专利名称：一种抗积灰干扰的激光粉尘检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种激光粉尘检测装置，尤其是涉及一种抗积灰干扰的激光粉尘 检测装置。
背景技术：
目前国内外用于检测环境中粉尘浓度的方法有多种，包括取样法、称重法、β射线 法、光学法等等，前三类方法一般设备复杂、体积大，不利于在线测量，而光学法中采用散射 法和透射法，因激光光源的多种优点得到广泛应用，例如(如国内生产的LD-5C型微电脑激 光粉尘仪、ΑΙΜ-2000激光粉尘浓度仪、JFC-I激光粉尘浓度仪)，这些仪器由于都能在线测 量，具有自动连续取样，数据有代表性，抗干扰能力较强。中国专利200620000174.9公开了一种激光测量粉尘浓度的装置，通过采用扩 束和分光检测的方式克服了中国专利CN85109253A中使用双光源带来的缺点；中国专 利200710199228. 8公开了一种后向散射型光电粉尘浓度探测器，该技术方案的探测器位 于设备壳体之外，能直接对外界粉尘做较精确的检测；中国专利02266662. 1公开了一种 激光粉尘浓度检测装置，实现了双参量测量，提高了对粉尘光效应的检测，减弱了粒径对 测量值的影响。但以上方法均未考虑激光光路窗口积灰对测量精度的影响。中国专利 200420047907. 5公开了一种激光粉尘浓度检测装置，采用抽气泵在激光光路出口和入口处 形成一道气幕对光路窗口进行自动清洁，提高了检测精度。中国专利20082012269. 1公开 了具有湿度连续自动修正功能的激光粉尘检测仪、中国专利02235130. 2公开的激光粉尘 仪也具有类似的装置。此类设备较为复杂，而且在长期的在线测量时并不能保证光路窗口 的清洁度。在测量粉尘浓度的散射法和透射法之间，透射法只适用于高浓度场合，如大于几 百mg/m3;在低浓度情况下，激光的透射率很高，设备必须有非常高的灵敏度才能获得较 高的测量精度，因此粉尘浓度低的情况下一般采用散射法。中国专利200620000174.9、 200420047907. 5公开的激光测量粉尘浓度的装置，在光电检测端检测到的光强实际包含 了透射光和散射光成分，因此测量的准确度必然受到影响；中国专利02235130. 2公开的激 光粉尘仪在相对于光源的凸透镜中心处设置凹陷的吸光槽，剔除了透射光对测量精度的影 响，但不能确保消除光路窗口积灰的影响。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够实现散射光和透射光的分离，从 而提高检测精度，并且能够减轻光路窗口积灰对散射光、透射光影响，可实时检测积灰程 度，可以随时了解设备的积灰情况的抗积灰干扰的激光粉尘检测装置。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为一种抗积灰干扰的激光粉尘 检测装置，包括激光器和用以检测含尘气体的第一检测暗室和第二检测暗室，所述的第一 检测暗室和所述的第二检测暗室之间通过气流连接管道相互联通，所述的气流连接管道的轴线与所述的激光器的出射光平行，所述的第一检测暗室的入口设置有第一遮光装置，所 述的第二检测暗室的入口设置有第二遮光装置，所述的第一检测暗室设置有第一入光窗口 和第一出光窗口，所述的第二检测暗室设置有第二入光窗口和第二出光窗口，所述的第一 入光窗口和所述的第一出光窗口及所述的第二入光窗口和所述的第二出光窗口上均设置 有防尘玻璃，所述的激光器的出射方向上依次设置有第一半透半反镜、第二半透半反镜和 反射镜，所述的第一入光窗口前设置有第一扩束透镜，所述的第二入光窗口前设置有第二 扩束透镜，所述的第一出光窗口后设置有第一聚焦透镜，所述的第二出光窗口后设置有第 二聚焦透镜，所述的第一半透半反镜的反射光路上设置有第一光电探测器，所述的第一扩 束透镜设置在所述的第二半透半反镜的反射光路上，所述的第二扩束透镜设置在所述的反 射镜的反射光路上，所述的第一聚焦透镜后的焦点处设置有第一多元光纤分布板，所述的 第一多元光纤分布板上设置有接收所述的第一多元光纤分布板中心光强的第二光电探测 器和接收所述的第一多元光纤分布板中心光强之外的其余部分光强的第三光电探测器，所 述的第二聚焦透镜后的焦点处设置有第二多元光纤分布板，所述的第二多元光纤分布板上 设置有接收所述的第二多元光纤分布板中心光强的第四光电探测器和接收所述的第二多 元光纤分布板中心光强之外的其余部分光强的第五光电探测器，所述的气流连接管道上设 置有隔光结构，所述的第二入光窗口与所述的第二出光窗口之间设置有积灰补偿玻璃。所述的隔光结构包括与所述的气流连接管道的轴线平行偏移的平行部和相互平 行设置在所述的平行部两端的与所述的平行部垂直的第一弯折部和第二弯折部和与第一 弯折部。所述的积灰补偿玻璃与所述的防尘玻璃的厚度是相同的。所述的第一半透半反镜的反射光路上设置有第三多元光纤分布板，所述的第一光 电探测器接收所述的第三多元光纤分布板上的所有光强。与现有技术相比，本实用新型的优点在于采用前散射检测方法，利用聚焦透镜和 多元光纤分布板的恰当配置，实现散射光和透射光的分离，从而提高检测精度；本实用新型 巧妙利用积灰补偿玻璃，可实时检测积灰程度，使用人员可以随时了解设备的积灰情况，减 轻光路窗口积灰对散射光、透射光的影响。
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。一种抗积灰干扰的激光粉尘检测装置，包括激光器1和用以检测含尘气体的第一 检测暗室2和第二检测暗室3，第一检测暗室2和第二检测暗室3之间通过气流连接管道4 相互联通，气流连接管道4的轴线与激光器1的出射光平行，第一检测暗室2的入口设置有 第一遮光装置21，第二检测暗室3的入口设置有第二遮光装置31，第一检测暗室2设置有 第一入光窗口 22和第一出光窗口 23，第二检测暗室3设置有第二入光窗口 32和第二出光 窗口 33，第一入光窗口 22和第一出光窗口 23及第二入光窗口 32和第二出光窗口 33上均 设置有防尘玻璃5，激光器1的出射方向上依次设置有第一半透半反镜6、第二半透半反镜7和反射镜8，第一入光窗口 22前设置有第一扩束透镜9，第二入光窗口 32前设置有第二扩 束透镜10，第一出光窗口 23后设置有第一聚焦透镜11，第二出光窗口 33后设置有第二聚 焦透镜12，第一半透半反镜6的反射光路上设置有第三多元光纤分布板13，第三多元光纤 分布板13上设置有第一光电探测器(未显示)用于接收第三多元光纤分布板13上的所有 光强，第一扩束透镜9设置在第二半透半反镜7的反射光路上，第二扩束透镜10设置在反 射镜8的反射光路上，第一聚焦透镜11后的焦点处设置有第一多元光纤分布板14，第一多 元光纤分布板14上设置有接收第一多元光纤分布板14中心光强的第二光电探测器15和 接收第一多元光纤分布板14中心光强之外的其余部分光强的第三光电探测器16，第二聚 焦透镜12后的焦点处设置有第二多元光纤分布板17，第二多元光纤分布板17上设置有接 收第二多元光纤分布板17中心光强的第四光电探测器18和接收第二多元光纤分布板17 中心光强之外的其余部分光强的第五光电探测器19，气流连接管道上设置有隔光结构50， 隔光结构50由与气流连接管道5的轴线平行偏移的平行部51和相互平行设置在平行部51 两端的与平行部51垂直的第一弯折部52和第二弯折部53构成，第二入光窗口 32与第二 出光窗口 33之间设置有积灰补偿玻璃20，积灰补偿玻璃20与防尘玻璃5的厚度相同。进入第一检测暗室2的光经含尘气体发生散射和透射，其透射光完全通过第一出 光窗口 23，进入第一聚焦透镜11，散射光的一部分也通过第一出光窗口 23，进入第一聚焦 透镜11，第一聚焦透镜11的焦点处设置第一多元光纤分布板14，第一多元光纤分布板14 的中心点的光强由第二光电探测器15接收，其余各环的光强送第三光电探测器16。进入第一检测暗室3的光经含尘气体并经积灰补偿玻璃20，其透射光完全通过第 二出光窗口 33，进入第二聚焦透镜12，散射光的一部分也通过第二出光窗口 33，进入第二 聚焦透镜12，第二聚焦透镜12的焦点处设置第二多元光纤分布板17，第二多元光纤分布板 17的中心点的光强由第四光电探测器18接收，其余各环的光强送第五光电探测器19。本实用新型的工作原理是利用激光前向小角度散射原理，聚焦透镜放置在透射 光照射的方向上可以获得较高的散射光强；利用几何光学原理，经含尘气体的散射光通过 聚焦透镜后不能在焦点处聚集，其绝大部分能量将分布在多元光纤分布板的平面上，其中 心点的光强因该点面积很小，所以照射到该点的散射光强十分微小；经过含尘气体的透射 光完全聚集在聚焦透镜的焦点上，因在气体粉尘浓度不是太大的情况下，透射光一般远大 于散射光，所以置于该焦点处的多元光纤分布板的中心点获得的光强基本为透射光；通过 这样安排可以将散射光和透射光基本分开。激光发生器发出的激光经第一半透半反镜6后，均勻分为两部分，其反射光送入 第三多元光纤分布板13，得到的光强除以2，即可得到每个检测暗室的入射光强IO ；其透射 光经第二半透半反镜7后再次均勻分成两部分，其反射光经第一扩束透镜9，得到一束平行 光，该平行光经第一检测暗室2的第一入光窗口进入第一检测暗室2，再经含尘气体后，部 分发生散射，为散射光；部分继续直行，为透射光，两种混合光经第一检测暗室2的第一出 光窗口后，到达第一聚焦透镜11。根据几何光学原理，经含尘气体的散射光通过第一聚焦透 镜11后不能在焦点处聚集，其绝大部分能量将分布在第一多元光纤分布板14的圆形平面 上；经过含尘气体的透射光完全聚集在第一聚焦透镜11的焦点上，因在气体粉尘浓度不是 太大的情况下，透射光强度一般远大于散射光，而第一多元光纤分布板14中心点的光强因 该点面积很小，所以照射到该点的散射光强十分微小，所以置于该焦点处的第一多元光纤分布板14的中心点获得的光强基本为透射光，记为lit，其余各环处得到的光强为散射光， 记为Ils ；经第二半透半反镜7后的透射光，经反射镜8后，通过第二扩束透镜10扩束，得到 一束平行光。该平行光经第二检测暗室3的第二入光窗口 32进入第二矩形检测暗室3，再 经含尘气体后，部分发生散射，为散射光；部分继续直行，为透射光，两种混合光经过第二检 测暗室3内部的积灰补偿玻璃20后再次前行，经由第二出光窗口 33后，到达第二聚焦透镜 12。与前述类似，在第二多元光纤分布板17中心点获得的光强基本为透射光，记为I2t，其 余各环处得到的光强为散射光，记为I2s ；与第一检测暗室2内部的工作过程不同点是，通过第二检测暗室3的光路仅多出 了一片积灰补偿玻璃20的影响。根据前述设定条件，第二检测暗室3内的积灰补偿玻璃 20与各光路窗口的防尘玻璃5完全一样，且其厚度远小于检测暗室入光窗口与出光之间的 距离，所以在玻璃干净时，它对透射光和散射光的影响可以忽略不计，即lit = I2t，Ils = I2s。此时，入射光强IO和Ilt或I2t决定了透射浓度P t，入射光强IO和Ils或I2s决定 了散射浓度Ps;在粉尘浓度低时可以采用散射浓度Ps，在粉尘浓度高时可以采用透射浓 度P t，从而扩展了粉尘浓度的测量范围。因防尘玻璃并不完全防尘，长期在恶劣环境工作，防尘玻璃有可能因水汽或其他 因素附着积灰，此时第一检测暗室2和第二检测暗室3的两光路窗口的防尘玻璃以及第二 检测暗室3内部的积灰补偿玻璃20都会有附着积灰，若不及时处理将对检测结果产生重大 影响。因两检测暗室的工作环境一致，所以它们的光路窗口积灰分布一致，第二检测暗室 3内部的积灰补偿玻璃20两面也应有与各光路窗口一致的积灰分布，这样积灰对透射光和 散射光的影响必须考虑。此时，经过第二检测暗室3的透射光和散射光均将小于经过第一 检测暗室2的透射光和散射光，即lit > I2t，Ils > I2s。在积灰不是十分严重时，经过第 一检测暗室2的透射光Ilt和经过第二检测暗室3的透射光I2t，差别不大，除非有高灵敏 度的器件才能区分；而经过第一检测暗室2的散射光Ils和经过第二检测暗室3的散射光 I2s，将会有较大的差别，容易检测。其差别是，Ils经过了两层积灰的衰减，而I2s则经过 了四层积灰的衰减，所以Ils-I2s就是积灰补偿玻璃的两层积灰的衰减量，记为Ih，通过检 测Ih的大小就可以近似得知检测暗室光路窗口的积灰情况，为及时处理提供依据；因此时 Ils是经过两层积灰衰减后的散射光强，所以真正的散射光强近似为Ils+Ih = 2Ils-I2s, 这样就基本抵消了积灰对散射光强的影响，提高了检测精度。本实用新型经上述结构安排还可以获得额外的优势，即设备的自检功能，具体如 下正常情况下，因第一检测暗室2和第二检测暗室3的工作环境一样，所以有IO >= Ilt >=I2t，Ils>= I2s，如果在设备工作过程中发现Ilt或I2t在一段时间内明显大于10， 或I2t明显大于lit，或I2s明显大于lis，则可以认为设备已经出现了故障，此时得到的检 测数据不再可靠。
权利要求一种抗积灰干扰的激光粉尘检测装置，包括激光器和用以检测含尘气体的第一检测暗室和第二检测暗室，所述的第一检测暗室和所述的第二检测暗室之间通过气流连接管道相互联通，所述的气流连接管道的轴线与所述的激光器的出射光平行，所述的第一检测暗室的入口设置有第一遮光装置，所述的第二检测暗室的入口设置有第二遮光装置，所述的第一检测暗室设置有第一入光窗口和第一出光窗口，所述的第二检测暗室设置有第二入光窗口和第二出光窗口，所述的第一入光窗口和所述的第一出光窗口及所述的第二入光窗口和所述的第二出光窗口上均设置有防尘玻璃，所述的激光器的出射方向上依次设置有第一半透半反镜、第二半透半反镜和反射镜，所述的第一入光窗口前设置有第一扩束透镜，所述的第二入光窗口前设置有第二扩束透镜，所述的第一出光窗口后设置有第一聚焦透镜，所述的第二出光窗口后设置有第二聚焦透镜，所述的第一半透半反镜的反射光路上设置有第一光电探测器，所述的第一扩束透镜设置在所述的第二半透半反镜的反射光路上，所述的第二扩束透镜设置在所述的反射镜的反射光路上，其特征在于所述的第一聚焦透镜后的焦点处设置有第一多元光纤分布板，所述的第一多元光纤分布板上设置有接收所述的第一多元光纤分布板中心光强的第二光电探测器和接收所述的第一多元光纤分布板中心光强之外的其余部分光强的第三光电探测器，所述的第二聚焦透镜后的焦点处设置有第二多元光纤分布板，所述的第二多元光纤分布板上设置有接收所述的第二多元光纤分布板中心光强的第四光电探测器和接收所述的第二多元光纤分布板中心光强之外的其余部分光强的第五光电探测器，所述的气流连接管道上设置有隔光结构，所述的第二入光窗口与所述的第二出光窗口之间设置有积灰补偿玻璃。
2.如权利要求1所述的一种抗积灰干扰的激光粉尘检测装置，其特征在于所述的隔光 结构包括与所述的气流连接管道的轴线平行偏移的平行部和相互平行设置在所述的平行 部两端的与所述的平行部垂直的第一弯折部和第二弯折部。
3.如权利要求1所述的一种抗积灰干扰的激光粉尘检测装置，其特征在于所述的积灰 补偿玻璃与所述的防尘玻璃的厚度相同。
4.如权利要求1所述的一种抗积灰干扰的激光粉尘检测装置，其特征在于所述的第一 半透半反镜的反射光路上设置有第三多元光纤分布板，所述的第一光电探测器接收所述的 第三多元光纤分布板上的所有光强。
专利摘要本实用新型公开了一种抗积灰干扰的激光粉尘检测装置，包括激光器和两个用以检测含尘气体的两个检测暗室，两个检测暗室之间通过气流连接管道相互联通，特点是将激光器的出射光分成两路相同光强的光，再分别经扩束透镜进入两个检测暗室，然后分别通过聚焦透镜将从检测暗室中出射的光汇聚到各自的多元光纤分布板上，设置两个光电探测器分别接收多元光纤分布板中心光强和其余部分光强，气流连接管道上设置有隔光结构，其中的一个检测暗室中设置有积灰补偿玻璃，优点在于采用前散射检测方法，利用聚焦透镜和多元光纤分布板的恰当配置，实现散射光和透射光的分离，从而提高检测精度；并巧妙利用积灰补偿玻璃，可实时检测积灰程度，减轻积灰的影响。
文档编号G01N21/47GK201653903SQ20102016927
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月26日 优先权日2010年4月26日
发明者张瑞华, 陆黎 申请人:浙江万里学院