CN212180555U - 粉尘粒径及浓度无损在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种粉尘粒径及浓度无损在线检测装置，其中检测装置包括检测腔室，该检测腔室上设置有粒子加速喷头、进气管、出气接头，该粒子加速喷头设置有样气通道和包裹样气通道的环形的零气通道；粒子加速喷头按照包括弧形收缩通道和喉部通道，出气接头包括扩张通道，扩张通道的小径端与喉部通道对准适配，进气管包括烧结内管和外套管，外套管套装固定于烧结内管的外部并形成独立的零气腔室，零气腔室通过烧结内管上的微孔与烧结内管的内腔连通。该检测装置可进行无损检测，不但可以减少粉尘的附着，而且还能减少因过滤器阻力变化而对采样流速造成的影响，提高检测结果的准确性。

Description

粉尘粒径及浓度无损在线检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种粉尘粒径及浓度无损在线检测装置，同时还涉及使用该在线检测装置的无损在线检测方法。

背景技术

在大气中，污染物多是附着于气溶胶粒子的表面上的，气溶胶的粒径一般为0.001-100微米，人们发现，空气动力学直径在50微米以上范围的粒子由于重力原因无法进入人的呼吸道，10-50微米范围内的粒子只能进入鼻咽部，2.5-10微米范围内的粒子通常能进入支气管，2.5微米以下的粒子有80％能进入人体的肺泡中。气体中粒子的粒径及浓度在线检测应用广泛，例如专利号申请号为201910373520.X的专利公开了一种粒径及粒子浓度在线检测装置及在线检测方法。然目前的这种在线检测装置还是有以下缺点：1、目前的检测装置无法做到无损检测，也就是说在检测的过程中，粉尘可能会附着在管壁上，导致粉尘的损失，这样检测的结果就不准确；2、目前的检测装置的光源是无法调整的，光源装配的过程中无法麻烦，需要反复的比对、结果验证等操作才能保证光源位置的固定准确；3、目前的这个检测装置使用时，出气接头连接采样泵作为采样动力，采样泵的上游是需要安装一个过滤器，用来过滤粉尘颗粒，然过滤器过滤一段时间后，过滤器的阻力会变大，而阻力变大后，实际检测装置的采样气体流量就会变小，这样就会影响检测结果的准确性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种粉尘粒径及浓度无损在线检测装置，该无损在线检测装置不但可以减少粉尘的附着，而且还能减少因过滤器阻力变化而对采样流速造成的影响，提高检测结果的准确性。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种粉尘粒径及浓度无损在线检测装置，包括检测腔室，该检测腔室上设置有与检测腔室连通的粒子加速喷头和出气接头，该粒子加速喷头设置有样气通道和包裹样气通道的环形的零气通道；所述检测腔室上设置有与粒子加速喷头连通的进气管、与零气通道连通的第一零气接头，检测腔室上安装有固定罩壳，该固定罩壳内安装有光源固定座和进光透镜组件，检测腔室上设置有出光透镜组件和两个用于检测散射光信号的光电探测器，经粒子散射的散射光通过出光透镜组件后被两个光电探测器接收，所述粒子加速喷头按照气流方向包括弧形收缩通道和喉部通道，所述喉部通道与弧形收缩通道的小径端连接，所述出气接头包括扩张通道，所述扩张通道的小径端与喉部通道对准适配，所述进气管包括烧结内管和外套管，所述外套管套装固定于烧结内管的外部并形成独立的零气腔室，所述零气腔室通过烧结内管上的微孔与烧结内管的内腔连通，所述外套管上设置有第二零气接头。

作为一种优选的方案，所述固定罩壳内安装有用于调节光源固定座的光源调节装置。

作为一种优选的方案，所述光源调节装置包括调节座，所述光源固定座固定于调节座上，所述固定罩壳内设置有在X方向调节调节座的X调节机构、用于在Y方向调节调节座的Y调节机构；所述X方向和Y方向构成的平面与光源发射的光线垂直。

作为一种优选的方案，所述X调节机构包括沿Y方向滑动安装于固定罩壳内的X驱动滑块，所述X驱动滑块的一端为驱动端且设置有X驱动斜面，所述调节座靠近X驱动滑块的一端设置有与X驱动斜面适配的X配合斜面，所述固定罩壳上设置有顶推X驱动滑块另一端的X调节螺钉，所述固定罩壳内上设置有X应变片和X金属垫片，所述X应变片和X驱动滑块分别位于光源固定座的两侧，所述X应变片与光源固定座挤触。

作为一种优选的方案，所述Y调节机构包括沿X方向滑动安装于固定罩壳内的Y驱动滑块，所述调节座放置在Y过渡块上且相对Y过渡块可以在X方向滑动，所述Y驱动滑块处于Y过渡块的下方，所述Y驱动滑块上设置有Y驱动斜面，所述Y过渡块上设置有与Y驱动斜面配合的Y配合斜面，所述固定罩壳上设置有顶推Y驱动滑块的Y调节螺钉，所述固定罩壳内上设置有Y应变片和Y金属垫片，所述Y应变片和Y驱动滑块分别位于光源固定座的两侧，所述Y应变片与光源固定座挤触。

作为一种优选的方案，所述Y驱动滑块和固定罩壳之间设置有迫使Y驱动滑块沿X方向滑动复位的Y复位弹性块，所述X驱动滑块和固定罩壳之间设置有迫使X驱动滑块沿Y方向滑动复位的X复位弹性块。

作为一种优选的方案，所述弧形收缩通道的轮廓线为四分之一椭圆线。

采用了上述技术方案后，本实用新型的效果是：该无损在线检测装置相比目前的现有结构具备以下优点：1、粒子加速喷头按照气流方向包括弧形收缩通道和喉部通道，所述喉部通道与弧形收缩通道的小径端连接，所述出气接头包括扩张通道，所述扩张通道的小径端与喉部通道对准适配，因此，样气先通过弧形收缩通道就会逐渐压缩，截面逐渐变小，样气的流速逐渐增加，样气高速通过喉部通道后会挤压粉尘颗粒，使粉尘颗粒能够逐颗排列通过检测区域，从而使检测的结果更准确。2、该扩张通道将气体压缩，然后气体再经过出气接头的扩张通道，这样在使用时，即使后续的过滤器阻力增大，样气也因为粒子加速喷头的截面变小而始终受到压缩加速，这样样气的流速比较恒定，这样粒子的飞行时间检测结果也非常准确。3、进气管包括烧结内管和外套管，所述外套管套装固定于烧结内管的外部并形成独立的零气腔室，所述零气腔室通过烧结内管上的微孔与烧结内管的内腔连通，所述外套管上设置有第二零气接头，这样零气可以通过微孔进入到烧结内管形成气幕，这样可以保护烧结内管，避免粉尘粘附在烧结内管上而导致检测不准确。

又由于所述固定罩壳内安装有用于调节光源固定座的光源调节装置，该光源调节装置可以调节光源固定座的位置，从而调节光线的位置，确保光线的入射位置准确。

又由于所述X调节机构包括沿Y方向滑动安装于固定罩壳内的X驱动滑块，所述X驱动滑块的一端为驱动端且设置有X驱动斜面，所述调节座靠近X驱动滑块的一端设置有与X驱动斜面适配的X配合斜面，所述固定罩壳上设置有顶推X驱动滑块另一端的X调节螺钉，所述固定罩壳内上设置有X应变片和X金属垫片，所述X应变片和X驱动滑块分别位于光源固定座的两侧，所述X应变片与光源固定座挤触，而X驱动滑块在Y方向滑动，从而利用X驱动斜面顶推调节座，这样就将Y方向的力转换成了X方向的力，这样调节座就会挤压X应变片和X金属垫片，而X金属垫片的弹性变形可以方便调节座的X方向微位移量，而挤压力的大小可以直接由X应变片的阻值变化计算得出，而挤压力的大小由调节座的X方向的微位移量决定，因此就可以根据X应变片的阻值换算出X方向的微位移量，从而X方向调节非常直观，同时，利用X驱动斜面和X配合斜面可以将Y方向的移动转换成X方向的移动，这样即使X调节螺钉的顶推距离较长，反馈到调节座上的微位移量也比较小，这样调节的灵敏度会降低，调节动作更加平缓也更容易，而当松开X调节螺钉时，由于调节座是微位移，因此依靠X金属垫片的自身的弹性变形就可以使调节座复位。

又由于所述Y调节机构包括沿X方向滑动安装于固定罩壳内的Y驱动滑块，所述调节座放置在Y过渡块上且相对Y过渡块可以在X方向滑动，所述Y驱动滑块处于Y过渡块的下方，所述Y驱动滑块上设置有Y驱动斜面，所述Y过渡块上设置有与Y驱动斜面配合的Y配合斜面，所述固定罩壳上设置有顶推Y驱动滑块的Y调节螺钉，所述固定罩壳内上设置有Y应变片和Y金属垫片，所述Y应变片和Y驱动滑块分别位于光源固定座的两侧，所述Y应变片与光源固定座挤触，同理，利用Y驱动滑块可以调节Y过渡块在Y方向上的微位移，最终使光源固定座的位置调节准确，微位移通过Y应变片的阻值变化反应，更加直观。

又由于所述Y驱动滑块和固定罩壳之间设置有迫使Y驱动滑块沿X方向滑动复位的Y复位弹性块，所述X驱动滑块和固定罩壳之间设置有迫使X驱动滑块沿Y方向滑动复位的X复位弹性块，利用X复位弹性块和Y复位弹性块可以进一步方便X驱动滑块和Y驱动滑块的复位。

本实用新型还公开了一种粉尘粒径及浓度无损在线检测方法，该检测方法使用了上述的无损在线检测装置；

采样的样气进入到烧结内管后通过粒子加速喷头，样气经过弧形收缩通道收缩后从喉部通道加速喷出形成高速粒子气流束；同时洁净的零气分别通过第一零气接头和第二零气接头进入到零气通道和零气腔室，零气腔室的零气通过烧结内管上的微孔进入到烧结内管内形成管内保护气幕，零气通道的零气包裹粒子气流束，粒子气流束经过出气接头的扩张通道后排出；光源固定座产生的总光束通过进光透镜组件产生第一检测光束和第二检测光束分别与粒子气流束流动路线相交于第一位置和第二位置，第一检测光束和第二检测光束照射在经过第一位置和第二位置的粒子均形成两束发自不同位置的散射光，两个光电探测器各自接收不同位置的散射光并形成电信号；

单个光电探测器接收到的散射光信号的数量即为粉尘颗粒物的数量，根据光电探测器检测的散射光信号强度计算该粒子的粒径；两个光电探测器检测到散射光信号的时间差得到相对应粒子经过两束相邻的光束的飞行时间；将检测得到的粒子飞行时间与预先测得的标准粒径粒子的飞行时间表进行对比，得到环境空气样气中每个粒子的空气动力学直径Dp。

其中优选的，所述无损在线检测方法还包括光源位置调节方法，该调节方法包括X方向调节方法和Y方向调节方法；

其中X方向调节方法为：拧动X调节螺钉顶推X驱动滑块，X驱动滑块沿Y方向移动并利用X驱动斜面挤推X配合斜面，使光源固定座沿X方向挤推X应变片和X金属垫片，X金属垫片受到挤压而发生微变形而使光源固定座在X方向调节位置，根据X应变片的阻值变化而计算出X方向的挤推力大小，再根据挤推力和位移量的关系来得出X方向的调节量；

其中Y方向调节方法是：拧动Y调节螺钉顶推Y驱动滑块，Y驱动滑块沿X方向移动并利用Y驱动斜面挤推Y配合斜面，使光源固定座沿Y方向挤推Y应变片和Y金属垫片，Y金属垫片受到挤压而发生微变形而使光源固定座在Y方向调节位置，根据Y应变片的阻值变化而计算出Y方向的挤推力大小，再根据挤推力和位移量的关系来得出Y方向的调节量。

采用了上述技术方案后，本实用新型的效果是：该检测方法基于上述的无损在线检测装置，该检测方法可以减少过滤器的阻力带来的样气流速的影响，同时可对样气中的颗粒进行压缩使颗粒顺序排列更好，检测结果更准确，同时进气管在检测的过程中也会形成一层保护气幕，这样减少粉尘的附着，可以实现无损检测，进一步保证检测结果的准确性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型实施例的无损在线检测装置的剖视图；

图2是本实用新型实施例的无损在线检测装置的另一个角度的剖视图；

图3是图1在A-A处的剖视图；

附图中：1.检测腔室；2.粒子加速喷头；3.进气管；4.第一零气接头；5.第二零气接头；6.固定罩壳；7.光源固定座；8.Y金属垫片；9.Y应变片；10.Y驱动滑块；101.Y驱动斜面；11.调节座；111.X配合斜面；12.出气接头；13.光电探测器A；14.光电探测器B；15.Y过渡块；1501.Y配合斜面；16.X应变片；17.X金属垫片；18.X驱动滑块；1801.X驱动斜面；19.X调节螺钉；20.Y调节螺钉；21.Y复位弹性块；22.X复位弹性块。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

实施例1

如图1至图3所示，一种粉尘粒径及浓度无损在线检测装置，包括检测腔室1，该检测腔室1上设置有与检测腔室1连通的粒子加速喷头2和出气接头12，该粒子加速喷头2设置有样气通道和包裹样气通道的环形的零气通道；所述检测腔室1上设置有与粒子加速喷头2连通的进气管3、与零气通道连通的第一零气接头4，检测腔室1上安装有固定罩壳6，该固定罩壳6内安装有光源固定座7和进光透镜组件，检测腔室1上设置有出光透镜组件和两个用于检测散射光信号的光电探测器，方便了方便描述，两个光电探测器分别定义光电探测器A13和光电探测器B14，经粒子散射的散射光通过出光透镜组件后被两个光电探测器接收，所述粒子加速喷头2按照气流方向包括弧形收缩通道和喉部通道，所述喉部通道与弧形收缩通道的小径端连接，一般优选的，所述弧形收缩通道的轮廓线为四分之一椭圆线，利用四分之一椭圆线绕中心线旋转一周即形成了弧形收缩通道，而喉部通道为直管段，这样可以使样气气流喷出时不分散。

所述出气接头12包括扩张通道，所述扩张通道的小径端与喉部通道对准适配，其中优选的，扩张通道的小径端是与后部通道的直径相等的，这样气体进入到出气接头12后，体积变大，这样，在使用的过程中，即使后面的过滤器阻力变大，依旧对喉部通道的气体流速的影响较小，这样使样气流速相对稳定。

所述进气管3包括烧结内管和外套管，所述外套管套装固定于烧结内管的外部并形成独立的零气腔室，所述零气腔室通过烧结内管上的微孔与烧结内管的内腔连通，所述外套管上设置有第二零气接头5，第一零气接头4和第二零气接头5可以连接相同的零气供应系统中，零气进入到烧结内管内可以形成气幕，避免粉尘粘附在烧结内管的内壁。

如图3所示，所述固定罩壳6内安装有用于调节光源固定座7的光源调节装置。所述光源调节装置包括调节座11，所述光源固定座7固定于调节座11上，所述固定罩壳6内设置有在X方向调节调节座11的X调节机构、用于在Y方向调节调节座11的Y调节机构；所述X方向和Y方向构成的平面与光源发射的光线垂直。这样在XY平面内调节光源固定座7的位置，从而调节光线的位置，确保光线能准确的入射到进光透镜组件的指定位置，从而确保光线经过颗粒物散射后光电探测器A13和光电探测器B14能够准确的接收到信号。

如图3所示，所述X调节机构包括沿Y方向滑动安装于固定罩壳6内的X驱动滑块18，所述X驱动滑块18的一端为驱动端且设置有X驱动斜面1801，所述调节座11靠近X驱动滑块18的一端设置有与X驱动斜面1801适配的X配合斜面111，所述固定罩壳6上设置有顶推X驱动滑块18另一端的X调节螺钉19，所述固定罩壳6内上设置有X应变片16和X金属垫片17，所述X应变片16和X驱动滑块18分别位于光源固定座7的两侧，所述X应变片16与光源固定座7挤触。

所述Y调节机构包括沿X方向滑动安装于固定罩壳6内的Y驱动滑块10，所述调节座11放置在Y过渡块15上且相对Y过渡块15可以在X方向滑动，所述Y驱动滑块10处于Y过渡块15的下方，所述Y驱动滑块10上设置有Y驱动斜面101，所述Y过渡块15上设置有与Y驱动斜面101配合的Y配合斜面1501，所述固定罩壳6上设置有顶推Y驱动滑块10的Y调节螺钉20，所述固定罩壳6内上设置有Y应变片9和Y金属垫片8，所述Y应变片9和Y驱动滑块10分别位于光源固定座7的两侧，所述Y应变片9与光源固定座7挤触。所述Y驱动滑块10和固定罩壳6之间设置有迫使Y驱动滑块10沿X方向滑动复位的Y复位弹性块21，所述X驱动滑块18和固定罩壳6之间设置有迫使X驱动滑块18沿Y方向滑动复位的X复位弹性块22。Y复位弹性块21和X复位弹性块22可以采用橡胶块，利用橡胶块的弹性作用来起到复位作用。

实施例2

一种粉尘粒径及浓度无损在线检测方法，该检测方法使用了上述的无损在线检测装置；

采样的样气进入到烧结内管后通过粒子加速喷头2，样气经过弧形收缩通道收缩后从喉部通道加速喷出形成高速粒子气流束；同时洁净的零气分别通过第一零气接头4和第二零气接头5进入到零气通道和零气腔室，零气腔室的零气通过烧结内管上的微孔进入到烧结内管内形成管内保护气幕，零气通道的零气包裹粒子气流束，粒子气流束经过出气接头12的扩张通道后排出；光源固定座7产生的总光束通过进光透镜组件产生第一检测光束和第二检测光束分别与粒子气流束流动路线相交于第一位置和第二位置，第一检测光束和第二检测光束照射在经过第一位置和第二位置的粒子均形成两束发自不同位置的散射光，两个光电探测器各自接收不同位置的散射光并形成电信号；

单个光电探测器接收到的散射光信号的数量即为粉尘颗粒物的数量，根据光电探测器检测的散射光信号强度计算该粒子的粒径；两个光电探测器检测到散射光信号的时间差得到相对应粒子经过两束相邻的光束的飞行时间；将检测得到的粒子飞行时间与预先测得的标准粒径粒子的飞行时间表进行对比，得到环境空气样气中每个粒子的空气动力学直径Dp。

其中优选的，所述无损在线检测方法还包括光源位置调节方法，该调节方法包括X方向调节方法和Y方向调节方法；

其中X方向调节方法为：拧动X调节螺钉19顶推X驱动滑块18，X驱动滑块18沿Y方向移动并利用X驱动斜面1801挤推X配合斜面111，使光源固定座7沿X方向挤推X应变片16和X金属垫片17，X金属垫片17受到挤压而发生微变形而使光源固定座7在X方向调节位置，根据X应变片16的阻值变化而计算出X方向的挤推力大小，再根据挤推力和位移量的关系来得出X方向的调节量；

其中Y方向调节方法是：拧动Y调节螺钉20顶推Y驱动滑块10，Y驱动滑块10沿X方向移动并利用Y驱动斜面101挤推Y配合斜面1501，使光源固定座7沿Y方向挤推Y应变片9和Y金属垫片8，Y金属垫片8受到挤压而发生微变形而使光源固定座7在Y方向调节位置，根据Y应变片9的阻值变化而计算出Y方向的挤推力大小，再根据挤推力和位移量的关系来得出Y方向的调节量。

其中X应变片16和Y应变片9可以在市面上选购，应变片可以直接反映出挤推力的大小，而挤推力越大，微位移量也越大，因此实际上通过理论分析结合实验即可获得其对应的关系曲线，从而将微位移量通过应变片的阻值变化直观体现。

以上所述实施例仅是对本实用新型的优选实施方式的描述，不作为对本实用新型范围的限定，在不脱离本实用新型设计精神的基础上，对本实用新型技术方案作出的各种变形和改造，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种粉尘粒径及浓度无损在线检测装置，包括检测腔室，该检测腔室上设置有与检测腔室连通的粒子加速喷头和出气接头，该粒子加速喷头设置有样气通道和包裹样气通道的环形的零气通道；所述检测腔室上设置有与粒子加速喷头连通的进气管、与零气通道连通的第一零气接头，检测腔室上安装有固定罩壳，该固定罩壳内安装有光源固定座和进光透镜组件，检测腔室上设置有出光透镜组件和两个用于检测散射光信号的光电探测器，经粒子散射的散射光通过出光透镜组件后被两个光电探测器接收，其特征在于：所述粒子加速喷头按照气流方向包括弧形收缩通道和喉部通道，所述喉部通道与弧形收缩通道的小径端连接，所述出气接头包括扩张通道，所述扩张通道的小径端与喉部通道对准适配，所述进气管包括烧结内管和外套管，所述外套管套装固定于烧结内管的外部并形成独立的零气腔室，所述零气腔室通过烧结内管上的微孔与烧结内管的内腔连通，所述外套管上设置有第二零气接头。

2.如权利要求1所述的一种粉尘粒径及浓度无损在线检测装置，其特征在于：所述固定罩壳内安装有用于调节光源固定座的光源调节装置。

3.如权利要求2所述的一种粉尘粒径及浓度无损在线检测装置，其特征在于：所述光源调节装置包括调节座，所述光源固定座固定于调节座上，所述固定罩壳内设置有在X方向调节调节座的X调节机构、用于在Y方向调节调节座的Y调节机构；所述X方向和Y方向构成的平面与光源发射的光线垂直。

4.如权利要求3所述的一种粉尘粒径及浓度无损在线检测装置，其特征在于：所述X调节机构包括沿Y方向滑动安装于固定罩壳内的X驱动滑块，所述X驱动滑块的一端为驱动端且设置有X驱动斜面，所述调节座靠近X驱动滑块的一端设置有与X驱动斜面适配的X配合斜面，所述固定罩壳上设置有顶推X驱动滑块另一端的X调节螺钉，所述固定罩壳内上设置有X应变片和X金属垫片，所述X应变片和X驱动滑块分别位于光源固定座的两侧，所述X应变片与光源固定座挤触。

5.如权利要求4所述的一种粉尘粒径及浓度无损在线检测装置，其特征在于：所述Y调节机构包括沿X方向滑动安装于固定罩壳内的Y驱动滑块，所述调节座放置在Y过渡块上且相对Y过渡块可以在X方向滑动，所述Y驱动滑块处于Y过渡块的下方，所述Y驱动滑块上设置有Y驱动斜面，所述Y过渡块上设置有与Y驱动斜面配合的Y配合斜面，所述固定罩壳上设置有顶推Y驱动滑块的Y调节螺钉，所述固定罩壳内上设置有Y应变片和Y金属垫片，所述Y应变片和Y驱动滑块分别位于光源固定座的两侧，所述Y应变片与光源固定座挤触。

6.如权利要求5所述的一种粉尘粒径及浓度无损在线检测装置，其特征在于：所述Y驱动滑块和固定罩壳之间设置有迫使Y驱动滑块沿X方向滑动复位的Y复位弹性块，所述X驱动滑块和固定罩壳之间设置有迫使X驱动滑块沿Y方向滑动复位的X复位弹性块。

7.如权利要求1所述的一种粉尘粒径及浓度无损在线检测装置，其特征在于：所述弧形收缩通道的轮廓线为四分之一椭圆线。

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