硬连接激光型光学密度测量装置及包含该装置的测量系统的制作方法

本实用新型涉及气体检测装置领域，具体涉及一种硬连接激光型光学密度测量装置及包含该装置的测量系统。

背景技术：

火灾烟气、含尘气体、含雾气体中含有大量固体或液体颗粒，这些颗粒对光线有散射和吸收作用，使得光线只有部分能够通过气体，即这些气体具有遮光性。气体的遮光性常用减光系数Kc或单位长度光学密度D0来衡量，Kc在数值上是D0的2.303倍。假设入光线强度为I0，穿过气体层后光线强度变为I，气体层的厚度为L，则单位长度光学密度D0的计算公式为：D0＝(1/L)*lg(I0/I)。

研究表明，光学密度与气体中颗粒质量浓度或摩尔浓度成比例关系，亦与能见度成比例关系，相对于颗粒质量浓度、摩尔浓度、能见度这些参数，光学密度易测量、易定量，是火灾烟气、含尘气体、含雾气体研究中的重要参数。

现有技术中用于火灾烟气、含尘气体、含雾气体的光学密度测量装置极少，仅有的也是采用普通日光灯、或白炽灯等作为光源，光线强度波动大，容易受到干扰，测量误差大。现有的激光型光学密度测量装置多应用在小尺寸管道中，如锥形量热仪的排烟管道中，很少应用在大尺寸、大空间气体环境光学密度测量中，而在火灾研究、气体降尘等研究中，迫切需要将激光型光学密度测量装置应于较大尺寸的实验台或者开放空间中。

实际研究中发现，若将现有激光型光学密度测量装置应用在大尺寸、大空间气体环境光学密度测量中，由于装置的发射端与接收端为分离式，若地面或平台稍有震动，会导致发射端与接收端对中困难，光学强度极易出现较大波动；且实际环境中，发射端和接收端的元件极容易受到颗粒污染。因此，将激光型的光学密度测量装置应用于较大尺寸的实验台，或者开放空间中的测量，必须解决激光器发射接收的对中问题，以及激光器接收端、发射端的污染问题。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有测量装置测量误差大，发射端与接收端对中困难以及发射端、接收端元件极容易受到颗粒污染等问题，提供一套硬连接激光型光学密度测量装置及包含该装置的测量系统。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：

一种硬连接激光型光学密度测量装置，包括激光接收端、激光发射端和硬连接管；所述激光接收端、激光发射端分别固定设置在硬连接管的两端，所述硬连接管上设有至少一个过烟孔；所述激光接收端包括光强度采集集成电路板、定位螺栓、接收端底座和接收端石英玻璃片；所述接收端底座一端设置有凹槽，所述凹槽底端设有与硬连接管连通的接收端清洁气体通道，所述接收端石英玻璃片设置在凹槽底端；所述光强度采集集成电路板设置在凹槽顶端，并通过设置在接收端底座上的定位螺栓固定；所述接收端底座上设置有与接收端清洁气体通道连通的清洁气体吹扫通道；所述激光发射端包括发射端底座、激光发射器、定位螺栓和发射端石英玻璃片；所述发射端底座一端设置有凹槽，凹槽底端设有与硬连接管连通的发射端清洁气体通道，所述发射端石英玻璃片设置在凹槽底端，所述激光发射器设置在凹槽顶端，并通过设置在发射端底座上的定位螺栓固定；所述发射端底座设有与发射端清洁气体通道连通的清洁气体吹扫通道。

进一步地，所述硬连接管的过烟孔开孔面积占硬连接管总面积的50％以上，能够保证烟气从硬连接管中顺利流通，不会形成局部的回流。

进一步地，所述硬连接管与接收端底座、发射端底座通过螺纹连接。

进一步地，所述硬连接管为可伸缩管。

进一步地，所述发射端清洁气体通道的直径为3mm，接收端清洁气体通道直径为2mm。

进一步地，所述清洁气体吹扫通道中的流速≥2m/s且≤5m/s。为了保证接收端和发射端石英玻璃表面清洁，清洁空气吹扫通道中的流速不应小于2m/s，为了减少吹扫气体对被测气体的影响，清洁空气吹扫通道中的流速不应大于5m/s。

进一步地，所述定位螺栓采用聚四氟乙烯制成，所述硬连接管采用不锈钢管制成。为了减少对光强度采集集成电路板、激光发射器的损坏，定位螺栓选择的材质为聚四氟乙烯塑料材质。

进一步地，所述激光发射器发射出的光斑尺寸大于2mm且小于3mm。

一种光学密度测量系统，包含上述硬连接激光型光学密度测量装置，还包括电源、通讯无线发射装置、通讯无线接收装置、接收终端和气源，所述电源为系统装置供电；所述通讯无线发射装置与光强度采集集成电路板连接，通讯无线发射装置将信息传递给通讯无线接收装置，通讯无线接收装置与接收终端通讯；所述气源与清洁气体吹扫通道连通。

进一步地，所述气源和清洁气体吹扫通道之间设置有流量计量装置，所述流量计量装置为转子流量计或质量流量计。

本实用新型的优点为：

1.本实用新型采用硬连接管将激光发射端和激光接收端固定连接在一起，有效解决发射端与接收端对中困难，光学强度极易出现较大波动的问题。

2.本实用新型采用石英玻璃将激光发射装置和接收装置与被测量气体分隔，并采用清洁空气吹扫的办法防止烟尘附着在接收端和发射端石英玻璃表面，有效的解决了发射端和接收端的元件极容易受到颗粒污染的问题。

3.本实用新型合理选择激光光斑尺寸，合理设置接收端和发射端激光通道直径，减少吹扫气体对被测气体的影响，保证了测量数据的稳定性和可靠性，使得测量误差很小。

4.本实用新型硬连接管的开孔面积占硬连接管总面积的50％以上，能够保证烟气从硬连接管中顺利流通，不会形成局部的回流。

5.本实用新型硬连接激光型光学密度测量装置，是火灾研究、气体降尘等研究中迫切需要的测量装置，能够有效提高实验测量数据的准确性。

附图说明

图1是本实用新型实施例测量系统图；

图2是本实用新型实施例测量装置中激光接收端的局部放大图；

图3是本实用新型实施例测量装置中激光发射端的局部放大图；

图4是本实用新型实施例测量装置中硬连接管结构图。

附图标记：1-电源，2-通讯无线发射装置，3-光强度采集集成电路板，4-定位螺栓，5-接收端石英玻璃片，6-接收端底座，7-硬连接管，8-发射端底座，9-激光发射器，10-发射端石英玻璃片，11-清洁气体吹扫通道，12-接收终端，13-通讯无线接收装置，14-气源，15-流量计量装置，16-接收端清洁气体通道，17-发射端清洁气体通道。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1至图4所示的一种硬连接激光型光学密度测量装置，包括激光接收端、激光发射端和硬连接管7；激光接收端、激光发射端分别通过螺纹固定设置在硬连接管7的两端，硬连接管7上设有多个过烟孔，过烟孔的开孔面积占硬连接管总面积的50％以上。

激光接收端包括光强度采集集成电路板3、定位螺栓4、接收端底座6和接收端石英玻璃片5；接收端底座6一端设置有凹槽，凹槽底端设有与硬连接管7连通的接收端清洁气体通道16，接收端石英玻璃片5设置在凹槽底端；光强度采集集成电路板3设置在凹槽顶端，并通过设置在接收端底座6上的定位螺栓4固定；接收端底座6上设置有与接收端清洁气体通道16连通的清洁气体吹扫通道11。

激光发射端包括发射端底座8、激光发射器9、定位螺栓4和发射端石英玻璃片10；发射端底座8一端设置有凹槽，凹槽底端设有与硬连接管7连通的发射端清洁气体通道17，发射端石英玻璃片10设置在凹槽底端，激光发射器9设置在凹槽顶端，并通过设置在发射端底座8上的定位螺栓4固定，发射端底座8设有与发射端清洁气体通道17的清洁气体吹扫通道11。

本实用新型采用硬连接管将激光的发射装置和接收装置连接在一起，硬连接管的材质为不锈钢，硬连接管的开孔面积占总面积的50％以上，这样能够保证烟气从硬连接管中顺利流通，不会形成局部的回流；硬连接管可以采用固定长度式，也可以采用可伸缩式。硬连接管为测试段，实际实验中被测量区域位于激光接收端底座6和发射端底座8之间。

激光发射器9发射出的光斑尺寸应大于2mm，小于3mm，发射端清洁气体通道17的直径为3mm，接收端清洁气体通道16直径为2mm，为了保证接收端和发射端石英玻璃表面清洁，清洁空气吹扫通道中的流速不应小于2m/s，为了减少吹扫气体对被测气体的影响，清洁空气吹扫通道中的流速不应大于5m/s。为了减少对光强度采集集成电路板3、激光发射器9的损坏，定位螺栓4选择的材质为聚四氟乙烯塑料材质。

如图1所示的一种光学密度测量系统，包含上述硬连接激光型光学密度测量装置，还包括电源1、通讯无线发射装置2、通讯无线接收装置13、接收终端12、气源14和流量计量装置15，电源1为系统装置供电；通讯无线发射装置2与光强度采集集成电路板3连接，通讯无线发射装置2将信息传递给通讯无线接收装置13，通讯无线接收装置13与接收终端12通讯；气源14通过流量计量装置15与清洁气体吹扫通道11连通。本系统通过485无线传输的方式，将数据传送给电脑、单片机等终端，实时记录烟气光学强度的变化，并通过内置软件的计算，给出被测气体的光学密度。

光强度采集集成电路板3的通信方式是标准485通信，波特率有9600bps，115200bps多种，其工作原理是：单片机读取光照度传感器，经过计算，得到实际光照度，通过485芯片传输数据。通过485通讯无线发射装置和485通讯无线接收装置，将数据传送给电脑、单片机等终端，实时记录烟气光学强度的变化。激光发射器9、光强度采集集成电路板3、485通讯无线发射装置均由12V电源供电，该电源为12V锂电池，也可以是其它外接电源。清洁气体气源可以是压缩气体气瓶，也可以是气泵，向系统提供清洁气体。为了更方便的控制进入清洁空气吹扫通道中的气体量，在清洁气体输送管线上设置流量计量装置，流量计量装置可以是转子流量计，也可以是质量流量计。

本实用新型中电脑、单片机等终端收集的信息包括清洁气体标定的初始光强度I0、实际测量中每△t(△t可调，范围0.1～10s)时间间隔的光强度I、测量日期、时间、气体层厚度、颗粒种类等，在软件内置数据库，通过软计算，给出被测气体的光学密度。

工作过程：在每次测量之前，先将硬连接激光型光学密度测量装置整体放置于清洁环境中，通过调整发射端底座8上的定位螺栓4，使激光发射器9发射出的光斑充满接收端洁净气体通道16，通过调整接收端底座6上的定位螺栓4，使得光强度采集集成电路板3接收到的光强度最大，将定位螺栓4固定牢固，在电脑、单片机等接收终端中设置清洁气体的初始光强度、气体层厚度、测量日期时间等数据。

然后将硬连接管放置于被测气体中，应立即向清洁气体吹扫通道中通入清洁空气，通过清洁气体输送管线上设置流量计量装置，确保清洁气体吹扫通道中的流速不小于2m/s，不大于5m/s，给激光发射器9、光强度采集集成电路板3等通电，电脑、单片机等终端收集每△t(△t可调，范围0.1～10s)时间间隔的光强度I、测量日期、时间等，通过软计算给出被测气体每一时刻的光学密度。