专利名称：一种对射型耐高温烟尘传感器及实时检测方法
技术领域：
本发明涉及一种对射型耐高温烟尘传感器及实时检测方法。具体地说是具有能在高温高浓度烟尘环境下能实时监测烟尘浓度。
背景技术：
烟尘的产生是许多工厂不可避免的，因此除尘设施也成为现代工厂必须配备的设施。不同厂矿的生产现场环境都会有极大的不同，诸如钢铁厂的现场在产生大量烟尘时还伴随着几百度的高温辐射。在这样高温条件下，目前市场上众多烟尘传感器将无法正常工作。而且在高烟尘浓度环境下，众多烟尘传感器将随着使用时间增加自身会附着大量烟尘粉末，从而使得其自身的烟尘探测灵敏度降低直至无法工作。因此，研制出一种耐高温、具有自清洁能力的烟尘传感器具有极为现实的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对射型耐高温烟尘传感器及实时检测方法。一种对射型耐高温烟尘传感器，其包括一个激光光源，两个光窄带滤波器，一个光隔离器，两个激光探头，两根纯石英光纤，一个光电探测器。其中纯石英光纤的芯径为 800 μ m且带有不锈钢铠装，每个激光探头由一套激光扩束准直镜、一个5维调节架、一片纯石英镜片、一根800 μ m芯径的纯石英光纤、一个气体输入口、三个气体喷嘴构成。光隔离器输入端与所述光窄带滤波器输出端连接，使得所述激光光源不受所述系统中光路的后向反射和散射光的影响，确保系统能够稳定地工作；所述系统中输入、输出端芯径为800 μ m且带有不锈钢铠装的纯石英光纤的最高耐温为1000°c，其长度可以根据不同的现场情况而定制。系统中所述激光探头由一套激光扩束准直镜、一个5维调节架、一片纯石英镜片、 一根800 μ m芯径的纯石英光纤、一个气体输入口、三个气体喷嘴构成。系统所述的发射端激光探头与接收端激光探头的结构相同。所述5维调节架置于激光探头内，其调节旋钮位于激光探头外侧。所述激光扩束准直镜固定在5维调节架上，在所述系统安装时可通过5维调节架对激光准直镜头进行调节，使得两个激光探头中的激光扩束准直镜能位于同一轴线上。所述激光探头的壳体材质为不锈钢，除了气体输入口和气体喷嘴孔，其余地方均密闭不通气，气体的输入口位于激光探头的激光输入端，三个气体喷嘴在激光探头横截面圆周上均勻分布，气体喷嘴斜向指向激光出射端的纯石英镜片的镜面，气体喷嘴呈鸭嘴型。为实现上述目的，本发明的一种对射型耐高温烟尘实时检测方法，包括步骤如下两个激光探头分别位于激光输出端和激光接收端，激光输出端的激光探头将光纤所传输的光进行扩束准直，经过准直后的光斑发散角为0. lmrad，激光接收端的激光探头将穿过烟尘带的激光经过光斑压缩再传入到激光接收端的光纤，再经过光窄带滤波器后导入光电传感探头，光电传感探头通过探测此时的光功率而输出对应电压值。这样不同浓度的烟尘对应不同的光电探测器输出电压值，即可实现烟尘浓度的实时检测。优选的方案为提供一种对射型耐高温烟尘实时检测方法，包括步骤如下激光光源所出射光经过一个光窄带滤波器输出特定波长的光，在接收端安置有和发射端相同的光窄带滤波器，消除因周围环境光对检测系统造成的干扰；在激光发射端，激光先通过一个光窄带滤波器后再通过一个光隔离器，然后再经过芯径为800 μ m且带有不锈钢铠装的纯石英光纤接入激光探头；在激光接收端，激光探头将穿过烟尘带的激光光斑经过压缩再传入到接收端的光纤，再经过光窄带滤波器后导入光电传感探头，光电传感探头通过探测此时的光功率而输出对应电压值；所述发射端的激光扩束准直镜先将光纤输出激光光斑进行扩束，然后再对扩束后的光斑进行准直，准直后光斑的光束发散角为0. lmrad，接收端的激光扩束准直镜先将所接受光斑进行准直再将光斑压缩；所述激光探头在气体输入口输入一定压强的气体后通过气体喷嘴不间断地向所述激光探头激光输出端的纯石英镜面外侧高速喷出气体，鸭嘴型的喷嘴能将气体呈面状喷出；在空气通过激光探头内部时将置于高温环境下的探头进行冷却，同时气体通过喷嘴喷出将附着在所述纯石英镜面外侧的烟尘颗粒物清除。从而实现所述激光探头的自冷却和自清洁的双重目的；输入的气体可以根据不同条件而定，可以通过普通的鼓风机吹入空气，也可以吹入氮气；所述激光探头置于温度高于500°C环境下时，仅仅采用气体吹冷法将不能及时冷却激光探头；采用纯铜水管将激光探头进行螺旋状密致缠绕，当激光探头的工作环境温度高于500°C时，将铜管内导入流动的水，对激光探头进行水冷。本发明所述的一种对射型耐高温烟尘传感器采用了激光探头与激光光源和光电探测器分离的方法。所采用的易受环境条件影响的激光器和光电探测器等器件远离高温、 高烟尘浓度环境的方法以及激光探头的自冷却、自清洁能力使得本发明所述的烟尘传感器能在各种恶劣烟尘环境下工作，其具有耐高温，免清洗，抗干扰性强，实时性强，高精度，高灵敏度，低成本的优点。
图1对射型耐高温烟尘传感器总体结构示意图；图2激光探头剖面结构示意图；图中，激光光源101，第一光窄带滤波器1021，第二光窄带滤波器1022，光隔离器 103，第一激光探头1041，第二激光探头1042，光电探测器105，第一芯径为800 μ m带铠装纯石英光纤1061，第二芯径为800 μ m带铠装纯石英光纤1062，送气管道107，烟尘介质100， 激光扩束准直镜头201，激光扩束准直透镜组202，5维调节架203，法兰204，芯径为800 μ m 的纯石英光纤205，纯石英镜片206，气体喷嘴207，螺旋丝口 208，气体输入口 209，纯铜导水管2010。图1中细实线表示光路，细虚线表示电路。
具体实施例方式实施例1 一种对射型耐高温烟尘实时检测方法，包括步骤如下激光光源所出射光经过一个光窄带滤波器输出特定波长的光，在接收端安置有和发射端相同的光窄带滤波器，这样能有效消除因周围环境光对检测系统造成的干扰；在发射端，激光先通过一个光窄带滤波器后再通过一个光隔离器，然后再经过芯径为800 μ m且带有不锈钢铠装的纯石英光纤接入激光探头。光隔离器输入端与所述光窄带滤波器输出端连接，使得所述激光光源不受所述系统中光路的后向反射和散射光的影响，在系统工作时能够稳定地工作。在接收端，激光探头将穿过烟尘带的激光光斑经过压缩再传入到接收端的光纤， 再经过光窄带滤波器后导入光电传感探头，光电传感探头通过探测此时的光功率而输出对应电压值。所述系统中输入、输出端芯径为800 μ m且带有不锈钢铠装的纯石英光纤的最高耐温为1000°c，其长度可以根据不同的现场情况而定制。系统中所述激光探头由一套激光扩束准直镜、一个5维调节架、一片纯石英镜片、 一根800 μ m芯径的纯石英光纤、一个气体输入口、三个气体喷嘴构成。系统所述的发射端激光探头与接收端激光探头的结构相同。所述5维调节架置于激光探头内，其调节旋钮位于激光探头侧面。所述激光扩束准直镜固定在5维调节架上，在所述系统安装时可通过5维调节架对激光准直镜头进行调节，使得两个激光探头中的激光扩束准直镜能位于同一轴线上。所述发射端的激光扩束准直镜先将光纤输出激光光斑进行扩束，然后再对扩束后的光斑进行准直，准直后光斑的光束发散角为0. lmrad，接收端的激光扩束准直镜先将所接受光斑进行准直再将光斑压缩后所述激光探头的壳体材质为不锈钢，除了气体输入口和气体喷嘴孔，其余地方均密闭不通气，气体的输入口位于激光探头的激光输入端，三个气体喷嘴在激光探头横截面圆周上均勻分布，气体喷嘴斜向指向激光出射端的纯石英镜片的镜面，气体喷嘴呈鸭嘴型；所述激光探头在气体输入口输入一定压强的气体后通过气体喷嘴不间断地向所述激光探头激光输出端的纯石英镜面外侧高速喷出气体，鸭嘴型的喷嘴能将气体呈面状喷出。在空气通过激光探头内部时将置于高温环境下的探头进行冷却，同时气体通过喷嘴喷出将附着在所述纯石英镜面外侧的烟尘颗粒物清除。从而实现所述激光探头的自冷却和自清洁的双重目的。输入的气体可以根据不同条件而定，可以通过普通的鼓风机吹入空气，也可以吹入氮气。所述激光探头置于温度高于500°C环境下时，仅仅采用气体吹冷法将不能及时冷却激光探头。本发明采用纯铜水管将激光探头进行螺旋状密致缠绕，当激光探头的工作环境温度高于500 V时，将铜管内导入流动的水，对激光探头进行水冷。实施例2 本发明所提供的一种对射型耐高温烟尘传感器，如图1、图2所示。包括激光光源101，第一光窄带滤波器1021，第二光窄带滤波器1022，光隔离器103，第一激光探头1041， 第二激光探头1042，光电探测器105，第一芯径为800 μ m带铠装纯石英光纤1061，第二芯径为800 μ m带铠装纯石英光纤1062，送气管道107，烟尘介质100，激光扩束准直镜头201，激光扩束准直透镜组202，5维调节架203，法兰204，芯径为800 μ m的纯石英光纤205，纯石英镜片206，气体喷嘴207，螺旋丝口 208，气体输入口 209，纯铜导水管2010。所述的第一激光探头1041，第二激光探头1042由激光扩束准直镜头201，5维调节架203，法兰204，芯径为800 μ m的纯石英光纤205，纯石英镜片206，气体输入口 209，气体喷嘴207构成。激光扩束准直镜头由激光扩束准直透镜组202，纯石英镜片206构成。激光光源101所出射光经过第一光窄带滤波器1021输出特定波长的光，在接收端安置有和发射端相同的第二窄带滤波器1022。在发射端，激光先通过一个第一光窄带滤波器1021后再通过一个光隔离器103，然后再经过第一芯径为800 μ m且带有不锈钢铠装的纯石英光纤1061接入第一激光探头1041。在接收端，第二激光探头1042将穿过烟尘带100的激光经过光斑压缩再传入到接收端的第二带铠装的纯石英光纤1062，再经过光第二窄带滤波器1022后导入光电传感探头105，光电传感探头105通过探测此时的光功率而输出对应电压值。光隔离器103输入端与所述第一光窄带滤波器1021输出端连接，使得所述激光光源101不受系统中光路的后向反射和散射光的影响，在系统工作时能够稳定地工作。系统中输入、输出端第一芯径为800 μ m且带有不锈钢铠装的纯石英光纤1061，第二芯径为800 μ m且带有不锈钢铠装的纯石英光纤1062的最高耐温为1000°C，其长度可以根据不同的现场情况而定制。第一激光探头1041，第二激光探头1042由一套激光扩束准直镜201、一个5维调节架203、一片纯石英镜片206、一根800 μ m芯径的纯石英光纤205、一个气体输入口 209、 三个气体喷嘴207构成。5维调节架203置于第一激光探头1041，第二激光探头1042内，其调节旋钮位于第一激光探头1041，第二激光探头1042外侧。激光扩束准直镜201固定在5维调节架203上，系统安装时通过5维调节架203 对激光扩束准直镜头201进行调节，使得两个第一激光探头1041，第二激光探头1042中的激光扩束准直镜201中轴线能位于同一直线上。第一激光探头1041，第二激光探头1042的壳体材质为不锈钢，除了气体输入口 209和气体喷嘴孔207，其余地方均密闭不通气，气体的输入口 209位于第一激光探头1041， 第二激光探头1042的激光输入端，气体喷嘴207的喷嘴斜向指向激光出射端的纯石英镜片 206的镜面外侧，三个气体喷嘴207在第一激光探头1041，第二激光探头1042的横截面的圆周上均勻分布，三个气体喷嘴207呈鸭嘴型；第一激光探头1041，第二激光探头1042在通过气体输入口 209输入一定压强的气体然后通过气体喷嘴207不间断地向所述第一激光探头1041，第二激光探头1042激光输出端的纯石英镜片206外侧高速喷出气体。气体通过第一激光探头1041，第二激光探头1042 内部时可以将置于高温环境下的第一激光探头1041，第二激光探头1042进行冷却，同时还能将附着在纯石英镜面上的烟尘颗粒物及时清除，从而实现第一激光探头1041，第二激光探头1042的自冷却和自清洁的双重目的。
权利要求
1.一种对射型耐高温烟尘传感器，特征在于包括一个激光光源，两个光窄带滤波器， 一个光隔离器，两个激光探头，两根纯石英光纤，一个光电探测器；其中纯石英光纤的芯径为800 μ m且带有不锈钢铠装，每个激光探头由一套激光扩束准直镜、一个5维调节架、一片纯石英镜片、一根800 μ m芯径的纯石英光纤、一个气体输入口、三个气体喷嘴构成；光隔离器输入端与所述光窄带滤波器输出端连接，使得所述激光光源不受所述系统中光路的后向反射和散射光的影响，在系统工作时能够稳定地工作；所述输入、输出端芯径为800 μ m且带有不锈钢铠装的纯石英光纤的最高耐温为 IOOO0C ；所述激光探头由一套激光扩束准直镜、一个5维调节架、一片纯石英镜片、一根800 μ m 芯径的纯石英光纤、一个气体输入口、三个气体喷嘴构成；系统所述的发射端激光探头与接收端激光探头的结构相同；所述5维调节架置于激光探头内，其调节旋钮位于激光探头外侧。
2.根据权利要求1中所述的一种对射型耐高温烟尘传感器，特征在于所述激光扩束准直镜固定在5维调节架上，安装时通过5维调节架对激光准直镜头进行调节，使得两个激光探头中的激光扩束准直镜能位于同一轴线上。
3.根据权利要求1中所述的一种对射型耐高温烟尘传感器，特征在于所述激光探头的壳体材质为不锈钢，除了气体输入口和气体喷嘴孔，其余地方均密闭不通气，气体的输入口位于激光探头的激光输入端，三个气体喷嘴在激光探头横截面圆周上均勻分布，气体喷嘴斜向指向激光出射端的纯石英镜片的镜面，气体喷嘴呈鸭嘴型。
4.根据权利要求1中所述的一种对射型耐高温烟尘传感器，特征在于所述激光光源， 光电探测器，激光探头均为独立元器件；所述发射端的激光光源输出经过光窄带滤波后，再通过一个光隔离器后用带不锈钢铠装的纯石英光纤与激光探头连接；所述接收端的激光探头将所接收的光通过带不锈钢铠装的纯石英光纤传输到光窄带滤波器再与光电探测器连接；芯径为800 μ m的纯石英光纤为无芯光纤，由纯石英棒经过拉制而成。
5.根据权利要求1中所述的一种对射型耐高温烟尘传感器，特征在于激光检测探头具有自冷却和自清洁能力；由一个5维调节架夹持激光扩束准直镜头，此调节架通过位于激光探头外侧的旋钮进行调节；气体的输入口位于激光探头的激光输入端，气体喷嘴斜向指向激光出射端的纯石英镜片的外侧。
6.根据权利要求1中所述的一种对射型耐高温烟尘传感器，特征在于所述激光探头外侧采用纯铜导水管螺旋状密致排列。
7.一种对射型耐高温烟尘实时检测方法，特征在于包括步骤如下两个激光探头分别位于激光输出端和激光接收端，激光输出端的激光探头将光纤所传输的光进行扩束准直，经过准直后的光斑发散角为0. lmrad，激光接收端的激光探头将穿过烟尘带的激光经过光斑压缩再传入到激光接收端的光纤，再经过光窄带滤波器后导入光电传感探头，光电传感探头通过探测此时的光功率而输出对应电压值。这样不同浓度的烟尘对应不同的光电探测器输出电压值，即可实现烟尘浓度的实时检测。
8.根据权利要求7中所述的一种对射型耐高温烟尘实时检测方法，特征在于激光光源所出射光经过一个光窄带滤波器输出特定波长的光，在接收端安置有和发射端相同的光窄带滤波器，消除因周围环境光对检测系统造成的干扰；在激光发射端，激光先通过一个光窄带滤波器后再通过一个光隔离器，然后再经过芯径为800 μ m且带有不锈钢铠装的纯石英光纤接入激光探头；在激光接收端，激光探头将穿过烟尘带的激光光斑经过压缩再传入到接收端的光纤， 再经过光窄带滤波器后导入光电传感探头，光电传感探头通过探测此时的光功率而输出对应电压值；所述发射端的激光扩束准直镜先将光纤输出激光光斑进行扩束，然后再对扩束后的光斑进行准直，准直后光斑的光束发散角为0. lmrad，接收端的激光扩束准直镜先将所接受光斑进行准直再将光斑压缩。
9.根据权利要求7中所述的一种对射型耐高温烟尘实时检测方法，特征在于所述激光探头在气体输入口输入一定压强的气体后通过气体喷嘴不间断地向所述激光探头激光输出端的纯石英镜面外侧高速喷出气体，鸭嘴型的喷嘴能将气体呈面状喷出；在空气通过激光探头内部时将置于高温环境下的探头进行冷却，同时气体通过喷嘴喷出将附着在所述纯石英镜面外侧的烟尘颗粒物清除。从而实现所述激光探头的自冷却和自清洁的双重目的；输入的气体可以根据不同条件而定，可以通过普通的鼓风机吹入空气，也可以吹入氮气。
10.根据权利要求7中所述的一种对射型耐高温烟尘实时检测方法，特征在于所述激光探头置于温度高于500°C环境下时，采用纯铜水管将激光探头进行螺旋状密致缠绕，当激光探头的工作环境温度高于500°C时，将铜管内导入流动的水，对激光探头进行水冷。
全文摘要
一种对射型耐高温烟尘传感器及实时检测方法。激光光源所辐射出的光为可见光波段，纯石英光纤的芯径为800μm且带有不锈钢铠装，每个激光探头由一套激光扩束准直镜、一个5维调节架、一片纯石英镜片、一根800μm芯径的纯石英光纤、一个气体输入口、三个气体喷嘴构成。本发明所述的一种对射型耐高温烟尘传感器采用了激光探头与激光光源和光电探测器分离的方法。所采用的易受环境条件影响的激光器和光电探测器等器件远离高温、高烟尘浓度环境的方法以及激光探头的自冷却、自清洁能力使得本发明所述的烟尘传感器能在各种恶劣烟尘环境下工作，其具有耐高温，免清洗，抗干扰性强，实时性强，高精度，高灵敏度，低成本的优点。
文档编号G01N21/27GK102288555SQ201110210480
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者冯亭, 延凤平, 李琦, 樊勇 申请人:山西维力科技有限责任公司