CN2903972Y - 可变光程烟尘浓度测定仪 - Google Patents

Abstract

一种可变光程烟尘浓度测定仪，包括单色光源，光敏探测器，移动窗口和驱动机构，光敏探测器安装在所述单色光源的对面，两者之间为被侧的烟气通道，移动窗口设置在所述的单色光源的前面，并由驱动机构驱动沿着光线方向往复移动，起到改变仪器测量光程的作用。本实用新型将传统测尘仪的防护窗口设计成可往复移动的形式，通过内部的移动机构推动该防护窗口的往复移动，从而达到改变测定仪工作时的测量光程，将光程改变前的测量值与改变后的测量值通过理论计算，达到有效去除镜面污染带来的影响。

Description

可变光程烟尘浓度测定仪

技术领域

可变光程烟尘浓度测定仪(以下简称测定仪)主要用于固定污染源排放连续监测系统中，完成对排放尾气中固态颗粒物浓度即烟尘浓度的连续监测。

技术背景

传统的烟尘浓度连续测定仪大多采用激光对穿法，其测量原理基于Lamber-Bell，即郎伯-比尔定理：即当一束单色光(如激光)穿过含有颗粒物的流动介质时，由于颗粒物的吸收、散射及反射作用，其光强会衰减，光强的衰减程度满足下列公式：

         I＝I₀*e^-KCL                                         (1)

式中：I₀为入射光强，I为出射光强，C为介质中颗粒物的质量浓度，K为与颗粒物物理特性相关的标定系数，L为光线穿过介质的实际光程。

传统测定仪一经安装完毕，其测量光程为一固定值。

实际应用中，通过测量出射光强I，引入入射光强I₀，标定系数K及光束经过的实际光程L通过式(1)即可求出对应的烟尘深度C。传统测尘仪的使用中，造成入射光强衰减的因素主要有2个，其一是介质中颗粒物的吸收、散射与反射；其二是长期使用中颗粒物对光学镜面的污染。

后者是引起测定仪漂移的主要原因，而这种漂移会随着使用时间不断地增加，造成测量结果的严重偏差。

为了改善这种现象，传统测尘系统中大都引入反吹风机，强制反吹与介质接触的光学镜面，防止颗粒物在光学镜面的堆积，反吹系统的引入，仅起到了延缓污染的进程，但无法从根本上解决颗粒物对镜面的污染。

为实现系统的监测，目前最普遍的做法是定期对光学镜面进行人工清理，而现存的大多数测定仪均无法完成在线维护光学镜面，均需将测定仪拆下，维护清理后，再次通过光能对准及系统调试，无形中，增加了再次安装引起的系统的偏差。

发明内容

本实用新型的目的就是提供一种可变光程烟尘浓度测定仪，以解决现有技术存在的由于烟尘的颗粒物对其光学镜面的污染而引起测定仪漂移，这种漂移会随着使用时间不断地增加，从而造成测量结果的严重偏差的问题。

本实用新型的技术方案是：一个单色光源，用于发出单色光束；

一个光敏探测器，安装在所述单色光源的对面，两者之间为被侧的烟气通道，用于感应接收所述到的单色光源发射的单色光强度；

一个信号处理板，用于采集和处理所述的光敏探测器的输出信号；

一个位固定窗口，设在所述的光敏探测器的口部，防止烟气对仪器内部部件的污染；

其特征在于：还包括：

一个移动窗口，该移动窗口设置在所述的单色光源的前面，用于防止烟气对仪器内部部件污染的同时，还可沿着光线方向往复移动，起到改变仪器测量光程的作用；以及：

一个驱动机构，以电力或压缩空气为动力，用于推动移动窗口沿光线方向往复移动。

所述的单色光源包括激光源。

所述的驱动机构包括齿条、齿轮和步进马达，齿条连接在所述的移动窗口上，马达与固定体连接，其轴连接齿轮，齿轮与齿条相啮合。

所述的驱动机构为气缸，所述的移动窗口滑动置于该气缸内，气缸的两端与气路连接。

本发明的设计思路从根本上解决了光学镜面的污染对测量结果的影响。

本发明的核心是将传统测尘仪的防护窗口设计成可往复移动的形式，通过内部的移动机构推动该防护窗口的往复移动，从而达到改变测定仪工作时的测量光程，将光程改变前的测量值与改变后的测量值通过理论计算，达到有效去除镜面污染带来的影响。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型包括一个激光源(单色光源)1，垂直安装在烟道7的一侧壁上，用于发出单色光束；一个移动窗口2，设在激光源1的前面，用于防止烟气对仪器内部部件污染，同时可左右移动，起到改变仪器测量光程的作用；一个驱动机构3，以电力或压缩空气为动力，用于推动移动窗口2左右移动；一个信号处理板4，用于采集与处理光敏探测器6的输出信号；一个光敏探测器6，安装在激光源1的对面烟道壁上，用于感应接收到的单色光强度；一个固定窗口5，设在光敏探测器6的前面，防止烟气对仪器内部部件的污染。

对于一个实际运行中的测尘仪来讲，按Lamber-bell定理可知：

某一时刻t的出射光强I_t与入射光强I_0(t)满足下列公式：

$I_{\left(t\right)}=I_{0\left(t\right)}\·K_{w\left(t\right)}\·e^{{-\mathrm{KC}}_{\left(t\right)}L}---\left(2\right)$

式中K_w(t)：t时刻光学镜面的污染程度；

C_(t)：t时刻烟尘的质量浓度；

假设：测尘仪在某一时刻t开始改变光程，且改变光程所用的时间为Δt，光程的改变量为ΔL。

按式(2)可知：

I_(t)＝I_0(t)K_w(t)×e^-KC(t)L                           (3)

变化光程后ΔL时：

$I_{(t+\mathrm{\Δt})}=I_{0(t+\mathrm{\Δt})}\×K_{w(t+\mathrm{\Δt})}\×e^{{-K\×C}_{(t+\mathrm{\Δt})}\×(L+\mathrm{\ΔL})}---\left(4\right)$

由于测尘仪变换光程所需的时间较短(通常Δt小于5秒钟)，在实际应用中，可假设下列条件成立：

I_0(t)＝I_0(t+Δt)                                     (5)

K_w(t)＝K_w(t+Δt)                                     (6)

C_(t)＝C_(t+Δt)                                       (7)

由上述公式可得出：

$\frac{I_{\left(t\right)}}{I_{(t+\mathrm{\Δt})}}=e^{{-\mathrm{KL}}_{\left(t\right)}}---\left(8\right)$

由式(8)可以求出颗粒物浓度C即：

$C=1g\frac{I_{\left(t\right)}}{I_{(t+\mathrm{\Δt})}}\÷(K\×\mathrm{\ΔL})---\left(9\right)$

从式(9)可以看出，颗粒物的浓度C仅与变换量程前后的出射光强I_(t)，I_(t+Δt)和光程的变换量ΔL有关，与镜面的污染程度K_w(t)无关。

由式(3)和(9)还可以求出镜面的污染程度：

K_w(t)＝I_(t)÷(I_0(t)×e^-KCL)                        (10)

本实用新型的驱动机构3一个以电力驱动的实施例为：由齿条、齿轮和步进马达组成，齿条连接在所述的移动窗口2上，马达与固定体连接，其轴连接齿轮，齿轮与齿条相啮合。马达带动齿轮转动带动齿条和移动窗口2一起沿直线移动(未图示)。齿轮也可马达也可由手轮代替，。

驱动机构3一个以气动装置驱动的实施例为：所述的移动窗口2滑动置于气缸内，气缸的两端与气路连接。利用压缩空气推动移动窗口2在气缸内左右移动(未图示)。

Claims (2)

1、一种可变光程烟尘浓度测定仪，包括：一个单色光源、一个光敏探测器，一个信号处理板和一个位固定窗口，该光敏探测器安装在所述单色光源的对面，两者之间为被侧的烟气通道，该光敏探测器的信号输出端与信号处理板连接；位固定窗口设在所述的光敏探测器的口部，其特征在于：还包括一个移动窗口和一个驱动机构，该移动窗口设置在所述的单色光源的前面，可沿着光线方向往复移动，该移动窗口与驱动机构传动连接，该驱动机构以电力或压缩空气为动力。

2、根据权利要求1所述的可变光程烟尘浓度测定仪，其特征在于：所述的单色光源包括激光源。