型的有益效果是，本实用新型利用激光在不同浓度粉尘中散射程度的不同，然后检测散射光线的强度，并将光强信号转化为电压强度，从而精确得知所处环境的粉尘浓度。

Description

一种基于近前向散射光检测的悬浮颗粒物浓度监测装置

技术领域

本实用新型涉及粉尘浓度检测领域，具体是一种基于近前向散射光检测的悬浮颗粒物浓度监测装置。

背景技术

便携式悬浮颗粒物浓度在线监测及预警装置主要用于对矿山、水泥厂、面粉厂等粉尘作业场所的悬浮颗粒物浓度进行在线监测及预警，以满足现有各不同粉尘环境下悬浮颗粒物浓度的高精度测量。该装置能够在自然风流状态下实时的监测当前环境的悬浮颗粒物浓度，并通过本地数据及数据上传的形式实时监测当前环境的空气质量，并对悬浮颗粒物浓度超标情况起到应急预警功能。

现阶段已有的各类悬浮颗粒物浓度测量原理主要有光学、射线、称重式、电荷式几种，其中光学式的使用最为广泛，但是光学式的一般采用的是光透析原理，该结构需要相对封闭的暗室以防止外围光对检测传感器的影响、同时内部还需要有引导风机对周围环境的气体进行吸入式且需要滤膜采样才能进行数据的采集，对生产厂家来说其结构相对复杂、不易安装且增加生产成本；同时对使用单位来说操作比较复杂，且在粉尘环境中跟换滤膜比较不好操作，容易是滤膜沾染粉尘从而造成测量误差偏大甚至测量不准。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有光学原理检测粉尘浓度测量技术中由于自然光的干扰，无法进行高精度测量的问题，设计了一种基于近前向散射光检测的悬浮颗粒物浓度监测装置。

实现上述目的本实用新型的技术方案为，一种基于近前向散射光检测的悬浮颗粒物浓度监测装置，包括壳体、显示屏、设置于壳体内用于处理信号并将其显示在显示屏上的主控电路板、与主控电路板电性连接的连接线、为设备整体供电的蓄电池，近前向光散射检测装置，设置于所述连接线的另一端，通过激光照射待检测空气粉尘，并检测受粉尘影响而散射的光线，将该光信号转化为电信号处理。

作为近前向光散射检测装置结构部分的详细叙述，所述近前向光散射检测装置包括顺序设置的，发射激光的激光发射组件、留存待检测粉尘的悬浮颗粒物检测区、窄带滤光片、阻隔平行光线的遮光组件、吸收散射光并对其进行光学处理的光学透镜组件、将光信号转化为电信号的光电转换装置。

作为一种可供选择的实施方案，所述激光发射组件的激光管发射的激光为650nm激光束。

对遮光组件的功能进一步限制，所述遮光组件遮挡的光线为激光管中发射的未散射光线，且该遮光组件中的滤光片仅限650nm的激光通过。

作为一种光学透镜组件的可供实施方案，所述光学透镜组件由两个半球形透镜构成，能够将所述悬浮颗粒物检测区散射出的光线收集汇聚至所述光电转换装置上。

对光电转换装置的进一步限定，所述光电转换装置用于检测光线的强度，并将该光强信号转化为电压强度信号，然后经所述连接线传输到所述主控电路板，且该电压强度介于0～5V。

作为一种蓄电池和主控电路板的可供实施方案，所述蓄电池为锂离子蓄电池，所述主控电路板包括微处理器、充放电保护电路、模数转换电路、串口通讯电路，其中，所述充放电保护电路用于保证锂离子不会因过充、过放、短路的因素对仪器造成不利影响，所述模数转换电路用来接收所述光电转换装置传送来的电压信号并将该信号转化为数字信号传送给微处理器(MCU)进行数据处理。

作为一种显示屏显示信息的拓展，所述显示屏上显示的信息包括量程的选择、仪器的预校准、参数的设定、数据的测量、历史数据查询信息。

对连接线功能的进一步限制，所述连接线用于连接主控电路板和近前向光散射检测装置，并负责两者之间的电源与信号传输。

其有益效果在于，1.本实用新型利用激光在不同浓度粉尘中散射程度的不同，然后检测散射光线的强度，并将光强信号转化为电压强度，从而精确得知所处环境的粉尘浓度。激光发射组件中射出的激光经过悬浮颗粒物检测区时，会在粉尘的影响下发生散射，而且该散射程度与粉尘浓度正相关，随后激光经窄带滤光片到达光学透镜组件位置，平行直射的激光被阻隔，被散射的光线经光学透镜折射到达光电转换装置上，并由其将光强信号转化为电压强度信号，从而实现环境粉尘浓度通过电信号体现的目的，本使用新型相比现有的设备，能够在不使用滤膜的前提下进行悬浮颗粒物浓度的检测，进而能够避免更换滤膜对环境造成污染，同时又节约了资源。

2.本实用新型设计的主控电路板通过数模转换模块，将近前向光散射检测装置输入的电压信号变换为数字信号输入微处理器(MCU)进行一系列数据处理，通过液晶显示屏来显示测量基本信息。

3.本实用新型可以进行数据显示、存储、串口读取的便携式悬浮颗粒物浓度在线监测及预警装置，通过测量值与预警阈值的比较，实现超限报警功能。

附图说明

图1是本实用新型整体装置的内部和外部结构示意图；

图2是近前向光散射检测装置工作原理结构图；

图3是近前向光散射检测装置工作原理流程图；

图4是本实用新型整体装置的技术方案流程图；

图中，1、主控电路板；2、液晶显示屏；3、外壳；4、连接线；5、薄膜面板；6、近前向光散射检测装置；61、激光发射组件；62、悬浮颗粒物检测区；63、窄带滤光片；64、遮光组件；65、光学透镜组件；66、光电转换装置；7、锂离子蓄电池。

具体实施方式

首先说明本实用新型在实际应用中的意义，现有的环境浓度检测设备在检测的过程中主要采用光透析原理，在不同的检测环境中需要更替新的滤膜以进行采样，而在粉尘环境中更换滤膜不容易操作，并且操作过程中滤膜沾染粉尘容易导致测量数值不准确，而本实用新型中提到的设备能够实现对任何粉尘环境便捷准确的测量，其不需要经常性更换滤膜等一次性部件，而且测量过程中没有人为干涉，采用的粉尘样本也是直接来源于周围环境，所以相比于现有设备具体准确便捷的优点，而能够实现本设备以上优点的结构，是来源于本设备中的近前向光散射检测装置6。

下面将结合附图对本实用新型的核心机构：近前向光散射检测装置6的原理进行说明。

近前向光散射检测装置6包括，激光发射组件61、悬浮颗粒物检测区62、窄带滤光片63、遮光组件64、光学透镜组件65和光电转换装置66。该装置利用光散射测量原理，激光管发射650nm激光束，当激光束经过悬浮颗粒物检测区62后，部分光线发生散射，此后光线分为两部分，一部分始终未接触到悬浮颗粒物，该部分激光继续前行，保持平行光状态，通过窄带滤光片63后将被其后面遮光组件64所吸收；另一部分为接触到悬浮颗粒物的激光束，将产生光散射，即为近前向散射光，其通过窄带滤光片63后，会经过光学透镜组件65进行光学处理，光学透镜有前后两块，通过窄带滤光片63的近前向散射光经前透镜转变为平行状态，当光线到达后透镜，再由平行光转换成聚光状态，处理后的散射光将聚焦到光电转换装置66上并产生电压信号输出，该电压信号就是悬浮颗粒物的浓度转换成的电压模拟量，且悬浮颗粒物的浓度与该电压值呈比例关系，需要说明的是，该电压值介于0～5V。

所以，通过近前向光散射检测装置6能够将环境颗粒浓度转化成电信号，接下来就是对该电信号进行处理，让人们能够以数字的形式在设备上直接看到信号的强弱，这就需要进行电信号处理，负责该部分的是主控电路板1。

主控电路板1包括微处理器、充放电保护电路、模数转换电路、串口通讯电路，其中，模数转换电路用于将光电转换装置66传输来的电压强度信号转化成数字量输入微处理器(MCU)中，进行一系列常规设备中采用的数据处理方式进行处理，并将处理后的信息在显示屏上显示出来，如此，人们就能在手持式面板的液晶显示屏2上得到实时测量的悬浮颗粒物浓度显示值了。而对于主控电路板1中的其他电路模块分别有以下作用：主控电路板1上的电池充放电保护电路用来保证锂离子蓄电池7能正常工作，不会因为过充、过放、短路等因素对仪器造成不利影响；串口通讯模块提供了主控电路板1与上位机的数据交互功能，即数据存取；另外，可以通过手持式面板上的按键操作，进行档位(量程)的选择、仪器的预校准、参数的设定、数据的测量、历史数据查询等功能。

为了使本领域技术人员能够清楚明白本实用新型的工作原理，下面将系统地对本实用新型所述设备的工作原理进行叙述：

利用近前向光散射检测装置6对悬浮颗粒物区域进行浓度采集，转化为(0～5V)电压信号进行输出，该电压信号输入主控电路板1的数模转换电路变换为数字量输入微处理器(MCU)，进行一系列数据处理。经微处理器(MCU)的软件程序控制，可以在手持式面板的液晶显示屏2上得到实时测量的悬浮颗粒物浓度显示值，同时该设备对于采样时间、采样地点等信息也具有历史数据保存功能。

上述技术方案仅体现了本实用新型技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于近前向散射光检测的悬浮颗粒物浓度监测装置，包括壳体、显示屏、设置于壳体内用于处理信号并将其显示在显示屏上的主控电路板、与主控电路板电性连接的连接线、为设备整体供电的蓄电池，其特征在于，近前向光散射检测装置，设置于所述连接线的另一端，其结构包括顺序设置的，发射激光的激光发射组件、留存待检测粉尘的悬浮颗粒物检测区、窄带滤光片、阻隔平行光线的遮光组件、吸收散射光并对其进行光学处理的光学透镜组件、将光信号转化为电信号的光电转换装置。

2.根据权利要求1所述的一种基于近前向散射光检测的悬浮颗粒物浓度监测装置，其特征在于，所述激光发射组件的激光管发射的激光为650nm激光束。

3.根据权利要求1所述的一种基于近前向散射光检测的悬浮颗粒物浓度监测装置，其特征在于，所述遮光组件遮挡的光线为激光管中发射的未散射光线,且该遮光组件中的滤光片仅限650nm的激光通过。

4.根据权利要求1所述的一种基于近前向散射光检测的悬浮颗粒物浓度监测装置，其特征在于，所述光学透镜组件由两个半球形透镜构成，能够将所述悬浮颗粒物检测区散射出的光线收集汇聚至所述光电转换装置上。

5.根据权利要求1所述的一种基于近前向散射光检测的悬浮颗粒物浓度监测装置，其特征在于，所述光电转换装置用于检测光线的强度，并将该光强信号转化为电压强度信号，然后经所述连接线传输到所述主控电路板。

6.根据权利要求5所述的一种基于近前向散射光检测的悬浮颗粒物浓度监测装置，其特征在于，所述光电转换装置转化成的电压强度介于0～5V。

7.根据权利要求1所述的一种基于近前向散射光检测的悬浮颗粒物浓度监测装置，其特征在于，所述蓄电池为锂离子蓄电池，所述主控电路板包括微处理器、充放电保护电路、模数转换电路、串口通讯电路，其中，所述充放电保护电路用于保证锂离子不会因过充、过放、短路的因素对仪器造成不利影响，所述模数转换电路用来接收所述光电转换装置传送来的电压信号并将该信号转化为数字信号传送给微处理器(MCU)进行数据处理。

8.根据权利要求1所述的一种基于近前向散射光检测的悬浮颗粒物浓度监测装置，其特征在于，所述显示屏上显示的信息包括量程的选择、仪器的预校准、参数的设定、数据的测量、历史数据查询信息。

9.根据权利要求1所述的一种基于近前向散射光检测的悬浮颗粒物浓度监测装置，其特征在于，所述连接线用于连接主控电路板和近前向光散射检测装置，并负责两者之间的电源与信号传输。

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