一种颗粒物监测仪的制作方法

本发明属于环境监测领域，尤其涉及一种颗粒物监测仪。

背景技术：

随着环保法律法规日趋严格，以及除尘技术的进步与发展，有组织污染源颗粒物的排放浓度越来越低。有许多新上线的燃煤锅炉，颗粒排放浓度的平均浓度甚至低于3mg/m³，而且具有高温高湿的特点。这对仪器的检测限、灵敏度、重复性、杂散光的抑制等，提出了更高的要求。

由于设备排放的烟气具有高温高湿的特点，容易在镜片上形成水雾，并吸附灰尘。镜片上附着灰尘、水雾时，会降低镜片的透过率，影响仪器正常工作。目前的仪器仅对烟气颗粒物进行测量，而没有对光学系统定期进行污染程度测试的功能，尤其是处在颗粒物测量室中的光学元件的受污染程度进行评估的功能。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种颗粒物监测仪，设有光路污染程度自诊断功能，实现对光路污染值的测量。

本发明提供一种颗粒物监测仪，包括：光源模块，所述光源模块产生光线；分光模块，将所述光源模块射出的光线分为校准光线和测量光线；挡光机构，遮挡校准光线或测量光线；散射结构，所述分光模块射出的光线依次通过所述散射结构的窗口片、第一光阑和第二光阑；收光模块，接收所述散射结构射出的光线；探测器，确定所述收光模块接收的光线能量。

作为本发明可选的方案，所述颗粒物监测仪还包括外壳，所述外壳为空腔结构，所述光源模块、分光模块、挡光机构位于所述外壳的空腔内，所述散射结构固定在所述外壳上，所述收光模块连接所述散射结构。

作为本发明可选的方案，所述散射结构包括探杆，所述探杆为管状，由所述探杆的一端至另一端依次设置安装有窗口片的窗口片安装座、安装有第一光阑的第一光阑安装座、安装有第二光阑的第二光阑安装座和收光模块安装座，所述收光模块安装座上设有通光孔，所述收光模块连接所述收光模块安装座，所述收光模块安装座的通光孔与所述收光模块的进光孔相对。

作为本发明可选的方案，所述颗粒物监测仪还包括光阱罩，所述光阱罩包括罩体和光阱模块，所述光阱模块位于所述罩体的内侧壁上；所述罩体与所述收光模块安装座形成封闭的腔体，所述收光模块位于所述腔体内；所述光阱模块吸收测量光线中未被散射的光线。

作为本发明可选的方案，所述光阱模块包括端部倾斜的凸球面件和带有内螺纹的阱筒，所述凸球面件位于所述阱筒内。

作为本发明可选的方案，所述凸球面件和阱筒均进行发黑处理。

作为本发明可选的方案，所述颗粒物监测仪还包括法兰，所述法兰为筒状，固定在所述外壳的底部；所述散射结构穿过所述法兰，所述第二光阑安装座的外壁与所述法兰的内壁相配合；所述法兰的侧壁上设有进气口。

作为本发明可选的方案，所述散射结构的探杆上设有进气口，所述探杆的进气口与所述法兰的进气口连通。

作为本发明可选的方案，所述法兰的侧壁上设有观察口。

作为本发明可选的方案，所述探测器位于所述外壳的空腔内。

本发明的颗粒物监测仪将光源模块射出的光线分为校准光线和测量光线，通过校准光线检测光路的受污染程度，测量光线照射颗粒物发生散射，收光模块接收测量光线的散射光，可用于颗粒物浓度的计算。

附图说明

图1是本发明颗粒物监测仪的原理图。

图2是本发明颗粒物监测仪的结构示意图。

图3是本发明光源模块的示意图。

图4是本发明分光模块的示意图。

图5是本发明挡光机构的示意图。

图6是本发明散射结构的示意图。

图7是本发明收光模块的示意图。

图8是本发明光阱罩的示意图。

图9是本发明法兰的示意图。

图10是本发明吹扫气气路示意图。

图11是本发明样气口示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶端”、“底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1和2所示，本发明实施例的颗粒物监测仪将光源产生的光线分为校准光线和测量光线。进行自检或校准时，测量光线被遮挡，只有校准光线射出，根据探测器接收到的校准光线的能量，可衡量光路的透射率或仪器的线性。进行样气的测量时，校准光线被遮挡，只有测量光线射出，测量光线照射样气中的颗粒物发生散射，探测器确定散射光的能量。散射光的能量与校准光线的能量比值与颗粒物的浓度正相关。

颗粒物监测仪包括：光源模块100、分光模块200、挡光机构300、散射结构400、收光模块500和探测器600。

如图3所示，光源模块100用于产生平行光线。光源模块100包括激光板101，激光板101为光源模块的电路板。激光二极管102通过底座103安装在激光板101上，激光二极管102通电后发出光线。准直镜104通过安装筒105设置在激光二极管102的下方，激光二极管102发出的光线通过准直镜104后形成平行光束射出。

如图4所示，分光模块200包括分光棱镜安装板201，分光棱镜安装板201可选用不锈钢材质，便于安装固定。分光棱镜202安装在分光棱镜安装板201上。光源模块100射出的光线照射在分光棱镜202上分为两束平行的光线，一束作为校准光线，另一束作为测量光线。

分光棱镜安装板201上设有多个螺柱203，螺柱203上套设有弹性件(图中未示出，如弹簧)。螺母204安装在螺柱203上。可选地，激光板101套在螺柱203上，弹性件对激光板101起到支撑作用，螺母204压在激光板101上。调整螺母204可调节光源模块100射出光线的角度。

如图5所示，挡光机构300固定在分光棱镜安装板201上。挡光机构300包括电磁铁301，电磁铁301的铁芯作为摆臂302，摆臂302上安装有挡光板303。电磁铁301的下方设有永磁铁(图中未示出)，电磁铁301不通电时，永磁铁吸引摆臂302摆动至下方，电磁铁301通电后，摆臂302的磁性与永磁铁相同，同性磁极的斥力使得摆臂302摆动至上方。摆臂302的摆动带动挡光板303移动，挡光板303可遮挡校准光线或测量光线，使得仅有一束光线由分光模块200射出。

分光模块200射出的光线照射在散射结构400上，散射结构400上设有窗口片、第一光阑和第二光阑，分光模块200射出的光线一次通过窗口片、第一光阑和第二光阑后射出散射结构400。

如图6所示，本实施例的散射结构400包括探杆401，探杆401为散射结构400的主体，为管状结构，内部为贯通的孔。探杆401的顶端设有固定板402，用于散射结构400的固定。固定板402上设有窗口片安装座403，窗口片407安装在窗口片安装座403上。窗口片安装座403与探杆401平行设置。窗口片407可对光源模块100、分光模块200起到保护作用。窗口片安装座403的下方为第一光阑安装座404，第一光阑408安装在第一光阑安装座404上。第一光阑安装座404的下方为第二光阑安装座405，第二光阑409安装在第二光阑安装座405上。探杆401的底端为收光模块安装座406。收光模块安装座406上设有通光孔410，通光孔410与第二光阑409相对，第二光阑409射出的光线穿过通光孔410。第一光阑408和第二光阑409起到消除杂光的作用。

收光模块500安装在收光模块安装406上，散射结构400射出的光线由收光模块500接收。

如图7所示，本实施例的收光模块500包括镜座501，镜座501的顶端进光孔处设有平凸透镜502，收光模块500的进光孔与收光模块安装座的通光孔410相对，使得散射结构400射出的光线射入收光模块500。

镜座501的侧壁上通过反射镜压片503固定有反射镜504。校准光线穿过散射结构400后进入收光模块500，校准光线经过平凸透镜502和反射镜504后进入与收光模块500相连的光纤。

测量光线穿过散射结构400后，散射光线进入收光模块500，散射光线经过平凸透镜502后进入与收光模块500相连的光纤。

镜座501连接有转接板505，转接板505用于与收光模块安装座406固定。

探测器600通过光纤与收光模块500相连，探测器600确定收光模块500接收的光线能量。

本实施例的颗粒物监测仪进行校准时，测量光线被挡光机构300遮挡，分光模块200中只有校准光线射出。校准光线经过散射结构上的窗口片407、第一光阑408、第二光阑409、通光孔410、平凸透镜502、反射镜504，到达光纤端面，由光纤将光能导入探测器600。探测器600确定接收到的校准光线的能量为e1。

e1会因器件的老化、镜片的污染，而逐渐降低。取e1的初始值为e0，即颗粒物监测仪无污染、无老化时校准光线的能量为e0。通过透过率可以衡量光路的洁净程度：

当颗粒物监测仪的光学元件受污染程度超过一定的限值时，透过率降低至预设值(如低于0.7)，颗粒物监测仪可发出预警，提醒工作人员。本实施例的颗粒物监测仪具有光路污染自诊断功能。

颗粒物监测仪进行样气的检测时，校准光线被挡光机构300遮挡，分光模块200中只有测量光线射出。测量光线经过散射结构上的窗口片407、第一光阑408、第二光阑409后与样气中的颗粒物发生散射。散射光线经平凸透镜502，到达光纤端面，由光纤将光能导入探测器600。探测器600确定接收到的散射光线的能量为e2。

散射光线的能量为e2与校准光线的能量为e1的比值正相关于颗粒物的浓度，利用标准方法标定即可获得颗粒物浓度值。

因为校准光线的能量强度已经包含了光路污染的影响，所以本实施例颗粒物监测仪所得的颗粒物浓度消除了光路污染的影响。

可选地，如图2所示，颗粒物监测仪还包括外壳800，外壳800为空腔结构，材质可为铝材。光源模块100、分光模块200、挡光机构300均位于外壳800的空腔内。散射结构的固定板402通过固定板801固定在外壳800的空腔内，散射结构400的其它部分延伸出外壳800。

如图2及图8所示，颗粒物监测仪还包括光阱罩700。光阱罩700包括罩体701和光阱模块。罩体701与收光模块安装座406形成封闭的腔体，收光模块500位于腔体内。光阱模块位于罩体701的内侧壁上，光阱模块吸收测量光线中未被散射的光线，避免光线在罩体701的腔内散射，对仪器的性能造成干扰。罩体701对收光模块500和光阱模块起到保护作用。

光阱模块包括凸球面件702和阱筒703。阱筒703为筒状，凸球面件702位于阱筒703内。凸球面件702的端面为凸球面，凸球面可将光线反射到阱筒703上。光阱模块可将光线湮灭，避免未散射的光线对监测结果的影响。

可选地，凸球面件702和阱筒703均为铝制，进行发黑处理，有利于对光线的湮灭。

如图9所示，颗粒物监测仪还包括法兰900。法兰900固定在外壳800的底部。法兰900包括本体901，本体901为筒状，散射结构400穿过法兰900，第二光阑安装座405的外壁与法兰900的内壁相配合。本体901、第二光阑安装座405和散射结构的固定板402组成密闭的空间。

在法兰的侧壁上设有进气口902，进气口902通过接头903连接洁净空气(零气)的气源。洁净空气通入法兰900的腔体，对法兰内的光学器件进行吹扫，避免光学器件受到污染。

散射结构的探杆上设有进气口411，探杆的进气口411与法兰的进气口902连通，洁净空气可进入探杆401内，通过探杆401进入光阱罩700的腔体对收光模块500进行吹扫。

如图10所示吹扫气的气路，由进气口902进入后，一路吹扫气对窗口片407、第一光阑408、第二光阑409进行吹扫，由第二光阑409的出光孔流出。另一路经过探杆的进气口411进入光阱罩700的腔体，由收光模块安装座406上设有通光孔410流出。

如图9所示，法兰的侧壁上设有观察口904。观察口904的位置与窗口片407相对，通过观察口904可观察窗口片407上是否落有灰尘，并及时对窗口片407进行清洁。观察口904处安装有可拆卸的密封盖905，设置密封盖905有利于观察口904内的清洁。连接部906用于与外壳800的固定连接。

可选地，探测器600位于外壳800的空腔内，连接收光模块500和探测器600的光纤穿过探杆401。

如图11所示，样气口的位置在a处，测量时由样气口通入样气(被测气体)，校准时由样气口通入洁净气体。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。