RU80503U1

RU80503U1 - SENSOR FOR MEASURING DUST CONCENTRATION

Info

Publication number: RU80503U1
Application number: RU2008138657/22U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Трубицын; Нэля Вадимовна Трубицына; Ярослав Сергеевич Ворошилов; Дарья Анатольевна Трубицына; Максим Сергеевич Попов; Владимир Евгеньевич Седельников
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2009-02-10

Abstract

Полезная модель относится к горному делу, а именно к технике безопасности и охране труда при разработке полезных ископаемых, и может быть использована для определения концентрации взвешенных частиц в атмосфере горных предприятий.The utility model relates to mining, namely, safety and labor protection in the development of minerals, and can be used to determine the concentration of suspended particles in the atmosphere of mining enterprises.

Техническим результатом полезной модели является снижение затрат энергии на выполнение измерений концентрации пыли и упрощение настройки и эксплуатации устройства.The technical result of the utility model is to reduce energy costs for measuring dust concentration and simplifying setup and operation of the device.

Предложен датчик для измерения концентрации пыли, содержащий инфракрасный излучатель 1, установленные в одной плоскости с ним оптические приемники 2 и 3, ловушку 4 для улавливания инфракрасного излучения, вычислительное устройство 6 и измерительную камеру 7. Особенностью датчика является наличие в нем одного излучателя и оптических приемников отраженного 2 и рассеянного 3 излучения. На объем запыленного воздуха в измерительной камере 7 воздействует инфракрасное излучение от излучателя 1, которое частично отражается и улавливается приемником 2, установленным под углом 25° к оптической оси излучателя, частично ослабляется и улавливается приемником 3, установленным под углом 205° к оси излучателя. Прошедшая через пылевое облако часть излучения поглощается ловушкой 4. Электрические сигналы от приемников поступают в вычислительное устройство 6, где происходит их обработка с выдачей результатов измерения общей концентрации пыли и по ее дисперсному составу. 2 илл.A sensor for measuring dust concentration is proposed, comprising an infrared emitter 1, optical detectors 2 and 3 installed in the same plane with it, a trap 4 for capturing infrared radiation, a computing device 6, and a measuring chamber 7. A specific feature of the sensor is the presence of one emitter and optical receivers reflected 2 and scattered 3 radiation. The amount of dusty air in the measuring chamber 7 is affected by infrared radiation from the emitter 1, which is partially reflected and captured by the receiver 2, set at an angle of 25 ° to the optical axis of the emitter, partially attenuated and captured by the receiver 3, installed at an angle of 205 ° to the emitter axis. Part of the radiation that passed through the dust cloud is absorbed by trap 4. The electrical signals from the receivers are fed to computing device 6, where they are processed with the results of measuring the total dust concentration and its dispersed composition. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к горному делу, а именно к технике безопасности и охране труда при разработке полезных ископаемых, и может быть использована для определения концентрации взвешенных частиц в шахтной атмосфере.The utility model relates to mining, namely to safety and labor protection in the development of minerals, and can be used to determine the concentration of suspended particles in a mine atmosphere.

Известен пылемер, в основу работы которого положен объемно-денситометрический метод измерения (авторское свидетельство СССР №208327, кл. G01 №15/02, опубликовано в 1968 г.). Известный пылемер содержит корпус, в котором помещены источник и приемник света, вторичный прибор, фильтрованная лента с защитной пленкой, классификатор пыли и насосное устройство.A known dust meter is based on the volumetric densitometric measurement method (USSR author's certificate No. 208327, class G01 No. 15/02, published in 1968). Known dust meter contains a housing in which the light source and receiver, a secondary device, a filtered tape with a protective film, a dust classifier and a pumping device are placed.

Принцип действия известного устройства заключается в том, что запыленный воздух с помощью насосного устройства пропускают через фильтрованную ленту, где происходит осаждение частиц пыли, а о запыленности воздуха судят по светопоглощающей способности пятна пыли на ленте.The principle of operation of the known device is that dusty air is pumped through a filtered tape where dust particles are deposited, and air dustiness is judged by the light-absorbing ability of the dust spots on the tape.

Основным недостатком известного устройства является низкая точность измерения (±15%), т.к. на получаемый результат существенное влияние оказывают такие факторы, как петрографический состав пыли, влажность и зольность ее.The main disadvantage of the known device is the low measurement accuracy (± 15%), because on the result obtained, a significant influence is exerted by such factors as the petrographic composition of dust, its moisture and ash content.

Известно устройство для измерения концентрации пыли в воздушном потоке, содержащее измерительную камеру, ловушки инфракрасного излучения, приемники рассеянного света, микропроцессор и блок инфракрасных излучателей, установленных с возможностью последовательного включения или отключения каждого из них в пределах диапазона измерения, причем излучатели имеют длину волны 930-950 нм и установлены под углами от 50 до 70° к оптической оси приемника (патент РФ на ПМ №61883, кл. G01 № 15/02, дата подачи заявки 13.11.2006 г., A device for measuring the concentration of dust in the air stream containing a measuring chamber, infrared traps, scattered light receivers, a microprocessor and a block of infrared emitters installed with the possibility of sequentially turning on or off each of them within the measurement range, and the emitters have a wavelength of 930- 950 nm and installed at angles from 50 to 70 ° to the optical axis of the receiver (RF patent for PM No. 61883, class G01 No. 15/02, application filing date 13.11.2006,

опубликована в 2007 г., бюллетень №7). Устройство обеспечивает диапазон измерений концентрации пыли в пределах 0-2000 мг/м³ и по крупности измеряемых частиц -0,1÷100 мкм, при этом точность измерения составляет до 2,5%. Опыт работы с известным устройством показал, что оно требует значительных затрат энергии и времени на переключение излучателей и их настройку на требуемый диапазон измерений. Даже при обычном режиме работы, т.е. когда не требуется разделение пыли по дисперсному составу, затраты энергии и времени остаются большими, что дало предпосылки провести доработку прибора. Вместе с тем, опыт эксплуатации показал, что выбранное направление по созданию измерителя концентрации пыли на основе контроля по рассеянному излучению является перспективным.published in 2007, bulletin No. 7). The device provides a range of measurements of dust concentration in the range of 0-2000 mg / m ³ and the size of the measured particles -0.1 ÷ 100 μm, while the measurement accuracy is up to 2.5%. Experience with the known device has shown that it requires a significant expenditure of energy and time to switch the emitters and adjust them to the required measurement range. Even during normal operation, i.e. when separation of dust by disperse composition is not required, the energy and time costs remain large, which made it possible to refine the device. At the same time, operating experience has shown that the chosen direction for creating a dust concentration meter based on scattered radiation control is promising.

Техническим результатом полезной модели является снижение затрат энергии на выполнение измерений концентрации пыли в атмосфере горных предприятий и упрощение настройки и эксплуатации устройства.The technical result of the utility model is to reduce energy costs for measuring dust concentration in the atmosphere of mining enterprises and simplifying the setup and operation of the device.

Предложен датчик для измерения концентрации пыли, содержащий инфракрасный излучатель с оптическими приемниками, ловушку и вычислительное устройство.A sensor for measuring dust concentration is proposed, comprising an infrared emitter with optical receivers, a trap, and a computing device.

Отличием является то, что датчик содержит оптические приемники отраженного и ослабленного излучения, расположенные в одной плоскости с излучателем, при этом их оптические оси расположены, соответственно, под углами 25° и 205° к оптической оси излучателя.The difference is that the sensor contains optical receivers of reflected and attenuated radiation located in the same plane with the emitter, while their optical axes are located, respectively, at angles of 25 ° and 205 ° to the optical axis of the emitter.

За счет предложенной конструкции датчик дает возможность снизить расход энергии на выполнение измерения концентрации пыли в потоке воздуха на 15÷18% с затратой времени на измерение 3-5 сек, что в 2,5 раза меньше, чем в известном приборе, принятом за прототип. Кроме того, контроль с учетом отраженного и ослабленного излучения позволяет повысить надежность и достоверность замера, причем разница между текущим и контрольным замерами не превышает 0,2-0,5%.Due to the proposed design, the sensor makes it possible to reduce the energy consumption for measuring the concentration of dust in the air stream by 15 ÷ 18% with the time required for measuring 3-5 seconds, which is 2.5 times less than in the known device adopted for the prototype. In addition, monitoring taking into account reflected and attenuated radiation allows to increase the reliability and reliability of measurement, and the difference between the current and control measurements does not exceed 0.2-0.5%.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 показана принципиальная оптическая схема, а на фиг.2 - общий вид датчика.The essence of the utility model is illustrated in the drawing, where Fig. 1 shows a schematic optical diagram, and Fig. 2 is a general view of the sensor.

Датчик предназначен для использования как в измерительных приборах стационарного типа, в переносных приборах для замера общей концентрации пыли в шахтных условиях, а также и для замера содержания в воздухе частиц пыли определенной дисперсности.The sensor is intended for use both in stationary type measuring instruments, in portable devices for measuring the general dust concentration in mine conditions, as well as for measuring the content of dust particles of a certain dispersion in air.

Датчик содержит инфракрасный излучатель 1 и расположенные с ним в одной плоскости оптический приемник 2 отраженного излучения, установленный к оптической оси излучателя под углом 25°, и оптический приемник 3 ослабленного излучения, установленный к оптической оси излучателя под углом 205°. Инфракрасный излучатель имеет известную ловушку 4 для поглощения инфракрасного излучения, для чего ее внутренняя поверхность покрыта специальным составом, исключающим отражательную способность.The sensor comprises an infrared emitter 1 and an optical reflected radiation detector 2 located on the same plane mounted to the optical axis of the emitter at an angle of 25 ° and an optical radiation detector 3 mounted to the optical axis of the emitter at an angle of 205 °. The infrared emitter has a known trap 4 for absorbing infrared radiation, for which its inner surface is covered with a special composition that excludes reflectivity.

Датчик помещен в корпус 5 и имеет вычислительное устройство 6, выдающее показания на индикатор (не показан), расположенный в стационарном или переносном приборе. Поток запыленного воздуха под действием депрессии поступает в измерительную камеру 7 датчика, где на него воздействует инфракрасное излучение с волной 940 мм от излучателя 1. Часть этого излучения отражается от витающих частиц пыли, содержащихся в воздухе и попадает в оптический приемник 2, установленный под углом 25° к оптической оси излучателя, а вторая его часть, ослабленная в результате взаимодействия с частицами пыли, улавливается оптическим приемником 3, установленным под углом 205° к оптической оси излучателя. Остальная часть излучения, не встретившая частицы пыли, проходит в ловушку 4 (световой лабиринт) и гасится. Электрические сигналы от оптических приемников 2 и 3 поступают в вычислительное устройство 6, где происходит обработка их с последующей выдачей результатов на индикатор. Расположение приемников в одной плоскости с излучателем и под углами 25° и 205° к его оси обеспечивает полное улавливание отраженного и ослабленного излучения и при уменьшении или увеличении этих углов повышается разница между текущим и контрольным измерениями. Соотношение ослабленного и The sensor is placed in the housing 5 and has a computing device 6 that provides readings on an indicator (not shown) located in a stationary or portable device. The flow of dusty air under the influence of depression enters the measuring chamber 7 of the sensor, where it is affected by infrared radiation with a wave of 940 mm from the emitter 1. Part of this radiation is reflected from the floating dust particles contained in the air and enters the optical receiver 2, installed at an angle of 25 ° to the optical axis of the emitter, and its second part, weakened as a result of interaction with dust particles, is captured by the optical receiver 3, mounted at an angle of 205 ° to the optical axis of the emitter. The rest of the radiation, which did not encounter dust particles, passes into trap 4 (light maze) and is extinguished. The electrical signals from the optical receivers 2 and 3 enter the computing device 6, where they are processed with the subsequent output of the results to the indicator. The location of the receivers in the same plane with the emitter and at angles of 25 ° and 205 ° to its axis provides a complete capture of reflected and attenuated radiation, and when these angles are reduced or increased, the difference between the current and control measurements increases. Ratio of attenuated and

отраженного излучений дает в вычислительное устройство информацию о дисперсном составе пыли в заданном диапазоне.reflected radiation gives the computing device information about the dispersed composition of dust in a given range.

Основными преимуществами полезной модели является снижение потребления энергии и упрощение настройки в процессе эксплуатации датчика за счет наличия только одного излучателя и установки оптических приемников под заданными углами к оптической оси излучателя.The main advantages of the utility model is to reduce energy consumption and simplify settings during operation of the sensor due to the presence of only one emitter and the installation of optical receivers at given angles to the optical axis of the emitter.

Claims

A sensor for measuring dust concentration comprising an infrared emitter with optical receivers, an infrared radiation trap and a computing device, characterized in that it contains optical receivers of reflected and attenuated radiation, said optical receivers being located in the same plane with the emitter, while their optical axes are located respectively, at angles of 25 ° and 205 ° to the optical axis of the emitter.