專利名稱：一種激光散射法空氣顆粒分布測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空氣顆粒分布測(cè)量方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，粉塵污染越來(lái)越嚴(yán)重。目前我國(guó)大氣呈煤煙型污染，許多城市空氣中的總懸浮顆粒物(TSP)長(zhǎng)期居高不下，與世界衛(wèi)生組織所給的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相差甚遠(yuǎn)。粉塵對(duì)人類危害極大，尤其是小粒徑顆粒物，因?yàn)樾×筋w粒物能長(zhǎng)時(shí)間飄浮在大氣中，難以沉降到地面，易進(jìn)入人體呼吸道，且粒徑越小，在人體呼吸道中的沉降位置越深，危害就越大。因此粉塵濃度的測(cè)量在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中具有十分重要的意義，是迫切需要解決的問(wèn)題。粉塵即空氣中的懸浮顆粒物，其大小在0.01 20um范圍內(nèi)。環(huán)境保護(hù)部門將空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑大于IOum的懸浮顆粒稱為可見粉塵，它們?cè)陟o止空氣中會(huì)快速沉降；空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于IOum的懸浮顆粒稱為可吸入顆粒物；空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于7. 07 um的顆粒物稱為呼吸性顆粒。目前測(cè)量粉塵濃度的方法大致有以下兩種類型
基于取樣的方法進(jìn)行測(cè)量(如濾膜稱重法)和基于非取樣的方法進(jìn)行測(cè)量(如光散射法)?；谌拥姆椒ㄟM(jìn)行測(cè)量雖然容易實(shí)施，但是，理論上不容易進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量；采用光散射原理進(jìn)行粉塵濃度測(cè)量，理論上該測(cè)量方法可以實(shí)時(shí)在線測(cè)量，直接獲取測(cè)量結(jié)果， 并可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)輸出、自動(dòng)測(cè)量、通信等功能，體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性高、可靠性高也是該類儀器的明顯優(yōu)點(diǎn)，但是，到目前為止，還沒(méi)有一種可靠的、實(shí)用的實(shí)用設(shè)備運(yùn)用上述原理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種現(xiàn)實(shí)可用的、能實(shí)時(shí)測(cè)量、直接獲取測(cè)量結(jié)果、并可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)輸出、自動(dòng)測(cè)量、報(bào)警等功能、體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性高、可靠性高的激光散射法空氣顆粒分布測(cè)量方法及裝置。本發(fā)明的激光散射法空氣顆粒分布測(cè)量方法是這樣實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)氣泵、測(cè)量腔中有空氣管道連續(xù)抽取空氣，使空氣以恒定流速流過(guò)測(cè)量腔空氣出射管口，然后在測(cè)量腔出射管口空氣流過(guò)的地方，有一經(jīng)透鏡聚焦后形成的光敏感區(qū)，以垂直于空氣流動(dòng)方向射向流動(dòng)著的空氣，在激光射出方向一側(cè)設(shè)置陷光區(qū)，將多余的光線吸取反射掉，在出射管口和激光光束所在平面的法線方向一側(cè)設(shè)置光電探測(cè)傳感器，將空氣中的塵埃所散射的光探測(cè)后并轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)，經(jīng)電路信號(hào)處理后傳送經(jīng)微處理器處理，微處理器根據(jù)預(yù)設(shè)程序?qū)υ撾娮有盘?hào)做出分類判斷并將該塵埃的做累計(jì)，并記錄儲(chǔ)存起來(lái)，這樣，就能得出空氣中的塵埃的含量及塵埃顆粒大小分布的數(shù)據(jù)。由于激光、透鏡組、陷光區(qū)、光電探測(cè)傳感器、氣泵、測(cè)量腔、空氣管道、微處理器都是技術(shù)很成熟的構(gòu)件，經(jīng)大數(shù)值孔徑透鏡聚焦后的激光， 焦點(diǎn)半徑達(dá)到微米級(jí)，其大小和塵埃的大小相配，因此，能有效分辨出流過(guò)空氣管道的塵埃。在進(jìn)行檢測(cè)前，通過(guò)導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)空氣來(lái)進(jìn)行參數(shù)校正，可有效保證檢測(cè)的精確度。這里，光電探測(cè)傳感器采用的是高靈敏度的雪崩二極管并配以電子信號(hào)濾波放大電路。本發(fā)明的激光散射法空氣顆粒分布測(cè)量裝置是這樣實(shí)現(xiàn)的，包括帶有測(cè)量腔和空氣管道的氣泵、設(shè)置在空氣管道出口的測(cè)量腔一側(cè)的激光器、設(shè)置在空氣管道出口的測(cè)量腔內(nèi)另一側(cè)的陷光區(qū)、設(shè)置在空氣管道出口的測(cè)量腔內(nèi)一側(cè)的帶焦對(duì)焦透鏡的光電探測(cè)傳感器、與光電探測(cè)傳感器的電信號(hào)輸出相連的微電腦控制裝置、顯示屏，顯示屏的的電信號(hào)輸入與微電腦控制裝置的電信號(hào)輸出相連，光電探測(cè)傳感器采用高靈敏度雪崩二極管。工作時(shí)，啟動(dòng)氣泵，外界空氣一恒定的流速通過(guò)測(cè)量腔空氣管道，激光經(jīng)透鏡聚焦后在空氣流過(guò)的區(qū)域形成一個(gè)直徑為微米級(jí)的光敏感區(qū)，塵埃流過(guò)在光敏感區(qū)時(shí)會(huì)發(fā)生散射，塵埃的顆粒越大，散射的光強(qiáng)越大，光電探測(cè)傳感器即時(shí)檢測(cè)這散射光并轉(zhuǎn)換成脈沖電子信號(hào)，該脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)于粒子的粒徑大小，散射光光強(qiáng)越大，脈沖電子信號(hào)越強(qiáng)，顆粒粒徑越大，通過(guò)計(jì)算設(shè)定時(shí)間內(nèi)的脈沖電子信號(hào)的數(shù)量及強(qiáng)弱，就可以獲得空氣中的塵埃的含量及顆粒大小數(shù)據(jù)，通過(guò)電路處理后可以得到空氣中塵埃粒子的粒徑數(shù)量分布，而且，這些數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。這里，微電腦控制裝置包括電信號(hào)濾波放大電路、信號(hào)采集電路、微處理器。光電探測(cè)傳感器的電信號(hào)輸出與濾波放大電路相連，信號(hào)采集電路的電信號(hào)輸入與與微處理器的電信號(hào)輸入相連。采用電信號(hào)濾波放大電路、信號(hào)采集電路，可有效地保證信號(hào)的穩(wěn)定并排除外界電波的干擾。本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有現(xiàn)實(shí)可用的、能長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)測(cè)量、直接獲取測(cè)量結(jié)果、并可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)輸出、自動(dòng)測(cè)量、報(bào)警等功能、體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性高、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為激光器、光電探測(cè)傳感器部分的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為電信號(hào)濾波放大電路圖； 圖4為微處理器電路圖； 圖5為數(shù)據(jù)采集過(guò)程原理圖； 圖6為采用本發(fā)明所檢測(cè)的塵埃的分布圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述 本發(fā)明的激光散射法空氣顆粒分布測(cè)量方法是這樣實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)氣泵、空氣管道抽取空氣，使空氣以恒定流速通過(guò)測(cè)量腔中，然后在測(cè)量腔內(nèi)以垂直于空氣流動(dòng)方向的激光器從流動(dòng)著的空氣的一側(cè)經(jīng)透鏡聚焦后在流動(dòng)的空氣區(qū)域形成一個(gè)光敏感區(qū)，在激光光束射出的地方設(shè)置陷光區(qū)，將多余的光線吸收反射掉，在空氣出射方向和激光光束所在平面的法線方向有一由焦對(duì)焦透鏡組跟光電探測(cè)傳感器組成的探測(cè)器，將空氣中的塵埃所散射光線的檢測(cè)并轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)，經(jīng)濾波放大電路分揀處理后傳送到微處理器，微處理器根據(jù)預(yù)設(shè)程序記錄分析電信號(hào)，這樣，微處理器根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間段及在設(shè)定的空氣流速的條件下所檢測(cè)到得塵埃數(shù)量及大小就能得出空氣中的塵埃的含量及塵埃顆粒大小分布的數(shù)據(jù)。光電探測(cè)傳感器采用的是高靈敏度雪崩二極管并配以電子信號(hào)濾波放大電路。如圖4所示，數(shù)據(jù)采集時(shí)，通過(guò)信號(hào)采集電路(由比較電路構(gòu)成)將空氣中的IOum 級(jí)、5um級(jí)、2um級(jí)、Ium級(jí)塵埃所散射的光電信號(hào)采集出來(lái)并分別輸入到微處理器中進(jìn)行數(shù)據(jù)累加，從而獲得上述不同級(jí)別塵埃的含量(如圖5所示)。本發(fā)明的激光散射法空氣顆粒分布測(cè)量裝置是這樣實(shí)現(xiàn)的，包括帶有測(cè)量腔12 和空氣管道1的氣泵2、設(shè)置在空氣管道1出口的測(cè)量腔12內(nèi)一側(cè)的帶有聚焦透鏡13的激光器3、設(shè)置在空氣管道1出口的測(cè)量腔12內(nèi)的另一側(cè)的陷光區(qū)4、設(shè)置在空氣管道1出口的測(cè)量腔12內(nèi)一側(cè)的帶有焦對(duì)焦透鏡組14的光電探測(cè)傳感器5、與光電探測(cè)傳感器5的電信號(hào)輸出相連的微電腦控制裝置6、液晶顯示屏7，顯示屏7的的電信號(hào)輸入與微電腦控制裝置6的電信號(hào)輸出相連，光電探測(cè)傳感器5采用的是高靈敏度雪崩二極管。微電腦控制裝置6包括電信號(hào)濾波放大電路8、信號(hào)采集電路9、微處理器10，光電探測(cè)傳感器5的電信號(hào)輸出與電信號(hào)濾波放大電路8相連，信號(hào)采集電路9的電信號(hào)輸入與電信號(hào)濾波放大電路8的電信號(hào)輸出相連，信號(hào)采集電路9的電信號(hào)輸出與微處理器10 的電信號(hào)輸入相連。
權(quán)利要求
1.一種激光散射法空氣顆粒分布測(cè)量方法，其特征在于通過(guò)氣泵、測(cè)量腔中有空氣管道連續(xù)抽取空氣，使空氣以恒定流速流過(guò)測(cè)量腔空氣出射管口，然后在測(cè)量腔出射管口空氣流過(guò)的地方，有一經(jīng)透鏡聚焦后形成的光敏感區(qū)，以垂直于空氣流動(dòng)方向射向流動(dòng)著的空氣，在激光射出方向一側(cè)設(shè)置陷光區(qū)，將多余的光線吸收反射掉，在出射管口和激光光束所在平面的法線方向一側(cè)設(shè)置光電探測(cè)傳感器，將空氣中的塵埃所散射的光探測(cè)后并轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)，經(jīng)電路信號(hào)處理后傳送經(jīng)微處理器處理，微處理器根據(jù)預(yù)設(shè)程序?qū)υ撾娮有盘?hào)做出分類判斷并將該塵埃的做累計(jì)，并記錄儲(chǔ)存起來(lái)，這樣，就能得出空氣中的塵埃的含量及塵埃顆粒大小分布的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光散射法空氣顆粒分布測(cè)量方法，其特征在于光電探測(cè)傳感器采用的是集互阻抗放大器的雪崩二極管并配以電子信號(hào)濾波放大電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光散射法空氣顆粒分布測(cè)量方法，其特征在于數(shù)據(jù)采集時(shí)，通過(guò)信號(hào)采集電路將空氣中的IOum級(jí)、5um級(jí)、2um級(jí)、Ium級(jí)塵埃所散射的光電信號(hào)采集出來(lái)并分別輸入到微處理器中進(jìn)行數(shù)據(jù)累加，從而獲得上述不同級(jí)別塵埃的含量。
4.一種激光散射法空氣顆粒分布測(cè)量裝置，其特征在于包括帶有測(cè)量腔和空氣管道的氣泵、設(shè)置在空氣管道出口的測(cè)量腔一側(cè)的激光器、設(shè)置在空氣管道出口的測(cè)量腔內(nèi)另一側(cè)的陷光區(qū)、設(shè)置在空氣管道出口的測(cè)量腔內(nèi)一側(cè)的帶焦對(duì)焦透鏡的光電探測(cè)傳感器、與光電探測(cè)傳感器的電信號(hào)輸出相連的微電腦控制裝置、顯示屏，顯示屏的的電信號(hào)輸入與微電腦控制裝置的電信號(hào)輸出相連，光電探測(cè)傳感器采用高靈敏度雪崩二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光散射法空氣顆粒分布測(cè)量裝置，其特征在于微電腦控制裝置包括電信號(hào)濾波放大電路、信號(hào)采集電路、微處理器，光電探測(cè)傳感器的電信號(hào)輸出與電信號(hào)濾波放大電路相連，信號(hào)采集電路的電信號(hào)輸入與電信號(hào)濾波放大電路的電信號(hào)輸出相連，信號(hào)采集電路的電信號(hào)輸出與微處理器的電信號(hào)輸入相連。
全文摘要
一種激光散射法空氣顆粒分布測(cè)量方法及裝置，其特征在于包括帶有測(cè)量腔和空氣管道的氣泵、設(shè)置在空氣管道出口的測(cè)量腔一側(cè)的激光器、設(shè)置在空氣管道出口的測(cè)量腔內(nèi)另一側(cè)的陷光區(qū)、設(shè)置在空氣管道出口的測(cè)量腔內(nèi)一側(cè)的帶焦對(duì)焦透鏡的光電探測(cè)傳感器、與光電探測(cè)傳感器的電信號(hào)輸出相連的微電腦控制裝置、顯示屏，顯示屏的的電信號(hào)輸入與微電腦控制裝置的電信號(hào)輸出相連，光電探測(cè)傳感器采用高靈敏度雪崩二極管。本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有現(xiàn)實(shí)可用的、能長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)測(cè)量、直接獲取測(cè)量結(jié)果、并可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)輸出、自動(dòng)測(cè)量、報(bào)警等功能、體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性高、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N15/06GK102323193SQ20111023607
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者張紫瀚, 曾亞光, 蘇艷軍, 謝嘉寧, 路紅 申請(qǐng)人:佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院