DE2260313A1

DE2260313A1 - PROCEDURE AND EQUIPMENT FOR DETERMINING FINE DUST CONCENTRATIONS

Info

Publication number: DE2260313A1
Application number: DE19722260313
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Breuer; Josef Dipl Phys Dr Gebhardt; Klaus Dipl Phys Dr Robock
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1972-12-09
Filing date: 1972-12-09
Publication date: 1974-06-20
Also published as: DE2260313C2

Description

Verfahren und Gerät zur Bestimmung von Feinstaubkonzentrationen Zusatz zu Patent ......... (Patentanmeldung P 20 20 51 546.2) und Zusatzpatent ......... (Anmeldung P P .................) Das Patent .......... (Patentanmeldung P 20 51 546.2) betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Feinstaubkonzentrat ionen in der Atmosphäre durch Messung der Intensität des an den Staubteilchen bei Auftreffen eines Primärlichtes entstehenden Streulichtes mittels Lichtstärkenvergleich, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stärke des an den Staubteilchen beim Auftreffen eines.Primärlichtstrahles entstehenden Streulichtes und die Stärke eines Vergleichslichtes gemessen werden und daß nur der Anteil des Streulichtes zur Messung benutzt wird, der unter einem mittleren Winkel von 60 bis 80°, vorzugsweise 700, zum Primärlicht durch das Austrittsfenster zum Empfängersystem gelangt, wobei das von der Lichtquelle ausgesendete Licht eine Wellenlänge von 800 bis 1 000 nm besitzt.Method and device for the determination of fine dust concentrations additive to patent ......... (patent application P 20 20 51 546.2) and additional patent ......... (Application P P .................) The patent .......... (Patent application P 20 51 546.2) relates to a method for the determination of fine dust concentrations in the Atmosphere by measuring the intensity of the dust particles upon impact scattered light arising from a primary light by means of luminous intensity comparison, which is characterized in that the strength of the dust particles upon impact ein.Primärlichtstrahles resulting scattered light and the strength of a comparison light be measured and that only the portion of the scattered light is used for the measurement, the one at an average angle of 60 to 80 °, preferably 700, to the primary light reaches the receiving system through the exit window, where the Light emitted by the light source has a wavelength of 800 to 1,000 nm.

Gemäß Hauptpatent .......... und Zusatzpatent .........According to main patent .......... and additional patent .........

arbeitet dieses Gerät mit einer Lichtquelle, die ein Licht einer Wellenlänge von 800 bis 2 000 nm ausstrahlt.This device works with a light source, which is a light of one wavelength emits from 800 to 2,000 nm.

Zum Lichtstärkenvergleich wird ein fotoelektrisches System verwendet, das entweder aus einem Fotoempfänger besteht, der alternierend vom Vergleichslicht und von dem Anteil des Streulichtes, das unter einem mittleren Winkel von 60 bis 80° , vorzugsweise 70° , zum Primärlicht durch ein Austrittsfenster die Meßkammer verläßt, getroffen wird oder aus zwei gleichartigen Fotoempfängern, von denen der eine das Vergleichslicht und der andere den Anteil des Streulichtes, das unter einem mittleren Winkel von 60 bis 800, vorzugsweise 700, zum Primärlicht durch ein Austrittsfenster die Meßkammer verläßt, empfängt.A photoelectric system is used to compare the luminous intensity, which either consists of a photo receiver that alternates from the comparison light and the proportion of the scattered light that is at an average angle of 60 to 80 °, preferably 70 °, to the primary light through an exit window, the measuring chamber leaves, is hit or from two similar photo receivers, of which the one the comparison light and the other the proportion of the scattered light that is under one mean angle of 60 to 800, preferably 700, to the primary light through an exit window leaves the measuring chamber, receives.

Die Methode der Lichtstärkenvergleichsmessung bringt den Nachteil von räumlich wie zahlenmäßig aufwendigen optischen Einrichtungen mit sich. Das Gerät zur Durchführung des Verfahrens wird unhandlich.The method of comparative luminous intensity measurement has the disadvantage of spatially and numerically complex optical devices. The device to carry out the procedure becomes unwieldy.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Auswertung des Streulichtstrahles durch ein weniger aufwendiges Meßprinzip zu verbessern.The object of the invention is to evaluate the scattered light beam to be improved by a less complex measuring principle.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Messung der Intensität des Streulichtstrahles durch eine direkte Messung erfolgt.According to the invention, this object is achieved in that the measurement the intensity of the scattered light beam is carried out by means of a direct measurement.

Um eine möglichst niedrige untere Konzentrationsgrenze zu erreichen und auch das Gerät mit offener Meßkammer betreiben zu können, sollen Störeinflüsse durch das Umgebungslicht beseitigt werden. Deshalb wird zweckmäßigerweise der Betriebsstrom der Lichtquelle mit einer Frequenz, z. B. von 1 kHz moduliert und der Empfänger selektiv auf diese Frequenz abgestimmt. Ein schmalbandiger Nachweis.To achieve the lowest possible lower concentration limit and also to be able to operate the device with an open measuring chamber, should interfering influences can be eliminated by the ambient light. Therefore, the operating current is expediently the light source at a frequency, e.g. B. modulated by 1 kHz and the receiver selectively tuned to this frequency. A narrow-band proof.

des Meßsignals mit maximalem Abstand zu Störsignalen kann durch Verwendung eines phasenempfindlichen Gleichrichters erreicht werden, dessen Referenzsignal direkt von der Versorgungsstufe der Lichtquelle abgenommen wird. Der Verstärkungsfaktor des nachgeschalteten Verstärkers soll im Toleranzbereich stufenlos. nachregelbar sein, um das Gerät nach einer bestimmten Betriebszeit unter Verwendung eines Streustandards auf die gleiche Meßanzeige nachstellen zu können. Das Meßsignal kann über einen Analog-Ausgang auf einen Kompensationsschreiber zur kontinuierlichen Registrierung gegeben sowie über einem Anak-Digital-Wandler einer 9-stelligen LED-Anzeigeeinheit zugeführt werden.of the measurement signal with the maximum distance to interfering signals can be achieved by using a phase-sensitive rectifier can be achieved whose reference signal is taken directly from the supply stage of the light source. The gain factor of the downstream amplifier should be steplessly within the tolerance range. readjustable be to the device after a certain operating time using a scatter standard to be able to readjust to the same measuring display. The measurement signal can be via a Analog output on a compensation recorder for continuous registration and a 9-digit LED display unit via an Anak digital converter are fed.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird zur besseren Handhabung des Gerätes auch für die direkte Messung der Lichtintensität die Meßkammer in Form eines Rohres ausgebildet, das in axialer Richtung nach beiden Seiten offen ist. Die Messung erfolgt dann in der Weise, daß das Gerät einfach in die die Feinstaub enthaltende Atmosphäre gehalten wird. Der Feinstaub dringt von selbst in die MeB-kammer ein, und seine Konzentration kann durch Auslösen der Meßeinrichtung bestimmt werden. Damit das.Meßergebnis aufgrund von Reflexionen des Primärlichtes. nicht verfälscht wird, sind im allgemeinen geeignete Blenden und Lichtfallen innen an den Meßkammerwänden in der Weise angeordnet, daß kein von den Meßkammerwänden reflektiertes Licht des Primärstrahls das Empfängersystem erreicht.In a further embodiment of the invention, for better handling of the device also for the direct measurement of the light intensity the measuring chamber in the form formed of a tube which is open in the axial direction on both sides. The measurement is then carried out in such a way that the device simply enters the fine dust containing atmosphere is maintained. The fine dust enters the measuring chamber by itself on, and its concentration can be determined by triggering the measuring device. So that the measurement result due to reflections of the primary light. not adulterated will, are generally suitable diaphragms and light traps on the inside of the measuring chamber walls arranged in such a way that no light reflected from the measuring chamber walls Primary beam reaches the receiving system.

Die räumliche Anordnung der Blenden und Lichtfallen ergibt sich aus der Geometrie der Meßkammer.The spatial arrangement of the apertures and light traps results from the geometry of the measuring chamber.

Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail with the aid of a drawing.

In der Fig. 1 ist der Strahlengang des Gerätes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer in Form eines Rohres ausgebildeten Meßkammer dargestellt.In Fig. 1, the beam path of the device for performing the Method according to the invention with a measuring chamber designed in the form of a tube shown.

Die Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild der elektrischen Bauelemente zur Verarbeitung des Meßsignals.Fig. 2 shows the block diagram of the electrical components for processing the measurement signal.

Nach der Fig. 1 durchsetzt ein von der Lichtquelle 1, bestehend z. B. einer GaAs-Luminenszenzdiode, ausgesandtes und von der Linse 2 parallel gerichtetes Lichtbündel als Primärlicht 3, die senkrecht zur Bildebene offene Meßkammer 4. Das durcidie Eintrittsöffnung 5 einfallende Primärlicht 3 trifft in der Meßkammer 4 auf die Feinstaubteilchen. Unter einem mittleren Winkel von 60 bis 800, beispielsweise 700, gegen die Richtung des Primärlichtstrahles 5 ist an der Meßkammer 4 für das vom Meßvolumen 6 ausgehende Streulicht 7 ein Empfänger 8, z. B.According to Fig. 1 penetrated by the light source 1, consisting, for. B. a GaAs luminescent diode, emitted and directed parallel to the lens 2 Light bundle as primary light 3, the measuring chamber 4, which is open perpendicular to the image plane Primary light 3 incident through the inlet opening 5 hits the measuring chamber 4 on the fine dust particles. At an average angle of 60 to 800, for example 700, against the direction of the primary light beam 5 is on the measuring chamber 4 for the from the measuring volume 6 outgoing scattered light 7 a receiver 8, z. B.

eine Silizium-Fotodiode angeordnet. Er dient zur Messung nur des Anteils des Streulichtes 7, der unter einem mittleren von Winkel 60 bis 800, beispielsweise 700, über eine Linse 9 durch die Austrittsöffnung 10 der Meßkammer 4 zum Empfänger 8 gelangt. Der Empfänger besitzt eine maximale Empfindlichkeit, die gerade bei der Wellenlänge des von der Lichtquelle emittierten Lichtes liegt. Empfänger und Lichtquelle kommen mit einer niedrigen Versorgungsspannung aus, die bei ca. 3, 7 V liegt und einer im-Gerät untergebrachten Batterie entnommen wird. Die das Lichtsignal auswertenden elektrischen Bauelemente wie Gleichrichter, Verstärker, Wandler etc. und auch die Strom liefernde Batterie sind bei 11 untergebracht.a silicon photodiode arranged. It is used to measure the proportion only of the scattered light 7, which is at an average angle of 60 to 800, for example 700, about a lens 9 through the outlet opening 10 of the measuring chamber 4 reaches the receiver 8. The receiver has a maximum sensitivity, which is just at the wavelength of the light emitted by the light source. The receiver and light source manage with a low supply voltage is approx. 3.7 V and is taken from a battery housed in the device. The electrical components that evaluate the light signal, such as rectifiers, amplifiers, Converter etc. and also the battery supplying the current are located at 11.

An den Meßkammerwänden sind geeignete Blenden und Lichtfallen 12 angeordnet, die das an den Kammerwänden reflektierte Licht absorbieren, so daß dieses nicht den Empfänger erreicht und das Meßergebnis verfälscht.Suitable diaphragms and light traps 12 are arranged on the measuring chamber walls, which absorb the light reflected on the chamber walls, so that this does not reaches the receiver and falsifies the measurement result.

Gemäß Fig. 2 emittiert die z. B. aus einer GaAs-Luminezenzdiode bestehende Lichtquelle 1 einen Lichtstrahl, der teilweise als Streulicht vom Empfänger 8, z. B. einer Silizium-Fotodiode aufgenommen wird. Über einen Vorverstärker 13 gelangt das Meßsignal auf einen phasenempfindlichen Gleichrichter 14, der ebenso wie die Lichtquelle von einem Oszillator 15 synchron gesteuert wird, z. B. mit einer Frequenz von 1 kHz. Damit ist sichergestellt, daß phasenverschobenes Fremdlicht den Empfänger 8 nicht passieren kann. Störeinflüsse durch das Umgebungslicht bei offener Meßkammer werden damit ausgeschaltet. Der nachgeschaltete Verstärker 16 besitzt einen Verstärkungsfaktor, der im Toleranzbereich stufenlos nachregelbar ist, um unter Verwendung eines Streustandards nach längerer Unterbrechnung der Messungen auf die gleiche Meßanzeige nachstellnzcönnen (Nullpunkteinstellung und Eichung). Das Meßsignal kann über einen Analog -Ausgang auf einen Kompensationsschreiber zur kontinuierlichen Registrierung gegeben werden oder über einen Analog-Digital-Wandler 17 einer 5-stelligen LED-Anzeigeeinheit 18 zugeführt werden. Die Versorgung der elektrischen Bauelemente mit Strom erfolgt über eine Batterie 19.According to FIG. 2, the z. B. consisting of a GaAs light emitting diode Light source 1 is a light beam, which is partially as scattered light from the receiver 8, z. B. a silicon photodiode is added. Arrived via a preamplifier 13 the measurement signal to a phase-sensitive rectifier 14, which like the Light source is controlled synchronously by an oscillator 15, for. B. with a frequency of 1 kHz. This ensures that phase-shifted extraneous light reaches the receiver 8 cannot happen. Interference from the ambient light when the measuring chamber is open are thus switched off. The downstream amplifier 16 has a gain factor which can be continuously adjusted within the tolerance range in order to use a scatter standard after a longer interruption of the measurements you can readjust to the same measurement display (Zero point adjustment and calibration). The measurement signal can be via an analog -Exit on a compensation recorder for continuous registration or via an analog-to-digital converter 17 of a 5-digit LED display unit 18 are fed. The electrical components are supplied with electricity via a battery 19.

Claims

patent claims

Modification of the procedure for determining fine dust concentrations in the atmosphere by measuring the strength of the dust particles upon impact a primary light created scattered light by means of luminous intensity comparison with the primary light according to registration P 20 51 546.2 and additional registration ... * .. o ........

characterized in that the measurement of the intensity of the scattered light takes place through a direct measurement.

2. The method according to claim 1, characterized in that for the A silicon photodiode is used for direct measurement.

3. Apparatus for performing the method according to claim l, characterized characterized in that the measuring chamber (4) is tube-like and in the axial direction is open on two sides.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that for prevention of the reflection of the primary light on the walls of the measuring ducts, diaphragms and light traps (12) are arranged.

5. Apparatus according to claims 3 and 4, characterized in that for the evaluation of the measuring signal the device with a preamplifier (13), rectifier (14), oscillator (15), amplifier (16), AD converter (17) and LED display (18) is.