專利名稱：一種粉塵濃度傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種空氣潔凈度檢測設備，具體涉及一種粉塵濃度傳感器。
背景技術：
目前對于粉塵濃度的測量，主要有以下幾種方式一種采用粉塵采樣器，利用濾膜計重法原理抽取一定體積的含塵空氣，粉塵被捕集在濾膜上，根據濾膜上增加的粉塵質量，再利用公式計算出單位體積空氣中粉塵質量濃度。這種方式不僅不便于操作，而且不能連續(xù)測量。一種是直讀式測塵儀，主要利用間接方法如光散射、β源吸收等原理，利用采樣器進行標定，可即時顯示測量出的粉塵濃度值來，但工作時間短，測量次數(shù)有限，不能夠對粉塵連續(xù)監(jiān)測，只能作為常規(guī)便攜式測塵儀使用?，F(xiàn)在開發(fā)出一種可連續(xù)檢測直讀式粉塵濃度傳感器可連續(xù)檢測粉塵濃度。專利號為“CN200620125097.X”，專利名稱為“粉塵濃度傳感器”的中國專利公開了 “一種對粉塵濃度進行長時間連續(xù)監(jiān)測并即時顯示粉塵濃度值，同時轉換成頻率信號輸出的傳感器。結構由外殼、粉塵采樣頭、粉塵室、風機、光電接收裝置組成；” “光電接收裝置包括光源座、光源架、光源密封套、光電倍增管”。該專利公開的粉塵濃度傳感器能夠實現(xiàn)在粉塵環(huán)境下的連續(xù)工作，但是因其使用光電倍增管，使用時需要提供較高的電壓，這在粉塵作業(yè)場所構成了安全隱患。
發(fā)明內容本實用新型的目的是克服上述現(xiàn)有技術中的缺點，提供一種無需光電倍增管，穩(wěn)定靈敏度高，且結構合理小巧的粉末濃度傳感器。本實用新型的一種粉末濃度傳感器，包括采樣單元、光電轉換單元、信號放大單元，處理單元，所述采樣單元，將外界含塵空氣抽入所述傳感器內部，并經過光電轉換單元；光電轉換單元，提供一光源，照射經過的含塵空氣，并產生散射光，將所述散射光轉換為電壓輸出信號，并輸出所述電壓信號到信號放大單元；所述光電轉換單元包括一個發(fā)出激光光束的半導體激光光源，在該激光光源發(fā)出光束的前進方向上，依次設有入射光通道、光照區(qū)、出射光通道、光陷阱；經過光照區(qū)且與光路垂直方向上設有球面反射鏡、半導體光探測器，球面反射鏡和光探測器分別在光照區(qū)的兩邊；所述進氣接管和出氣接管對稱分布在光照區(qū)的兩側，進氣接管在光照區(qū)的上端，出氣接管在光照區(qū)的下端，所述進氣接管的管徑小于出氣接管的管徑；所述進氣接管的管孔呈偏平狀；信號放大單元，與光電轉換單元中的半導體光探測器相連，將接收到的電信號進行處理放大并輸出。處理單元，與信號放大單元連接，基于信號放大單元輸出的電壓信號、以及預存的電壓信號與粉末濃度的比例關系計算粉末濃度。在本實用新型一個優(yōu)選實施例中，所述采樣單元包括采樣口、進氣管、排氣管、排氣口，所述采樣口連接進氣管，進氣管穿過所述光電轉換單元連接采樣泵入口，采樣泵出口連接排氣管，排氣管連接排氣口。在本實用新型一個優(yōu)選實施例中，所述光電轉換單元設有一與外界相通的腔體， 該腔體用于容納球面反光鏡，便于球面反射鏡的拆卸。在本實用新型一個優(yōu)選實施例中，所述激光光源的功率為2-3. 5毫瓦。在本實用新型一個優(yōu)選實施例中，所述光陷阱內壁為黑色。在本實用新型一個優(yōu)選實施例中，所述半導體光電探測器為高敏感度的光電二極管。在本實用新型一個優(yōu)選實施例中，所述信號放大單元包括微分放大電路、信號檢出電路、積分與輸出電路；所述微分放大電路，與光電轉換單元中的半導體光探測器電性連接，該微分放大電路對輸入的電信號進行微分、放大；所述信號檢出電路，與該微分放大電路電性連接，該信號檢出電路對經微分放大電路微分、放大后的電信號進行取樣檢出；所述積分與輸出電路，與該信號檢出電路電性連接，該積分與輸出電路從信號檢出電路接收取樣檢出的結果，并對該結果進行積分，并轉換為隨粉塵濃度大小變化的直流信號，再將該直流信號傳輸至該處理器。在本實用新型一個優(yōu)選實施例中，所述微分放大電路包括運算放大器、電容及電阻，該微分放大電路對從光電轉換單元接收的由粉塵光信號轉換而來的電信號進行微分、 放大，將該粉塵光信號按大小和形狀的不同轉換為幅度、寬度不同的電信號。 在本實用新型一個優(yōu)選實施例中，該信號檢出電路包括一高頻二極管。在本實用新型一個優(yōu)選實施例中，該積分與輸出電路包括放大器、電阻、電容，其中，該電阻及電容構成一時間常數(shù)電路。本實用新型與現(xiàn)有技術方案相比其優(yōu)點是結構合理，測量穩(wěn)定性好，靈敏度精度高，易維護。

圖1為本實用新型的一種實施例內部結構示意圖；圖2為圖1的右視示意圖；圖3為圖1的左視示意圖；圖4為光電轉化單元的一種結構示意圖；圖5為圖4俯視剖視圖；圖6為現(xiàn)有技術中進氣接管的截面圖；圖7為本實施例中進氣接管的截面圖；圖8為本實用新型信號放大單元的功能方框圖。其中，1為機殼；2為信號處理單元；3為絕緣固定板；4為進氣管；5為采樣口；6為光電轉換單元；7為信號放大單元；8為排氣口 ；9為懸掛把手；10為接口 ；11為采樣泵；12 為排氣管；61為激光光源；62為光電轉化單元總安裝座；63為進氣接管；64為出氣接管；65 為光電探測器；66為光源安裝座；68為球面反射鏡；621為出射光路；622為入射光路；623為光陷阱；631為管孔；632為管壁；71為微分放大電路；72為信號檢出電路；73為積分與輸出電路；74為電路板；75為電路安裝座。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的較佳實施例進行詳細闡述，以使本實用新型的優(yōu)點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本實用新型的保護范圍做出更為清楚明確的界定。如圖1結合圖2、圖3所示，本實施例的傳感器包括機殼1、信號處理單元2、絕緣固定板3、進氣管4、采樣口 5、光電轉換單元6、信號放大單元7，排氣口 8、懸掛把手10、采樣泵 11、排氣管12。采樣口 5在機殼1的左側上端，連接進氣管4，進氣管4穿過光電轉化單元 6連接采樣泵入口，采樣泵出口再連接排氣管12，排氣口 8在機殼1的底部，光電轉換單元 6連接信號放大單元7，信號放大單元7再連接信號處理單元2。采樣口 5、進氣管4、采樣泵11、排氣管12、排氣口 8組成采樣系統(tǒng)單元。絕緣固定板3將機殼內空間分成前后兩個空間，采樣系統(tǒng)單元和光電轉換單元6排布固定在絕緣固定板上，位于機殼的后面的空間， 信號處理單元2固定在絕緣固定板的另一面，位于機殼的前面的空間。機殼上端裝有懸掛把手9，可將本實施例的傳感器懸掛在高處使用。如圖4結合圖5所示，總安裝座62為一長方體結構，中間有一圓形空間作為光照區(qū)，激光光源61安裝在總安裝座62的左端安裝孔中，通過安裝座67固定在總安裝座上，可通過螺釘連接。總安裝座62右端安裝孔中有一黑色物體將安裝孔的開口封閉，形成光陷阱?？偘惭b座62上端孔中接有進氣接管63，下端孔中接有出氣接管64，所述進氣接管63、 出氣接管64都向內延伸入光照區(qū)域。總安裝座62前端安裝孔中安裝有球面反射鏡68，后端安裝孔中安裝有光電探測器65，光電探測器65和信號放大單元7連接。電路板74通過電路安裝座75固定連接在總安裝座62的后面。如圖6所示，含塵空氣在采樣泵11的作用下，旋轉著進入進氣管道，現(xiàn)有技術中的進氣接管63的管孔631呈圓形，因而使得塵埃顆粒在管腔中心分布比較密，外圍分布比較稀松，這樣分布不均勻，會影響測量精度，同時當粉塵濃度達到一定程度時，因管腔中心粉塵密度過密，使得無法繼續(xù)測量，因而量程范圍小。如圖7所示，本實施例的進氣接管63的管孔631呈扁平狀，可使塵埃顆粒在管壁中撞擊，對其進行強制整形，改變其分布規(guī)律，使塵埃顆粒分布均勻，從而提高測量精度，同時提高量程范圍。光陷阱623的內壁都為黑色，可吸收光，無反射，不會產生干擾。出氣接管64的管徑大于進氣接管63的管徑，形成近似漏斗形，從而減少含塵空氣中的塵埃顆粒在光照區(qū)中推積，進而可減少維護次數(shù)。球面反射鏡68為可拆卸安裝，這樣方便將球面反射鏡拆下清潔，本實施倒是用黑色膠布將其固定在總安裝座的安裝孔中，也可使用其它可拆卸得安裝方式。光電探測器65可選用高敏感度的光電二極管。激光光源61可選用功率為2-3. 5毫瓦的。本實施例的傳感器的工作分成兩個部分一是采樣部分啟動采樣泵11，將外界含塵空氣從采氣口抽入進氣管，進氣管連接進氣接管63，進入光電轉化單元6，在從出氣接管64排出光電轉化單元6進入采樣泵11， 采樣泵11的出口連接排氣管12將空氣從排氣口 8排出傳感器。二是檢測部分含塵空氣從進氣接管63進入，經過光照區(qū)，在出氣接管64排出。激光光源61從入射光路622進入，經過光照區(qū)，從出射光路621進入光陷阱623。當光在光照區(qū)照射到含塵空氣中的塵埃顆粒時，會發(fā)生折射，一部分折射光會直接折射進入光探測器 65的光敏區(qū)，另一部分會折射到球面反射鏡68上，再由鏡面反射鏡68將折射光折射進入光探測器65的光敏區(qū)，光探測器將接收的光信號裝換為電壓信號傳輸?shù)叫盘柗糯髥卧?。信號放大單元7將放大后的電壓信號輸入到信號處理單元2進行處理。如圖8所示，所述信號放大單元7包括微分放大電路71、信號檢出電路72、積分與輸出電路73，所述信號放大單元其一端連接光電轉換單元6，另一端連接至信號處理單元 2。其中，微分放大電路71包括運算放大器、電容、電阻等元件，微分放大電路71穩(wěn)定性高， 其放大倍數(shù)高達十萬倍，而不會自激。微分放大電路71從光電轉換單元6接收到從空氣中粉塵感測到的粉塵電信號，并對此電信號進行微分、放大，進而將檢測到的粉塵光信號按大小和形狀的不同，轉換為幅度、寬度不同的電信號。信號檢出電路72包括一個高頻二極管D，該高頻二極管D的敏感度可達0. 2V，即檢測到0.2V及以上的電壓信號即可導，可采集到微小的粉塵信號。該信號檢出電路72對經微分放大電路71處理后的電信號進行取樣檢出，并輸出到積分與輸出電路73。積分與輸出電路73包括放大器、電阻、電容等元件，其中，電阻及電容用于構成積分電路的時間常數(shù)電路。該積分與輸出電路73對從信號檢出電路72輸出的電信號進行積分以還原探測到的粉塵光信號，并轉換為隨粉塵濃度大小變化的直流信號。之后，該積分與輸出電路73將此直流信號輸出至信號處理單元2進行處理，以統(tǒng)計空氣中粉塵含量。其中， 信號處理單元2包括中央處理器(center processing unit, CPU)或是計算機。本實用新型的信號放大單元7采用了穩(wěn)定性高的微分放大電路71，該微分放大電路71能做到把信號放大數(shù)十萬倍，而不會自激，減少了電路放大級數(shù)，從而克服了直流放大器的零點漂移問題，提高了設備的穩(wěn)定性。同時，可方便地采集到微小的粉塵信號，大大提高了探測的精確度和靈敏度。根據微分放大的原理，該粉塵探測系統(tǒng)能把檢測到的粉塵光信號按大小和形狀的不同轉變?yōu)榉取挾炔煌碾娦盘?，經過檢出電路、積分電路，直接轉為隨粉塵濃度大小變化的直流信號，以供處理器統(tǒng)計使用。本實用新型穩(wěn)定性強、測量精度高，可廣泛應用于水泥廠、煤廠等含有粉塵的工業(yè)部門。以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本領域的技術人員在本實用新型所揭露的技術范圍內，可不經過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書所限定的保護范圍為準。
權利要求1.一種粉塵濃度傳感器，包括采樣單元、光電轉換單元、信號放大單元，處理單元，其特征在于所述采樣單元，將外界含塵空氣抽入所述傳感器內部，并經過光電轉換單元；光電轉換單元，提供一光源，照射經過的含塵空氣，并產生散射光，將所述散射光轉換為電壓輸出信號，并輸出所述電壓信號到信號放大單元；所述光電轉換單元包括一個發(fā)出激光光束的半導體激光光源，在該激光光源發(fā)出光束的前進方向上，依次設有入射光通道、 光照區(qū)、出射光通道、光陷阱；經過光照區(qū)且與光路垂直方向上設有球面反射鏡、半導體光探測器，球面反射鏡和光探測器分別在光照區(qū)的兩邊；所述進氣接管和出氣接管對稱分布在光照區(qū)的兩側，進氣接管在光照區(qū)的上端，出氣接管在光照區(qū)的下端，所述進氣接管的管徑小于出氣接管的管徑；所述進氣接管的管孔呈偏平狀；信號放大單元，與光電轉化單元中的半導體光探測器相連，將接收到的電信號進行處理放大并輸出；處理單元，與信號放大單元連接，基于信號放大單元輸出的電壓信號、以及預存的電壓信號與粉末濃度的比例關系計算粉末濃度。
2.根據權利要求1所述的一種粉塵濃度傳感器，其特征在于所述采樣單元包括采樣口、進氣管、排氣管、排氣口，所述采樣口連接進氣管，進氣管穿過所述光電轉換單元連接采樣泵入口，采樣泵出口連接排氣管，排氣管連接排氣口。
3.根據權利要求1所述的一種粉塵濃度傳感器，其特征在于所述光電轉換單元設有一與外界相通的腔體，該腔體用于容納球面反光鏡，便于球面反射鏡的拆卸。
4.根據權利要求3所述的一種粉塵濃度傳感器，其特征在于所述激光光源的功率為 2-3. 5毫瓦。
5.根據權利要求4所述的一種粉塵濃度傳感器，其特征在于所述光陷阱內壁為黑色。
6.根據權利要求3至5之一所述的一種粉塵濃度傳感器，其特征在于所述半導體光電探測器為高敏感度的光電二極管。
7.根據權利要求1所述的一種粉塵濃度傳感器，其特征在于所述信號放大單元包括微分放大電路、信號檢出電路、積分與輸出電路；所述微分放大電路，與光電轉換單元中的半導體光探測器電性連接，該微分放大電路對輸入的電信號進行微分、放大；所述信號檢出電路，與該微分放大電路電性連接，該信號檢出電路對經微分放大電路微分、放大后的電信號進行取樣檢出；所述積分與輸出電路，與該信號檢出電路電性連接，該積分與輸出電路從信號檢出電路接收取樣檢出的結果，并對該結果進行積分，并轉換為隨粉塵濃度大小變化的直流信號， 再將該直流信號傳輸至該處理器。
8.根據權利要求7所述的一種粉塵濃度傳感器，其特征在于所述微分放大電路包括運算放大器、電容及電阻，該微分放大電路對從光電轉換單元接收的由粉塵光信號轉換而來的電信號進行微分、放大，將該粉塵光信號按大小和形狀的不同轉換為幅度、寬度不同的電信號。
9.根據權利要求7所述的一種粉塵濃度傳感器，其特征在于，該信號檢出電路包括一高頻二極管。
10.根據權利要求7所述的一種粉塵濃度傳感器，其特征在于，該積分與輸出電路包括放大器、電阻、電容，其中，該電阻及電容構成一時間常數(shù)電路。
專利摘要本實用新型公開了一種粉末濃度傳感器，采樣單元，將外界含塵空氣抽入所述傳感器內部，并經過光電轉換單元；光電轉換單元，提供一光源，照射經過的含塵空氣，并產生散射光，將所述散射光轉換為電壓輸出信號，并輸出所述電壓信號到信號放大單元；信號放大單元，與半導體光探測器相連，將接收到的信號進行處理放大并輸出；處理單元，與信號放大單元連接，基于信號放大單元輸出的電壓信號、以及預存的電壓信號與粉末濃度的比例關系計算粉末濃度。本實用新型結構合理，測量穩(wěn)定性好，靈敏度精度高，易維護。
文檔編號G01N15/06GK202066770SQ20102054443
公開日2011年12月7日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權日2010年9月27日
發(fā)明者范人杰 申請人:常熟市礦山機電器材有限公司