CN2563570Y - 一种激光粉尘浓度检测装置 - Google Patents

Abstract

一种激光粉尘浓度检测装置，包括由依次以光路连接的激光器5、准直透镜14构成的入射光源，后接其后的半透半反棱镜17；在所述半透半反棱镜17的半透半反面反射后接有依次以光路连接的第二聚焦透镜16和光电接收器25构成的入射光强度I₀检测部件；在所述半透半反棱镜17的半透半反面透射后接依次以光路连接的保护窗口18、粉尘4、保护窗口19、半透半反平面镜20、傅利叶透镜21、光电接收器22构成的散射光强度I₂检测部件；在所述半透半反棱镜17的透射反向的半透半反面反射后接依次以光路连接的第一聚焦透镜15、光电接收器11构成的透射光强度I₁检测部件。经上述改进，实现了双参量测量，提高对粉尘光效应的检测，消除粒径对浓度测量的影响。

Description

一种激光粉尘浓度检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种环境粉尘检测装置，特别涉及光学测定远距离的空气介质内所含有的粉尘浓度的装置。

背景技术

对环境粉尘浓度的测定，采用光学原理的方法测定是目前最常见的，特别是散射法与透射法。前者一般对中问题不大，但受粉尘物性影响较大，且所测空间范围过窄；后者有方法简便、信号强、测定空间范围大的优点，但存在对中问题，受粉尘粒径大小的影响较大，所以可应用于所测定空间粉尘小变化的场合。

下面分别就应用散射法和透射法两种方法的检测装置进行说明。

原散射法的后向散射检测装置结构原理如图1所示。光源1、光学聚焦系统2以及光强接受元件3共同组成测定仪器。α角表示发射光与散射光的夹角。其测量原理为：光聚焦在粉尘粒子4上后，向四周散射，根据经典散射理论，如果光线波长与粒子直径确定，在某方向上的强度也就确定，图中注为α，测出强度也就可以推算出粒子直径。α角小于90°为后向散射，α角大于90°为前向散射。散射光强度与α角的关系不是单调的，但是总的是后向散射强度较前向散射强度要小几个数量级。虽然强度小但是在理论上是精确的，所以引起人们的研究。通过测定粒子直径进而测定粉尘的浓度，需要根据实际情况建立数学模型确定计算方法，由于后向散射强度小容易受干扰噪声和光线波长稳定性的影响，如果采用前向散射，仪器分之两边存在α角的稳定问题，因此散射法受实际条件的制约达到精确测量存在一定的技术难度。

本实用新型的设计人曾于1995年12月20日获得专利号为ZL 94 239247.7的实用新型专利，其有关透射法的粉尘浓度检测装置的结构如图2所示，来自激光器5的激光束通过透镜6成平行光束并以一定角度折射透射过半透半反镜7，然后经目镜9扩束，扩束后的光束透射过粉尘粒子，然后由反射器10原路反射回来，斜置的半透半反镜7将反射器10反射回来的经粉尘粒子中粉尘衰减后的光束反射入透镜6，经透镜6聚焦后由透射光接收器接收并转换成电信号，该电信号输入对数放大器12，放大后的电信号再输入单片计算机13处理和显示。该实用新型得到了较好的应用。但还存在一些值得改进的地方，如对中，受粉尘颗粒粒径影响较大等问题。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种激光粉尘浓度检测装置，其结合上述散射法和透射法各自的优点，以克服影响测定结果的偏差。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种激光粉尘浓度检测装置，包括由依次以光路连接的激光器5、准直透镜14构成的入射光源，其特征在于，还包括：后接在所述准直透镜14后的半透半反棱镜17；在所述半透半反棱镜17的半透半反面反射后接依次以光路连接的第二聚焦透镜16、光电接收器25构成的入射光强度I₀检测部件；在所述半透半反棱镜17的半透半反面透射后接依次以光路连接的保护窗口18、粉尘4、保护窗口19、半透半反平面镜20、傅利叶透镜21、光电接收器22构成的散射光强度I₂检测部件；在所述半透半反平面镜透射反向后接半透半反棱镜17的半透半反面反射后接依次以光路连接的第一聚焦透镜15、光电接收器11构成的透射光强度I₁检测部件。

经过上述改进，实现了将透射法和散射法相结合的双参量测量，提高对粉尘光效应的检测，消除粒径对浓度测量的影响，有很高的适应性。

本实用新型的激光粉尘浓度检测装置还可以包括一位于所述保护窗口(18)外侧的用于观察发射光与反射光路情况的摄像头，以便于更好地进行对中工作。

附图说明

图1为原散射法粉尘浓度测定示意图；

图2为现有激光粉尘浓度检测装置示意图；

图3为本实用新型结构示意图。

图中标号说明

1-光源

2-光学聚焦系统

3-光强接受元件

4-粉尘粒子

5-激光器

6-透镜

7-反射镜

8-校准装置

9-目镜

10-反射器

11-光电接收器

12-对数放大器

13-单片计算机

14-准直透镜

15-第一聚焦透镜

16-第二聚焦透镜

17-半透半反棱镜

18、19-可抽出窗口

20-半透半反平面镜

21-傅利叶透镜

22-光电接收器

23-摄像头

24-镜片

25-光电接收器

具体实施方式

下面根据图3给出本实用新型一个较好实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本实用新型的结构特征和功能、特点。

请参阅图3，如图所示，本实施例的激光粉尘浓度检测装置包括激光器5、透射光光电接收器11、准直透镜14、第一聚焦透镜15、第二聚焦透镜16、半透半反棱镜17、位于粉尘粒子周边的可抽出保护窗口18、19、半透半反平面镜20、傅利叶透镜21、散射光光电接收器22、CCD微型摄像头23、由电机带动的镜片24以及发射光光电接收器25。所述透射光光电接收器11和发射光光电接收器25为光电池；所述散射光光电接收器为光电池；所述半透半反棱镜17弥补了原使用半透半反平面镜造成的发射反射光轴不一致的缺点；所述第一聚焦透镜15提高了抗振能力，接收时可减少光斑的大小，只要光学器件有一定大小，光斑落在其中就不会对测量造成影响；所述可抽出保护窗口18、19可方便擦去沾灰，同时可以起到观察孔作用，通过它观察光路、调整光路，方便对中工作；所述CCD微型摄像头23用以观察发射光路与反射光路的情况。

本实用新型的激光粉尘浓度检测装置的工作原理如下：激光器5发出的光经准直透镜14准直后，一部分由半透半反棱镜17折射，通过第二聚焦透镜16到发射光光电接收器25接收，得到I₀；另一部分光通过保护窗口18、19，经半透半反平面镜20透射的光及粉尘散射光由傅利叶透镜21到散射光光电接收器22，得到I₂，经半透半反平面镜20反射的光再通过半透半反棱镜17折射，通过第一聚焦透镜15到透射光光电接收器11，得到I₁。I₀和I₁决定了透射测定粉尘浓度ρ₁；三者之间的关系为ρ₁＝f₁(I₁/I₀)。I₀和I₂决定了散射测定粉尘浓度ρ₂；三者之间的关系为ρ₂＝f₂(I₂/I₀)。

为了得到一个两者结合起来的测定数据，可以在本实用新型的激光粉尘浓度检测装置后接一个计算机，该计算机利用多元素优化技术进行计算，并显示。有关浓度ρ的计算公式如下： $\mathrm{\ρ}=\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{g}_j{\mathrm{\ρ}}_j$

上述激光粉尘浓度检测装置，较好地运用了散射法和透射法各自的优点，并将二者在结构上加以结合优化，提高对粉尘光效应的检测，消除粒径对浓度测量的影响。

Claims (9)

1.一种激光粉尘浓度检测装置，包括由依次以光路连接的激光器(5)和准直透镜(14)构成的入射光源，其特征在于，还包括：

a、后接所述准直透镜(14)接收入射光的半透半反棱镜(17)；

b、在所述半透半反棱镜(17)的半透半反面反射后接有依次以光路

   连接的第二聚焦透镜(16)和光电接收器(25)构成的入射光强

   度I₀检测部件；

c、在所述半透半反棱镜(17)的半透半反面透射后接有依次以光路

   连接的保护窗口(18)、粉尘(4)、保护窗口(19)、半透半反平

   面镜(20)、傅利叶透镜(21)和光电接收器(22)构成的散射

   光强度I₂检测部件；

d、在所述半透半反平面镜透射反向后接半透半反棱镜(17)的半透

   半反面反射后接有依次以光路连接的第一聚焦透镜(15)、光电

   接收器(11)构成的透射光强度I₁检测部件。

2.如权利要求1所述的激光粉尘浓度检测装置，其特征在于，还包括一位于所述保护窗口(18)外侧的用于观察发射光与反射光路情况的摄像头(23)。

3.如权利要求2所述的激光粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述摄像头(23)为CCD微型摄像头。

4.如权利要求1至3中的任意一项所述的激光粉尘浓度检测装置，其特征在于，还包括一位于光路中的由电机带动的用于校正的镜片(24)。

5.如权利要求1所述的激光粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述光电接收器(11)为光电池。

6.如权利要求1所述的激光粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述光电接收器(25)为光电池。

7.如权利要求1所述的激光粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述光电接收器(22)为光电池。

8.如权利要求1至3中的任意一项所述的激光粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述保护窗口(18)、(19)为可抽出窗口。

9.如权利要求4所述的激光粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述保护窗口(18)、(19)为可抽出窗口。

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