粉尘检测装置及粉尘检测方法与流程

本发明涉及检测装置及方法技术领域，特别是涉及一种粉尘检测装置及粉尘检测方法。

背景技术：

随着我国国民经济的快速增长和城市化进程的加快，空气污染问题在我国近二十年内集中爆发。目前，我国空气污染逐步由传统的总悬浮颗粒物（TSP）及可吸入颗粒物（PM10)、SO₂污染转向以细颗粒物（PM2.5)和污染气体（O₃、SO₂、NO_x）等形成的复合型大气污染。特别是2011年末以来，多次大范围雾霾时间引起了国内外广泛关注，导致PM2.5的概念迅速被广泛接受，人们对粒径为PM2.5、PM10浮尘的监测越来越受重视，这些细颗粒物是漂浮在空气中的微粒，并成为当前我国大多数城市的首要污染物。

复杂严峻的大气污染形式，对监测设备提出了更高的要求。大气污染监测与其他监测不同，由于天气经常变化，因此对大气污染物的监测也需要满足即时性、可靠性和准确性的要求。这些都对现有监测设备提出了新的要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种粉尘检测装置及粉尘检测方法，其以丁达尔现象为依据，能够对空气中的粉尘浓度进行定量检测，适用于各种研究机构，气象，公共卫生，劳动卫生，大气污染研究等，能够广泛应用于疾病预防控制中心、矿山、冶金、电厂、化工制造、卫生监督、环境保护、环境在线监测等等。从而更加适于实用。

为了达到上述第一个目的，本发明提供的粉尘检测装置的技术方案如下：

本发明提供的粉尘检测装置包括光源、透镜组一、检测腔、透镜组二、光检测器、A/D转换器、放大电路、数据采集器、采集泵，

所述检测腔由透光材质制成；

所述采集泵用于引导待测气体沿所述检测腔的轴向流经所述检测腔；

所述光源用于发出沿所述检测腔径向的发射光束，

所述发射光束经过所述透镜组一后形成射向所述检测腔的入射光，

所述入射光经过所述检测腔后形成散射光，

所述散射光经过所述透镜组二后得到平行光，

所述光检测器用于检测所述平行光的光强信号，

所述A/D转换器用于将所述光强信号转换为数字信号，

所述放大器用于放大所述数字信号，

所述数据采集器用于显示所述数字信号的波形图，

根据所述波形图，能够定量分析得到所述待测气体中的粉尘浓度。

本发明提供的粉尘检测装置还可采用以下技术措施进一步实现。

作为优选，所述粉尘包括PM10、PM5、PM2.5、PM1中的若干种。

作为优选，所述检测腔呈圆筒状结构。

作为优选，所述光源为可见光或者不可见光。

作为优选，所述粉尘检测装置包括采样头、机箱主体、滤室盖、地脚、电机座、控制板、第一电磁阀、第二电磁阀、缓冲室、过滤室、检测腔、转接板、按键、第一行程开关、第二行程开关、显示屏、电主板、泵、电机、行程开关固定板、吸气底座、联轴器、限位板、激光前部、限位轴套、激光旋转轴、遮光片、第三电磁阀、第四电磁阀、A浓度发尘罐、B浓度发尘罐；

所述遮光片固定在检测腔分部内，限位轴套套在旋转轴上，组合好的限位轴套和激光旋转轴固定在激光前部上，限位板固定在激光旋转轴前部伸出一段的上并固定，组合好的激光前部部分固定在检测腔上，组成一套红外光模组；

所述电机固定在所述电机座上，第一行程开关、第二行程开关分别固定在行程开关固定板上，所述行程开关固定板固定在所述电机座上，组成一套带有电机、行程限位组件的控制部分；

所述组合好的红外光模组与组合好的电机控制部分通过所述联轴器连接后，容置于所述机箱主体内部；

所述A浓度发尘罐、B浓度发尘罐分别通过软管与红外光模组进气口连接，所述第三电磁阀、第四电磁阀通过固定板与机箱主体连接组成一套校准装置；通过第三、四电磁阀分别控制A、B发尘罐与红外光模组之间的气路通断，达到利用标准浓度粉尘校准所述粉尘检测装置的目的；

所述地脚设置于所述机箱主体的底部，用于承载所述机箱主体及其内容物；

所述采样头罩在进气口上，通过O型圈与进气口紧密连接，用于对进入装置中的含尘气体进行粒径的物理分割；

所述吸气底座底部固定在红外光模组的进气口上，顶部连接进气软管，用于联通进气管与红外光模组间的气路；

所述控制板用于控制第一行程开关、第二行程开关、电机、行程限位组件；

所述转接板用于连接固定红外光模组与电主板。

作为优选，所述限位板固定在激光前部伸出一段的旋转轴上用顶丝固定。

作为优选，所述粉尘检测装置还包括提手，所述提手固定连接于所述机箱主体。

为了达到上述第二个目的，本发明提供的粉尘检测方法的技术方案如下：

本发明提供的粉尘检测方法基于本发明提供的粉尘检测装置而实现，所述粉尘检测方法包括以下步骤：

测量时，第一电磁阀、第二电磁阀为初始状态，接通电源，仪器启动，外界气体通过电磁阀进入检测腔，通过红外光模组内，使需要测量的粉尘和粉尘的粒度分布通过激光的照射，从而得到不同粒径的粉尘浓度，粉尘通过过滤室内部的滤膜被过滤，干净的气体通过过滤室的出气孔进入缓冲室内，从缓冲室的排气孔进入泵，通过泵的排气口进入到第一电磁阀的进气端处于常开状态时，第一电磁阀的出气端再连接外排气嘴使其排出。

本发明提供的粉尘检测方法还可采用以下技术措施进一步实现。

作为优选，校零值时，接通电源进入校零位置，电机正转带动旋转轴正转转动使限位板撞击第二行程开关，使第二行程开关本身触点接触达到限位的作用，从而达到内部机械结构定位需要停止的位置，第一电磁阀、第二电磁阀同时启动，使外界气体通过第二电磁阀无法进入测量腔内，同时泵的排气端进入第一电磁阀通过常闭变常开的状态与第二电磁阀连接形成一个回路同时达到使气体形成一个回路循环。

作为优选，校散值时，接通电源，进入校散位置，电机反转带动旋转轴反转转动使限位板撞击第一行程开关，使第一行程开关本身触点接触达到限位的作用，从而达到内部机械结构校散定位需要停止的位置，第一电磁阀、第二电磁阀同时恢复初始位置，使外界气体通过第二电磁阀无法进入检测腔内，同时，泵的排气端进入第一电磁阀，通过常闭变常开的状态与第二电磁阀连接形成一个回路，使气体形成一个回路循环。

作为优选，校准测量值时，接通电源，进入测量位置，第一电磁阀、第二电磁阀同时恢复初始位置，使外界气体无法进入检测腔内，同时，泵的排气端进入第一电磁阀，通过常闭变常开的状态与第二电磁阀连接形成一个回路，使检测设备内的气体形成一个回路循环；根据所需粉尘浓度，开启第三或第四电磁阀，使A浓度发尘罐或B浓度发尘罐内的含尘气体进入检测设备的回路循环中，通过对标准浓度粉尘进行测量来校准粉尘检测装置。

本发明提供的粉尘检测装置及粉尘检测方法以丁达尔现象为依据，能够对空气中的粉尘浓度进行定量检测，适用于各种研究机构，气象，公共卫生，劳动卫生，大气污染研究等，能够广泛应用于疾病预防控制中心、矿山、冶金、电厂、化工制造、卫生监督、环境保护、环境在线监测等等。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的粉尘检测装置的应用原理示意图；

图2为本发明实施例提供的粉尘检测装置装配总装图主视示意图;

图3为本发明实施例提供的粉尘检测装置装配总装图右视示意图;

图4为本发明实施例提供的粉尘检测装置装配总装图上视剖面示意图;

图5为本发明实施例提供的粉尘检测装置控制检测腔部位(机箱主体、地脚、电主板、控制板、泵未示出) 的上视示意图；

图6为本发明实施例提供的粉尘检测装置控制检测腔部位(机箱主体、地脚、电主板、控制板、泵未示出) 的左视示意图；

图7为本发明实施例提供的粉尘检测装置控制检测腔部位(机箱主体、地脚、电主板、控制板、泵未示出) 的右视示意图；

图8为本发明实施例提供的粉尘检测装置控制检测腔部位(不包括机箱主体、地脚、电主板、控制板、泵未示出)的剖面主视示意图;

图9为本发明实施例提供的粉尘检测装置的爆炸图。

图10为本发明实施例提供的粉尘检测装置装配总装图上视剖面示意图（含A/B浓度发尘罐及第三、四电磁阀）;

具体实施方式

本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种粉尘检测装置及粉尘检测方法，其以丁达尔现象为依据，能够对空气中的粉尘浓度进行定量检测，适用于各种研究机构，气象，公共卫生，劳动卫生，大气污染研究等，能够广泛应用于疾病预防控制中心、矿山、冶金、电厂、化工制造、卫生监督、环境保护、环境在线监测等等。从而更加适于实用。

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的粉尘检测装置及粉尘检测方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。

实施例

参见附图1，本发明提供的粉尘检测装置包括光源101（机械结构参见图8中的36）、透镜组一102（机械结构参见图8中的33）、检测腔103（机械结构参见图8中的37）、透镜组二104（机械结构参见图8中的35）、光检测器105（机械结构参见图8中的17）、A/D转换器（图中未示出）、放大电路106（机械结构参见图4中的22）、数据采集器107（机械结构参见图4中的22）、采集泵（机械结构参见图4中的23），检测腔103由透光材质制成；采集泵（机械结构参见图4中的23）用于引导待测气体112沿检测腔103的轴向流经检测腔103，从检测腔103流出的气体标号为114；光源101用于发出沿检测腔103径向的发射光束108，发射光束108经过透镜组一102后形成射向检测腔103的入射光109，入射光109经过检测腔103后形成散射光110，散射光110经过透镜组二104后得到平行光111，散射光110中心光束并没有经过透镜组二104再发射出来，因为透镜组二104中心位置放有阻光介质115，透射光110的中心光束被阻光介质115所阻挡,使得经过透镜组二104的光束只有散射光110两侧的平行光束,光检测器105用于检测平行光111的光强信号， A/D转换器（图中未示出）用于将光强信号转换为数字信号，放大器106用于放大数字信号，数据采集器107用于显示数字信号的波形图，根据波形图，能够定量分析得到待测气体中的粉尘113浓度。其中，透镜组一102和透镜组二104均为非球面镜，在这种情况下，发射光束108经过透镜组一102后趋于平行光，根据光沿直线传播的特性，经过检测腔113后，产生散射光110，为了避免到达光检测器105的散射光110的光强损失，需要将散射光110转换为平行光111，然后再由光检测器105检测到。如若没有将散射光110转换为平行光111，为了保证散射光110的光强不损失，则需要延长光检测器105的长度，以使得散射光110能够全部被光检测器接收到。

其中，粉尘包括PM10、PM5、PM2.5、PM1中的若干种。

其中，检测腔呈圆筒状结构。

其中，光源为可见光或者不可见光。

参见附图2～10，本发明实施例提供的粉尘检测装置包括采样头1，机箱主体2，滤室盖6，地脚7，电机座11，控制板12，第一电磁阀13、第二电磁阀14，缓冲室15，过滤室16，检测腔17，转接板18，按键19，第一行程开关20、第二行程开关27，液晶显示屏21，电主板22，泵23，电机24，行程开关固定板25，吸气底座28，联轴器29，限位板30，激光前部31，限位轴套32，激光旋转轴33，遮光片34，A浓度发尘罐（图10中的40A）,B浓度发尘罐（图10中的40B），第三电磁阀（图10中的38），第四电磁阀（图10中的39）。

遮光片34固定在检测腔分部17内，限位轴套32套在旋转轴33上，组合好的轴套32和旋转轴33固定在激光前部31上，限位板30固定在激光前部伸出一段的旋转轴上，用顶丝固定，组合好的激光前部部分固定在检测腔分部17上，组成一套红外光模组。

电机24固定在电机座11上，第一行程开关20、第二行程开关27在分别固定在行程开关固定板25上，行程开关固定板25固定在电机座11上，组成一套带有电机24、行程限位的控制部分。

组合好的红外光模组与组合好的电机控制部分通过联轴器29连接。

A浓度发尘罐（图10中的40A）、B浓度发尘罐（图10中的40B）分别固定在机箱主体2外壳上，通过软管与红外光模组进气口连接，所述第三电磁阀（图10中的38）、第四电磁阀（图10中的39）通过固定板与机箱主体连接组成一套校准装置。通过第三、四电磁阀分别控制A、B发尘罐与红外光模组之间的气路通断，达到利用标准浓度粉尘校准所述粉尘检测装置的目的。

参见附图4、附图7和附图8，本粉尘检测装置的工作原理如下：

电机24是带有正转和反转的电机，第二行程开关27是控制电机24正转的行程开关，行程开关20是控制电机24反转的行程开关，第一电磁阀13、第二电磁阀14有常开和常闭两种状态，装置接通电源利用控制板12控制电机24的启动，通过联轴器29带动组合好的红外光模组的激光旋转轴33旋转，使其在红外光模组内遮光片34的扇形范围内活动，达到测量、校准的目的。

1、测量时，第一电磁阀13、第二电磁阀14为初始状态（常开为常开、常闭为常闭），接通电源，使本发明提供的粉尘检测装置启动，外界气体通过第二电磁阀14进入检测腔，通过红外光模组内，使需要测量的粉尘和粉尘的粒度分布通过激光的照射，从而得到不同粒径的粉尘浓度，粉尘通过过滤室16内部的滤膜使其过滤，干净的气体通过过滤室16的出气孔进入缓冲室15内，从缓冲室15的排气孔进入泵23，泵23的排气口进入到第一电磁阀13的进气端（常开状态时），第一电磁阀13的出气端在连接外排气嘴使其排出。

2、校零值时，接通电源，进入校零位置，电机24正转带动激光旋转轴33正转转动，使限位板30撞击第二行程开关27，使第二行程开关27本身触点接触达到限位的作用，从而实现内部机械结构定位需要停止的位置，第一电磁阀13、第二电磁阀14同时启动（常开变常闭、常闭变常开），使外界气体通过第二电磁阀14（常开变常闭、常闭变常开）无法进入检测腔17内，同时，泵23的排气端进入第一电磁阀13（常开变常闭、常闭变常开），通过常闭变常开的状态与第二电磁阀14连接形成一个回路，使气体形成一个回路循环。

3、校散值时，接通电源，进入校散位置，电机24反转带动激光旋转轴33反转转动，使限位板30撞击第一行程开关20，将第一行程开关的触板下压到校散位置，从而满足机械校散时需要的位置条件，第一电磁阀13、第二电磁阀14同时启动（恢复初始位置），使外界气体通过第二电磁阀14（常开变常闭、常闭变常开）无法进入检测腔17内，同时，泵23的排气端进入第一电磁阀13（常开变常闭、常闭变常开），通过常闭变常开的状态与第二电磁阀14连接形成一个回路，使气体形成一个回路循环。

4、校准测量值时，接通电源，进入测量位置，第一电磁阀、第二电磁阀同时恢复初始位置，使外界气体无法进入检测腔内，同时，泵的排气端进入第一电磁阀，通过常闭变常开的状态与第二电磁阀连接形成一个回路，使检测设备内的气体形成一个回路循环。根据所需粉尘浓度，开启第三或第四电磁阀，使A浓度发尘罐或B浓度发尘罐内的含尘气体进入检测设备的回路循环中，通过对标准浓度粉尘进行测量来校准粉尘检测装置。

其中，通过上述2、3、4的校准，能够使得应用本发明提供的粉尘检测装置进行粉尘检测时得到的测量结果更加接近真实值。

为了使本发明便于携带，本发明还可以设计成带有提手的。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。