后向散射烟尘分析仪

摘要

本发明公开了一种后向散射烟尘分析仪，它是一种连续监测固定污染源排放烟气中的颗粒物的浓度的设备，其主要应用于固定污染源连续排放烟气中烟尘浓度的连续实时监测。本发明利用激光照射烟尘颗粒产生散射光线，通过获取后向散射光量来检测烟尘浓度，能够最大限度降低外界干扰，提供极宽范围的精准测量，对原始采集信号进行最高3次多项式拟合计算得出真实浓度数据，另外通过低功耗嵌入式控制系统和大屏幕液晶显示，可直观实现人机交互操作，极大方便了用户。

权利要求

1.一种后向散射烟尘分析仪，安装在取样烟道处，其特征在于包括有激光器、凹凸白玻璃保护罩、光学平凸透镜、接收光敏管以及模拟信号处理电路和主控电路，所述激光器发出特定波长的光，成适当角度入射到取样烟道中，散射光经过凹凸白玻璃保护罩和光学平凸透镜后，汇聚到接收光敏管上，转变得到电信号；该电信号经模拟信号处理电路进行A/D转换后由主控电路进行计算分析，并显示计算分析结果。

2.根据权利要求1所述的后向散射烟尘分析仪，其特征在于：所述取样烟道上设有开口，所述开口处设置有光阑。

3.根据权利要求1所述的后向散射烟尘分析仪，其特征在于：所述光学平凸透镜位于凹凸白玻璃保护罩和接收光敏管之间。

4.根据权利要求1所述的后向散射烟尘分析仪，其特征在于：所述接收光敏管上设置有带反射率的保护镜片和滤光片。

5.根据权利要求1所述的后向散射烟尘分析仪，其特征在于：所述接收光敏管与模拟信号处理电路连接，通过模拟信号处理电路将模拟信号转换成数字信号。

说明书

后向散射烟尘分析仪

技术领域：

[0001] 本发明属于环境污染监测设备，具体是一种后向散射烟尘分析仪，它是一种连续监测固定污染源排放烟气中的颗粒物的浓度的设备，其主要应用于固定污染源连续排放烟气中烟尘浓度的连续实时监测。背景技术：

[0002] 目前烟尘浓度检测主要包括以下两种方法：

[0003] 一、透射法，其工作原理为：用单一波长的激光二极管发射的光量和通过烟囱后检测的光量来检测烟尘浓度，比较激光二极管发射的光量(基准光量，IR)和被烟尘吸收而减少的光量(检测光量，IM)，从而得到光的透过度，根据检测烟道的透过度值而计算烟尘浓度。光透过方式检测烟囱排放烟尘量的设备的构造一般由发射器、接收器、控制器、净化空气单元和防雨罩等五部分构成。发射器是发射激光的部件，光源用了单一波长的激光二极管，为了使发射器发射的光全部到达接收器，因此是制成直线光来使用。这种方案能检测烟囱排放烟尘量，但仍有些不足：1、设备使用效率低，测量误差大，不易实现高精度的测量，性能不稳定，安装维护不方便。2、成本高，能耗大容易烧坏，尺寸较大，噪音较大。3、监测数据不能直接通过RS232、或网络、或GPRS发送到CEMS数据采集系统，也不能发送到环保局监控中心。

[0004] 二、后向散射法，其测量原理为：将一束强度为I的入射光通过烟道中的烟尘颗粒后，烟尘颗粒将产生各个方向的散射光，与入射光方向夹角θ在90°～270°范围内的这部分散射光被称为后向散射光。

[0005] 假设散射粒子为球形的，其直径为D，则其尺寸参量为k＝πD/λ。研究证实，颗粒散射光的特性主要取决于尺寸参量。工业排放粉尘的粒径一般都在几百nm到几μm的范围内，基本上与常用的探测光波长处于同一数量级，在入射波长λ、入射光强Io、探测距离r、被测粒径的尺寸参量k、折射率m以及后向散射角α已知时，散射光强就与粒子数浓度成比例关系。通过光电转换器把光强信号转变为模拟电流信号，最终得到对烟尘浓度对应的电信号值。

[0006] 这种方案在工程安装上不需要两端对准中心线安装，因而相对简单，但由于不带数字存储转发功能，不能独立安装使用，必须外接信号转发装置。发明内容：

[0007] 为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种后向散射烟尘分析仪，通过后向散射法测量原理，以提供极宽范围的精准测量。

[0008] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0009] 一种后向散射烟尘分析仪，安装在取样烟道处，包括有激光器、凹凸白玻璃保护罩、光学平凸透镜、接收光敏管以及模拟信号处理电路和主控电路，所述激光器发出特定波长的光，成适当角度入射到取样烟道中，散射光经过凹凸白玻璃保护罩和光学平凸透镜后，汇聚到接收光敏管上，转变得到电信号；该电信号经模拟信号处理电路进行A/D转换后由主控电路进行计算分析，并显示计算分析结果。

[0010] 所述取样烟道上设有开口，所述开口处设置有光阑。

[0011] 所述光学平凸透镜位于凹凸白玻璃保护罩和接收光敏管之间。

[0012] 所述接收光敏管上设置有带反射率的保护镜片和滤光片。

[0013] 所述接收光敏管与模拟信号处理电路连接，将模拟信号转换成数字信号。

[0014] 本发明利用激光照射烟尘颗粒产生散射光线，通过获取后向散射光量来检测烟尘浓度，能够最大限度降低外界干扰，提供极宽范围的精准测量，对原始采集信号进行最高3次多项式拟合计算得出真实浓度数据，另外通过低功耗嵌入式控制系统和大屏幕液晶显示，可直观实现人机交互操作，极大方便了用户。附图说明：

[0015] 图1为本发明光学原理图。

[0016] 图2为本发明电路原理示意图。

[0017] 图中标识说明：激光器1、带反射率的保护镜片2、接收光敏管3、滤光片4、光阑5、光学平凸透镜6、凹凸白玻璃保护罩7、光阑8、取样烟道9。具体实施方式：

[0018] 本发明的核心思想是：利用单一波长的激光照射烟尘颗粒以后产生散射光线，然后散射光线经过凹凸白玻璃保护罩和光学平凸透镜汇集到接收光敏管上，并由接收光敏管进行光电转换产生模拟电信号，该模拟电信号经过放大补偿后，通过模拟信号处理电路进行A/D转换，得到数字信号，并由主控芯片进行处理分析，然后在LCD上显示烟尘浓度，并可通过键盘查询每分钟的浓度值。

[0019] 如图1所示，本发明所述的后向散射烟尘分析仪主要安装在取样烟道9上，它主要包括有一个激光器1、接收光敏管3、光学平凸透镜6和凹凸白玻璃保护罩7，这里激光器1可发出特定波长的激光，所述取样烟道9的侧壁上设置有开口，该开口处设有光阑8和凹凸白玻璃保护罩7，在凹凸白玻璃保护罩7后面且与其处于同一轴线上的还依次分布有光学平凸透镜6、光阑5、带反射率的保护镜片2、滤光片4以及接收光敏管3。

[0020] 其中激光器1发出某特定波长的光，从光阑8处成适当角度入射到取样烟道9中，激光在取样烟道9中照射在烟尘颗粒上会发生散射，部分散射光线经过凹凸白玻璃保护罩7和光学平凸透镜6后，产生汇集光线，这些汇集光线穿过光阑5、带反射率的保护镜片2、和滤光片4后汇聚到接收光敏管3上，通过接收光敏管3进行光电转化，转变得到电信号，并根据散射光强度大小，转换得到相应强度电信号。

[0021] 如图2所示，整体电路主要由模拟电路板和数字电路板组成，模拟板完成光电转换，输出模拟电流信号到数字板，数字板把此电流信号经A/D转换后在系统内部进行数学建模，以计算出测量值。

[0022] 其中接收光敏管3通过模拟板与数字板连接，首先由模拟电路板对接收到的微弱电信号进行放大，转换为能被数字系统采集得到的足够强度的电压/电流信号，主控系统把模拟电信号转换得到数字信号，对数字量进行统计、滤波、拟合等计算处理最终得到稳定准确的浓度数值。

[0023] 另外，模拟板上还设置有为激光器供电的稳压电源和以及实现对激光器进行光度调节的按键，同时为保证激光器的正常光学运作，还可通过内置温度传感器和加热装置如加热丝、铂电阻以及温度变送器，并采用PID温控算法对箱体内部进行恒温控制，确保光学部件在稳定的检测环境中工作。

[0024] 数字板上的主控制系统采用低功耗嵌入式ARM LPC2210处理器，并通过LCD显示屏输出，它主要是将模拟板上的4-20mA电流信号经A/D转换后在ARM LPC2210处理器系统内部进行数学建模，以计算出测量值，然后通过LCD显示屏输出将测量值输出。另外，ARM LPC2210处理器还可将测量值存储在16Mbytes的FLASHROM中，也可通过串口RS232、ADSL宽带与GPRS模块或RS485模块转接，实现远程控制。而ARM LPC2210处理器还可输出模拟信号转换成0-20mA/4-20mA，并通过跳线选择电流输出范围。

[0025] 以上对本发明所提供的后向散射烟尘分析仪进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。