一种在线连续颗粒物浓度监测仪的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种在线连续颗粒物浓度监测仪，包括后腔件，前腔件，连接过渡件，所述的后腔件还包括，电源管理电路板、数据处理电路板、激光器驱动管理电路板、光电接收器、连接线；所述的光电接收器包括光电转换及信号预处理电路，所述的数据处理电路板包含锁相电路及噪声处理电路和4～20mA信号传输电路。本发明的有益效果是：本发明提供的在线连续颗粒物浓度监测仪光电信号转换准确，能过滤掉失真信号，采用4-20mA电流来传输信号，电流对噪声并不敏感，避开相关噪声的影响，电路设计巧妙实用，测量数据准确可信。
【专利说明】一种在线连续颗粒物浓度监测仪
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在线连续颗粒物浓度监测仪，属于在线颗粒物浓度监测装备领 域。
【背景技术】
[0002] 颗粒污染的监测一直是解决难道较大的问题，随着工业生产及环境保护要求的提 高，对两相流中颗粒相的连续监测提出了更高的要求。目前由于两相流中颗粒相的连续监 测涉及到光电信号的转换，光电信号转换过程中容易出现干扰信号，或信号失真，导致测量 不准确。
【发明内容】
[0003] 本发明所解决的技术问题在于，提供一种在线连续颗粒物浓度监测仪，以解决上 述【背景技术】中提出的问题。
[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的：一种在线连续颗粒物浓度监测仪，包括：后 腔件，前腔件，连接过渡件，所述的后腔件又包括：激光器，激光器座、李氏孔、保护窗口、聚 光镜、电路安装盘，所述的前腔件包括，气嘴、校准具座，前腔件与连接过渡件通过法兰盘连 接，后腔件与前腔件固定连接，所述的后腔件还包括，电源管理电路板、数据处理电路板、激 光器驱动管理电路板、光电接收器、连接线、连接线接口；所述的电源管理电路板与数据处 理电路板、激光器驱动管理电路板、光电接收器连接，所述的激光器驱动管理电路板与激光 器连接，所述的数据处理电路板与光电接收器、连接线接口连接；所述的光电接收器包括光 电转换及信号预处理电路；所述的数据处理电路板包含锁相电路及噪声处理电路和4? 20mA信号传输电路；所述的光电转换及信号预处理电路中光信号通过光电二极管SD100， 经过I-V转换电路并进行初级放大，PWM信号通过C9隔直电容进入由U4组成的运算放大 电路；所述的锁相电路及噪声处理电路通过锁相电路，将有用信号与噪声信号进行分离， 通过单片机I/O输出与PWM相同的等脉宽的同步信号Sync，当输入信号为正时，Sync控 制74hc4052的B将信号通过13脚输入到U3的正相输入端，当输入信号为负时，Sync控制 74hc4052的B将信号通过3脚输入到U3的负相输入端。
[0005] 进一步的，所述的激光器驱动管理电路板包括激光驱动电路，激光光源驱动由两 部分组成，一部分为TEC控制，另一部分为驱动电流控制，从单片机的I/O输出PWM50%的方 波，通过打开IC-WJB的输出，使激光输出光信号为方波。
[0006] 进一步的，所述的4~20mA电路设计通过C8051F021的DAC1输出口，经过运算放大 器由LM358搭建而成的V/I转换电路，将DAC输出的电压信号转换成4?20mA电流输出信 号。
[0007] 进一步的，所述的连接线接口共有七个端子，分别连接24VDAC电源正极、-20mA电 流输出正极、24VDAC电源负极、RS485通讯A、4-20mA电流输出负极、备用24VDAC电源负 极、RS485通讯B。
[0008] 本发明的有益效果是： 1、本专利提供的在线连续颗粒物浓度监测仪光电信号转换准确，能过滤掉失真信号， 电路设计巧妙实用。
[0009] 2、采用4-20mA电流来传输信号，电流对噪声并不敏感，避开相关噪声的影响。解 决了在工业现场电压传输信号时传输线会受到噪声的干扰；传输线的分布电阻会产生电压 降等问题。
[0010] 3、激光器驱动管理电路板保证了光源光功率输出恒定在一定的范围内。
[0011] 4、电源管理电路板可为4?20mA电流输出、激光管等单元电路提供稳定可靠电 源。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1是本发明提供的一个实施例的结构示意图 图2是本发明提供的工作原理示意图 图3是本发明提供的连接线接口示意图 图4是本发明提供的激光驱动电路示意图 图5是本发明提供的光电转换及信号预处理电路示意图 图6是本发明提供的锁相电路及噪声处理电路示意图 图7是本发明提供的4?20mA信号传输电路示意图。
[0013] 图中：1.后腔件，2.前腔件，3.连接过渡件，101.电源管理电路板，102.数据 处理电路板，103.激光器驱动管理电路板，104.连接线，105.激光器座，106.激光器， 107.李氏孔，108.保护窗口，109.聚光镜，110.连接线接口，111.光电接收器，112.电路 安装盘，201.校准具座，202.气嘴，1101. 24VDAC电源正极，1102. 4_20mA电流输出正 极，1103. 24VDAC电源负极，1104. RS485通讯A，1105. 4-20mA电流输出负极；1106.备用 24VDAC电源负极，1106. RS485通讯B，1031.单片机输出PWM波，1032.驱动电流控制，1033. 自动功率控制器IC-WJB，1034.激光器接口，1035.激光器输出波形，11101.光电接收器接 口，11102.光电接收器接收到的波形，11103. I-V转换并初级放大电路，11104.放大后波 形，11105.隔直阻交电容C9,11106.运算放大器，11107.最终波形带噪声，11108.单片机百 分之五十PWM波，11109.锁相器，11110.偏置放大电路，11111.低通滤波器，11112.最终正 值信号，1021.单片机，1022. V-I转换电路。
[0014]
【具体实施方式】： 下面结合附图，对本发明的具体方式进行详细描述。
[0015] 如图1所示，一种在线连续颗粒物浓度监测仪： 所述的光电接收器包括如图5所示的光电转换及信号预处理电路；所述的数据处理电 路板包含如图6所不的锁相电路及噪声处理电路和如图7所不的4?20mA信号传输电路。
[0016] 包括：后腔件1，前腔件2,连接过渡件3,所述的后腔件又包括：激光器106,激光 器座105、李氏孔107、保护窗口 108、聚光镜109、电路安装盘112,所述的前腔件包括，气嘴 202、校准具座201，前腔件2与连接过渡件3通过法兰盘连接，前腔件2与后腔件1固定连 接，所述的后腔件还包括，电源管理电路板101、数据处理电路板102、激光器驱动管理电路 板103、光电接收器111、连接线104 ;电源管理电路板101、数据处理电路板102和激光器 驱动管理电路板103固定在电路安装盘112上，所述的电源管理电路板101与数据处理电 路板102、激光器驱动管理电路板103、光电接收器111连接，所述的激光器驱动管理电路板 103与激光器连接106,所述的数据处理电路板102与光电接收器111、连接线接口 110连接 线连接。
[0017] 所述的连接线接口 110共有七个端子，如图3所示，分别连接24VDAC电源正极、 4-20mA电流输出正极、24VDAC电源负极、RS485通讯A、4-20mA电流输出负极、备用24VDAC 电源负极、RS485通讯B。
[0018] 所述的激光器驱动管理电路板103包括激光驱动电路如图4所示，激光光源驱动 由两部分组成，一部分为TEC控制，另一部分为驱动电流控制1032,从单片机的I/O输出 PWM50%的方波1031，通过打开自动功率控制器IC-WJB 1033的输出，使激光输出光信号为 方波1035。IC-WJB通过自动功率控制APC----autoamtic power control保证了光源光 功率输出恒定在一定的范围内。
[0019] 在所述的光电接收器111包括光电转换及信号预处理电路，如图5所示，所述的光 电转换及信号预处理电路中光信号通过光电接收器接口 11101光电二极管SD100,光电接 收器接收到的波形如1102所示，经过I-V转换电路11103并进行初级放大，PWM信号通过 C9隔直电容11105进入由U4组成的运算放大电路11106,此时波形变换成电路中所示的 第三种波形11107,这是因为信号在传输过程中叠加了部分运放、电容及电阻产生的噪声信 号，要消除这个噪声需要在后级信号传输中加以消除。
[0020] 所述的锁相电路及噪声处理电路通过锁相电路如图6所示，将波形11107、单片 机百分之五十PWM波11108的有用信号与噪声信号进行分离，通过锁相器11109,锁相器 11109中，单片机I/O输出与PWM相同的等脉宽的同步信号Sync，当输入信号为正时，Sync 控制74hc4052的B将信号通过13脚输入到U3的正相输入端，当输入信号为负时，Sync控 制74hc4052的B将信号通过3脚输入到U3的负相输入端，再通过偏置放大电路11110以 及U2, C10, R9, Cl，R3组成二阶巴特沃斯低通滤波器11111，这样保证了信号的最终输出为 正值，如波形11112,满足了主控芯片A/D转换的需求。实现了信号噪声的有效滤除。
[0021] 所述的数据处理电路板102包含锁相电路及噪声处理电路和4?20mA信号传 输电路，所述的4~20mA电路如图7所示，包括单片机1021，V-I转换电路1022,设计通过 C8051R)21的DAC1输出口，经过运算放大器由LM358搭建而成的V/I转换电路1022,将DAC 输出的电压信号转换成4?20mA电流输出信号。
[0022] 在线连续颗粒物浓度监测仪工作时，电源管理电路板101、数据处理电路板102、 激光器驱动管理电路板103、光电接收器111、激光器106,连接线接口 110工作原理关系如 图1、2所示。激光器106发出的激光经过李氏孔107进入烟道，测量烟道内颗粒物浓度，激 光经颗粒物漫反射后，漫反射的光经过保护窗口 108、聚光镜109进入光电接收器111，光电 信号转换后，进入数据处理电路板102,数据处理后经连接线接口 110传输至上位机，显示 测量值。测量过程中光电转换及信号预处理电路以及锁相电路及噪声处理电路光电信号转 换准确，能过滤掉失真信号。采用4-20mA电流来传输信号，电流对噪声并不敏感，避开相关 噪声的影响。解决了在工业现场电压传输信号时由于传输的信号是电压信号，传输线会受 到噪声的干扰；传输线的分布电阻会产生电压降等问题。激光器驱动管理电路板103保证 了光源光功率输出恒定在一定的范围内。电源管理电路板101可为4?20mA电流输出、 激光管等单元电路提供稳定可靠电源。
[0023] 本发明提供的产品电路设计实用合理，测量数据准确可信。
[0024] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明，本发明所属技术领 域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种各样的修改或补充或采用类似的方法替 代，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书定义的范围。
【权利要求】
1. 一种在线连续颗粒物浓度监测仪，包括：后腔件，前腔件，连接过渡件，所述的后腔 件又包括：激光器，激光器座、李氏孔、保护窗口、聚光镜、电路安装盘，所述的前腔件包括， 气嘴、校准具座，前腔件与连接过渡件通过法兰盘连接，后腔件与前腔件固定连接，其特征 在于：所述的后腔件还包括，电源管理电路板、数据处理电路板、激光器驱动管理电路板、光 电接收器、连接线、连接线接口；所述的电源管理电路板与数据处理电路板、激光器驱动管 理电路板、光电接收器连接，所述的激光器驱动管理电路板与激光器连接，所述的数据处理 电路板与光电接收器、连接线接口连接；所述的光电接收器包括光电转换及信号预处理电 路；所述的数据处理电路板包含锁相电路及噪声处理电路和4?20mA信号传输电路；所述 的光电转换及信号预处理电路中光信号通过光电二极管SD100,经过I-V转换电路并进行 初级放大，PWM信号通过C9隔直电容进入由U4组成的运算放大电路；所述的锁相电路及噪 声处理电路通过锁相电路，将有用信号与噪声信号进行分离，通过单片机I/O输出与PWM相 同的等脉宽的同步信号Sync，当输入信号为正时，Sync控制74hc4052的B将信号通过13 脚输入到U3的正相输入端，当输入信号为负时，Sync控制74hc4052的B将信号通过3脚 输入到U3的负相输入端。
2. 根据权利要求1所述的一种在线连续颗粒物浓度监测仪，其特征在于，所述的激光 器驱动管理电路板包括激光驱动电路，激光光源驱动由两部分组成，一部分为TEC控制，另 一部分为驱动电流控制，从单片机的I/O输出PWM50%的方波，通过打开IC-WJB的输出，使 激光输出光信号为方波。
3. 根据权利要求1所述的一种在线连续颗粒物浓度监测仪，其特征在于，所述的 4~20mA电路设计通过C8051F021的DAC1输出口，经过运算放大器由LM358搭建而成的V/I 转换电路，将DAC输出的电压信号转换成4?20mA电流输出信号。
4. 根据权利要求1、2、3所述的一种在线连续颗粒物浓度监测仪，其特征在于，所述的 连接线接口共有七个端子，分别连接24VDAC电源正极、-20mA电流输出正极、24VDAC电源 负极、RS485通讯A、4-20mA电流输出负极、备用24VDAC电源负极、RS485通讯B。
【文档编号】G01N15/06GK104089860SQ201410239404
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月3日 优先权日:2014年6月3日
【发明者】白惠峰, 闫兴钰, 白慧宾, 郭永亮, 王红梅, 丁相午 申请人:中绿环保科技股份有限公司