专利名称：一种粉尘浓度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种粉尘浓度传感器。
背景技术：
粉尘采集器可以用于测量粉尘浓度。测量过程包括粉尘采集器抽取一定体积的含尘空气，将粉尘过滤在滤膜上，通过滤膜增重的值计算出粉尘的浓度。这种测量方式不仅不便于操作，而且不能连续测量。 采样器对采集到的含尘空气进行标定，直读式粉尘测试仪利用光散射或者13源吸收等原理对标定后的含尘空气进行检测，可即时得到当前的粉尘浓度，但是测量次数有限，不能对粉尘浓度连续检测。 连续检测直读式粉尘浓度传感器可以连续检测粉尘浓度。测量过程包括连续检测直读式粉尘浓度传感器内部的电机带动叶片转动，进而将含尘空气吸入其暗室，使用自身携带的光源照射含尘空气中的粉尘，粉尘产生的散射光被转换为电信号输出，供安全检测系统使用。 但是，连续检测直读式粉尘浓度传感器在进行光电转换时常常需要为其提供100v以上的高压，这在粉尘作业场所构成了安全隐患。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种粉尘浓度传感器，在进行光电转换时无需高压，进而消除安全隐患。 —种粉尘浓度传感器，所述粉尘浓度传感器包括[0008] 风机、导流装置、气室、光源、光电二极管以及单片机；[0009] 所述风机，使所述气室产生负压； 所述导流装置，在所述气室产生负压时，将含尘空气吸入所述气室； 所述光源，为所述气室中含尘空气的粉尘提供光照，以产生散射光； 所述光电二极管，将所述散射光转化为电压信号，并输出所述电压信号； 所述单片机，根据所述光电二极管输出的电压信号、以及预存的电压信号与粉尘
浓度比例关系计算粉尘浓度。
可选地，所述粉尘浓度传感器还包括 光电延长管，加高所述光电二极管，以避免所述光电二极管接触所述粉尘。[0016] 可选地，所述粉尘浓度传感器还包括[001 7] 光电底座，放置聚光透镜； 所述聚光透镜，增大所述光电二极管的感光面积。
优选地，所述导流装置包括 尖嘴，吸入所述含尘空气； 喇叭嘴，所述含尘空气送入所述气室；[0022] 采集端盖，连接所述尖嘴与所述喇叭嘴； 具有至少一个进气孔的阻光器，阻挡外界光线进入所述气室，并使所述含尘空气通过。
可选地，所述粉尘浓度传感器还包括[0025] 光源灯罩，固定所述光源。 优选地，所述气室采用直筒式结构，以降低所述气室中的负压压降。[0027] 优选地，所述气室内壁为黑色，以避免所述气室内壁产生反射光。[0028] 可选地，所述粉尘浓度传感器还包括 报警单元，当所述粉尘浓度传感器测量出的粉尘浓度大于预置值时，发出警报。[0030] 可选地，所述粉尘浓度传感器还包括 RS485输入输出接口，使所述粉尘浓度传感器接入各种煤矿监控系统。[0032] 可选地，所述粉尘浓度传感器还包括 频率输出接口 ，使所述粉尘浓度传感器通过频率信号接入各种煤矿监控系统。[0034] 可选地，所述粉尘浓度传感器还包括 红外遥控输入单元，接收遥控器的指令，使所述单片机根据所述指令执行操作。[0036] 可选地，所述粉尘浓度传感器还包括 程控放大电路，放大所述光电二极管输出的电压信号，并将放大后的电压信号输出给单片机； 所述单片机，根据放大后的电压信号、以及预存的电压信号与粉尘浓度比例关系计算粉尘浓度。 可以看出，粉尘浓度传感器在工作期间，由光电二极管进行光电转换，由于光电二极管可以通过增大负反馈电阻获得较大的电压，进而获得倍增效果，因此，本实用新型实施例提供的粉尘浓度传感器在光电转换期间，无需再为其提供高压，从而消除了安全隐患。
图1为本实用新型实施例一提供的一种粉尘浓度传感器结构示意图；[0041] 图2为本实用新型实施例二提供的另一种粉尘浓度传感器结构示意图；[0042] 图3为本实用新型实施例二中粉尘浓度传感器的电路结构示意图；[0043] 图4为本实用新型实施例三提供的另一种粉尘浓度传感器结构示意图。
具体实施方式为了使本实用新型实施例的上述特征、优点更加明显易懂，下面结合具体实施方式
以及说明书附图进行详细说明。 首先，需要指出的是，本实用新型实施例的发明人对当前的连续检测直读式粉尘浓度传感器进行了研究，发现其在光电转换时需要高压的原因在于利用了光电倍增管实现光电转换。光电倍增管利用二次电子发射使逸出的光电子倍增，获得较高的灵敏度，能测量微弱的光信号。光电倍增管在光电转换时可以获得微弱的电流，因此，在光电倍增管进行光电转换时，需要为其提供高压以使二次电子发射反复进行，进而达到倍增效果，获得较大的电流。[0046] 本实用新型实施例的发明人经过反复试验，最终确定可以以光电二极管代替光电 倍增管进行光电转换，且可以获得所需的光电转换倍率。光电二极管输出的是电压信号，将 光信号转化为电流后，通过增大负反馈电阻可以获得较大的电压，因此，无需给光电二极管 高压即可获得倍增效果。 下面对本实用新型实施例提供的粉尘浓度传感器进行详细说明。 请参考图l，为本实用新型实施例一提供的一种粉尘浓度传感器结构示意图，可以
包括 风机101、导流装置102、气室103、光源104、光电二极管105以及单片机106 ; 风机101用于使气室103产生负压； 导流装置102用于在气室103产生负压时，将含尘空气吸入气室103 ; 光源104用于为气室103中含尘空气的粉尘提供光照，以产生散射光； 光电二极管105用于将接收的散射光转化为电压信号，并将电压信号输出； 单片机106，用于根据光电二极管105输出的电压信号、以及预存的电压信号与粉 尘浓度比例关系计算粉尘浓度。 可以看出，粉尘浓度传感器在工作期间，由光电二极管105进行光电转换，由于光 电二极管105可以通过增大负反馈电阻获得较大的电压，进而获得倍增效果，因此，本实用 新型实施例提供的粉尘浓度传感器在光电转换期间，无需再为其提供高压，从而消除了安 全隐患。 下面结合更加具体的实施例对本实用新型实施例提供的粉尘浓度传感器进行说 明。 请参考图2，为本实用新型实施例二提供的另一种粉尘浓度传感器结构示意图，可 以包括 风机201、导流装置202、气室203、光源204以及光电采集装置205 ; 风机201与导流装置202分别位于气室203的两端，光源204位于气室203内且 与导流装置202位于一侧，光电采集装置205在气室203外侧与气室203相通，且位于风机 201与导流装置202之间。 风机201启动后，气室203中产生负压，含尘空气经导流装置202被吸入气室203， 光源204发出垂直于风机的出射光，由于含尘空气中粉尘的存在，光源204的出射光在气室 203内产生散射光，光电采集装置205采集散射光，并利用其中包含的光电二极管将光信号 转化为电压信号，电压信号通过程控放大电路进入单片机，单片机利用预存的电压信号与 粉尘浓度比例关系计算出当前的粉尘浓度。单片机中预存的电信号与粉尘浓度比例关系是 通过实验得到的。例如假设预存的电压信号与粉尘浓度比例关系是100mg/mVv，单片机接 收到的电压信号是lv，则粉尘浓度通过下式计算lvX100mg/mVv = 100mg/m3。 可选地，还可以包括光源灯罩，用于固定光源204。 本实用新型实施例提供的粉尘浓度传感器可以应用于煤矿等含尘作业场景，下面 仅以应用于煤矿场景为例进行说明。应用于煤矿场景时，本实用新型实施例提供的粉尘浓 度传感器的电源是本安电源。 请参考图3，为本实用新型实施例二中粉尘浓度传感器的电路结构示意图，可以包 括
6[0064] 本安电源301，用于为本实用新型实施例提供的粉尘浓度传感器供电，包括为单
片机电源302供电，为光电二极管电源303供电，为电机电源304供电； 单片机电源302，用于为单片机供电； 光电二极管电源303，用于为光电二极管供电； 电机电源304 :用于为电机供电； 单片机305，用于预存电压信号与粉尘浓度比例关系，并利用该比例关系计算当前 的粉尘浓度； LED显示器306，用于显示粉尘浓度以及其它功能模块； RS485输入输出接口 307，用于使本实用新型实施例提供的粉尘浓度传感器接入 各种煤矿监控系统； 频率输出接口 308，用于使本实用新型实施例提供的粉尘浓度传感器通过频率信 号接入各种煤矿监控系统； 报警单元309，用于当本实用新型实施例提供的粉尘浓度传感器测量出的粉尘浓
度大于预置值时，发出警报，该警报可以是鸣音，并显示在LED显示器306上； 红外遥控器输入单元310，用于接收遥控器的指令，使单片机305根据指令执行操
作； 光电采集装置311，用于采集气室中的散射光并进行光电转换，将电压信号输出给 程控放大电路； 程控放大电路312，用于将接收到的电压信号放大，并输出给单片机305。 请参考图4，为本实用新型实施例三提供的另一种粉尘浓度传感器结构示意图，在
图4中，使用激光灯1作为光源。图4所示的部件可以包括 外壳18、粉尘气室16、光电采集装置401、微型风扇17、导流装置402、以及激光灯 1 ; 其中，粉尘气室16、光电采集装置401 、微型风扇17、导流装置402的一部分以及激 光灯1位于外壳18内，导流装置402与微型风扇17分别位于粉尘气室16的两端，激光灯1 与导流装置402位于一侧，可以发出垂直于微型风扇17的出射光，光电采集装置401位于 粉尘气室16的外侧与粉尘气室16相通，且位于粉尘气室16的中前部。 微型风扇17启动后，含尘空气通过导流装置402被吸进粉尘气室16，激光灯1发 出垂直于微型风扇17的出射光，由于粉尘气室16内的含尘空气具有粉尘，激光灯1发出的 出射光在粉尘气室16内发生散射，光电采集装置401采集散射光，并将散射光转化为电压 信号输出。 在图4中，光电采集装置401可以包括以下部件光电片座8、光电底座9、光电延 长管10、聚光透镜7以及光电二极管电路板6。光电延长管10安装在粉尘气室16的一侧， 用于加高光电采集装置401的其它部件，以避免其它部件接触粉尘。光电底座9安装在光 电延长管10上面，用于放置聚光透镜7。光电片座8位于光电底座9上，用于安装光电二极 管电路板6。光电二极管电路板6安装在光电片座8上，用于将散射光转换为电信号。聚光 透镜7位于光电片座8与光电底座9之间，用于增大光电二极管电路板6上光电二极管的 感光面积。需要指出的是，本发明实施例采用的光电二极管所需的工作电压仅为3v至5v。 图4中的导流装置402可以包括以下部件尖嘴11、采集端盖12、阻光器13、喇叭嘴14。尖嘴11位于粉尘浓度传感器的最前端，安装在采集端盖12上，用于吸入含尘空气。 采集端盖12安装在喇叭嘴14上，用于连接尖嘴11与喇叭嘴14。喇叭嘴14安装在粉尘气 室16的一端，宽口部分从外壳18伸出，用于将含尘空气送入粉尘气室16。阻光器13安装 在喇叭嘴14内部，且平行于采集端盖12，用于阻挡外界光线进入粉尘气室16，且阻光器13 还用于作为激光灯1的底座。阻光器13上有至少一个进气孔，这些进气孔用于使喇叭嘴14 内的含尘空气进入气室，需要指出的是，进气孔在阻光器13上的位置要避免外界光线进入 粉尘气室16。 激光灯1安装在阻光器13上，用于当粉尘气室16进入含尘空气时，发出射向微型 风扇17的出射光。可选地，激光灯罩15包裹在激光灯的外围，用于固定激光灯15。 优选地，粉尘气室16采用直筒式结构，最大限度地降低了气流的负压压降，进而 降低了对微型风扇17的要求。且粉尘气室16内壁为黑色，黑色的内壁可以吸收激光灯1发 出的光，避免反射光，使光电采集装置401采集的光均为粉尘的散射光，提高测量精确度。 此外，图4中还包括 o型圈2，用于密封采集端盖12和喇叭嘴14 ; 橡胶垫圈3，用于密封喇叭嘴14和外壳18 ; 螺母4以及螺栓5，用于配合使用以固定喇叭嘴14和外壳18。 本实用新型实施例提供的粉尘浓度传感器具有以下有益效果 (1)工作电压为3v至5v的光电二极管消除了安全隐患，而且不易破碎，价格低廉，
降低了粉尘浓度传感器的成本； (2)通过改变程控放大电路的放大倍数可以为本实用新型实施例提供的粉尘浓 度传感器配置合适的量程，且本实用新型实施例提供的粉尘浓度传感器具有较大的测量范 围，具体可以是0mg/m3 1000mg/m3 ; (3)兼容性强，通过RS485输入输出端口可以利用各种煤矿监控系统通用的通讯
协议将本实用新型实施例提供的粉尘浓度传感器接入各种煤矿监控系统； (4)通过严格控制本实用新型实施例提供的粉尘浓度传感器的电流以及电压，使
其可以应用于含有瓦斯或者煤尘爆炸危险的矿井下； (5)由于应用了直筒式结构粉尘气室，本实用新型实施例提供的粉尘浓度传感器 内部不易积尘； (6)用户可以自行拆卸微型风扇17，使用方便； (7)本实用新型实施例提供的粉尘浓度传感器所有部件经过精确计算，结构紧凑。 最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将 一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作 之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体 意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括 那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或
者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个......"限定的要素，
并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本实用新型可
借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本实用新型的技术方案对背景技术做出贡献 的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质 中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算 机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例或者实施例的某些部分所述的 方法。 以上对本实用新型进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理 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实用新型的方法及其核心 思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制。
权利要求一种粉尘浓度传感器，其特征在于，所述粉尘浓度传感器包括风机、导流装置、气室、光源、光电二极管以及单片机；所述风机，使所述气室产生负压；所述导流装置，在所述气室产生负压时，将含尘空气吸入所述气室；所述光源，为所述气室中含尘空气的粉尘提供光照，以产生散射光；所述光电二极管，将所述散射光转化为电压信号，并输出所述电压信号；所述单片机，根据所述光电二极管输出的电压信号、以及预存的电压信号与粉尘浓度比例关系计算粉尘浓度。
2. 根据权利要求1所述的粉尘浓度传感器，其特征在于，所述粉尘浓度传感器还包括光电延长管，加高所述光电二极管，以避免所述光电二极管接触所述粉尘。
3. 根据权利要求1所述的粉尘浓度传感器，其特征在于，所述粉尘浓度传感器还包括光电底座，放置聚光透镜；所述聚光透镜，增大所述光电二极管的感光面积。
4. 根据权利要求1所述的粉尘浓度传感器，其特征在于，所述导流装置包括尖嘴，吸入所述含尘空气；喇叭嘴，所述含尘空气送入所述气室；采集端盖，连接所述尖嘴与所述喇叭嘴；具有至少一个进气孔的阻光器，阻挡外界光线进入所述气室，并使所述含尘空气通过。
5. 根据权利要求1所述的粉尘浓度传感器，其特征在于，所述粉尘浓度传感器还包括光源灯罩，固定所述光源。
6. 根据权利要求1所述的粉尘浓度传感器，其特征在于，所述气室采用直筒式结构，以降低所述气室中的负压压降。
7. 根据权利要求1所述的粉尘浓度传感器，其特征在于，所述气室内壁为黑色，以避免所述气室内壁产生反射光。
8. 根据权利要求1所述的粉尘浓度传感器，其特征在于，所述粉尘浓度传感器还包括报警单元，当所述粉尘浓度传感器测量出的粉尘浓度大于预置值时，发出警报。
9. 根据权利要求1所述的粉尘浓度传感器，其特征在于，所述粉尘浓度传感器还包括RS485输入输出接口 ，使所述粉尘浓度传感器接入各种煤矿监控系统。
10. 根据权利要求1所述的粉尘浓度传感器，其特征在于，所述粉尘浓度传感器还包括频率输出接口 ，使所述粉尘浓度传感器通过频率信号接入各种煤矿监控系统。
11. 根据权利要求1所述的粉尘浓度传感器，其特征在于，所述粉尘浓度传感器还包括红外遥控输入单元，接收遥控器的指令，使所述单片机根据所述指令执行操作。
12. 根据权利要求1所述的粉尘浓度传感器，其特征在于，所述粉尘浓度传感器还包括程控放大电路，放大所述光电二极管输出的电压信号，并将放大后的电压信号输出给单片机；所述单片机，根据放大后的电压信号、以及预存的电压信号与粉尘浓度比例关系计算粉尘浓度。
专利摘要本实用新型公开了一种粉尘浓度传感器，所述粉尘浓度传感器包括风机、导流装置、气室、光源、光电二极管以及单片机；所述风机，使所述气室产生负压；所述导流装置，在所述气室产生负压时，将含尘空气吸入所述气室；所述光源，为所述气室中含尘空气的粉尘提供光照，以产生散射光；所述光电二极管，将所述散射光转化为电压信号，并输出所述电压信号；所述单片机，根据所述光电二极管输出的电压信号、以及预存的电压信号与粉尘浓度比例关系计算粉尘浓度。通过本实用新型，粉尘浓度传感器在进行光电转换时无需高压，进而消除了安全隐患。
文档编号G01N15/06GK201488936SQ20092015909
公开日2010年5月26日 申请日期2009年7月2日 优先权日2009年7月2日
发明者吕鹏飞, 朱承建, 李东晓, 邓国华 申请人:煤炭科学研究总院常州自动化研究院;天地(常州)自动化股份有限公司