一种带自净化系统的颗粒物质量浓度检测仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于环保检测技术领域，具体设及一种颗粒物质量浓度检测仪。
【背景技术】
[0002] 粉尘质量浓度是指单位体积中微小颗粒物的质量，通常用mg/m3或ug/m 3表示。粉 尘质量浓度的测量方法分为取样分析法和感应直测法。取样分析法主要包括；滤膜称重法； 感应直测法主要包括；0射线法、振荡天平法、压电晶体检测费W及光散射法。
[0003] 滤膜称重法：
[0004] 滤膜称重法的基本原理是；利用固定流量的气累长时间抽取样本气体让其通过恒 重的滤膜，滤膜能够过滤超过95%的固定粒径的粉尘颗粒，则样本气体中大部分大于固定 粒径的粉尘颗粒将被阻留在滤膜上，通过称量滤膜增加的质量就能计算出粉尘质量浓度。 滤膜称重法的优点在于它能够最直接的反映样本气体的粉尘质量浓度，而且所测的浓度值 也不受粉尘颗粒化学成分、粒径形状、分散程度、电气性能W及光学性质的影响，特别是对 测量高浓度粉尘颗粒物环境有着显著优势。主要的缺点是测量周期过长，无法提供实时连 续的数据，而且其测量的精确度受到所用天平的制约，同时样本气体的体积计量也存在一 定程度的误差。
[0005] 0射线吸收法：
[0006] 0射线实为原子发生0衰变时所释放的一种块状带电粒子集团，0粒子的穿透 能力较强。当0射线穿过样本时，其强度与厚度和粉尘质量有如下近似关系= (式中，I。为0射线的初始强度，I为穿透样本后0射线的强度，y m为质量吸收系数，单 位为cmVg;tm为质量厚度，单位为g/cm3。对于不同的物质，Um会随着原子序列的增加而 缓慢增加；对于同一种物质，Um也与0射线的强度有关。
[0007] 0射线吸收法测量粉尘浓度的原理是：通过横流气累抽入样本气体通过滤纸，探 测器实时记录0射线的强度，通过计算公式就可W换算出粉尘质量浓度。0射线法的优点 是能够连续测量、系统工作可靠、安装简便W及无需人员坚守等。但是由于0射线对于不 同物质表现的质量系数不同，W及相对较高的成本使得其应用范围受限。
[000引振荡天平法；
[0009] 振荡天平法是基于航天技术的锥形元件微量振荡天平原理而研制的，该锥形元件 是由一个橡胶、类玻璃物质制成的空屯、管，空屯、管底部连接着主基座，另一端支撑着滤膜和 电子反馈系统，引发并保持空屯、管振荡。被收集滤膜上的粉尘颗粒质量与锥形元件的振荡 频率存在着对应关系；Aw = 式中，Am为收集的粉尘颗粒物质量，fg为空屯、管 \Jb Ja ) 收集前的振荡频率，fb为收集后的振荡频率，K。为锥形空屯、管的弹性常数）。振荡天平中空 屯、管的振荡频率只取决与沉积在滤膜上粉尘颗粒物的质量，因此可W认为振荡天平法是一 种称重法，但是振荡天平法与传统的滤膜称重法又有本质的区别，最主要的区别表现在实 时监控性，而且振荡天平法精度很高，石英天平量程1(T5?lO^ig。缺点是其测量也存在着 一定程度的偏差，主要表现在；首先弹性常数K。的校准和粉尘粒径范围的影响，其次是粉尘 颗粒物在滤膜过载时会脱落，同时也可能阻塞滤膜，最后挥发性样本具有的挥发性对测量 结果亦有影响。
[0010] 压电晶体检测法：
[0011] 压电晶体检测法是基于粉尘粒子附着于压电材料（压电式石英晶体）从而改变压 电材料的振荡频率来测量粉尘浓度。测量原理是：当待测样本气体通过压电材料的过滤带 时，由于压电材料的吸附作用，使过滤带的质量发生变化，从而引起压电材料振荡频率的改 变，只要测得压电材料的振荡频率，就能通过计算公式得到样本气体的粉尘质量浓度。其主 要优点是；有较高的灵敏度和准确度；能够实时得到粉尘质量浓度。但在实际应用中突显 出两个问题；一是需要增加压电材料对粉尘颗粒的吸附力；二是要定期清理压电材料表面 上附着的粒子。
[001引光散射法：
[0013] 样本气体通过光敏区时，粉尘颗粒物被激光照射发生Mie散射，被散射光收集系 统收集，其中粉尘颗粒的散射光强度与其质量浓度呈线性关系。光散射法检测粉尘颗粒是 非接触式的，测量过程不会影响粉尘粒子的物化性质。光散射法测量的主要优点；快速换 算，实时监控。但对清洁度要求高，需要定期通过其它检测仪器进行参数标定。 【实用新型内容】
[0014] 针对上述现有技术的不足，本实用新型提供一种结构简单、自带净化系统的颗粒 物质量浓度检测仪。
[0015] 本实用新型技术方案如下：
[0016] 一种带自净化系统的颗粒物质量浓度检测仪，其特征在于：
[0017] 包括光电传感系统和信号采集处理系统，
[001引所述光电传感系统包括激光照明系统、采样气路、散射光收集系统，所述采样气路 按照气体路径包括进气口、光敏区、出气口，所述出气口连通抽气累，
[0019] 还包括自净系统，所述自净系统为吹气累通过肥PA管连通采样气路，
[0020] 所述散射光收集系统收集光敏区内的散射光并将光信号转换为电信号输送给信 号采集处理系统。
[0021] 所述采样气路在进气口之前优选的包括切割头。
[0022] 所述切割头优选的连通=通，所述=通的另外两端分别连通待检测气体和自净系 统的肥PA管。
[0023] 优选的所述信号采集处理系统包括信号放大电路、信号积分电路、AD采样电路和 微处理器，所述信号放大电路可集成于光电传感系统内部或位于独立的信号采集处理系统 中。
[0024] 所述激光照明系统优选的包括激光二极管和透镜组。
[0025] 所述激光照明系统的照明光路的入射口和出射口优选的包括光阔。
[0026] 所述激光照明系统的整个光学腔体优选的做发黑处理。
[0027] 所述采样气路中还可包括流量计、过滤滤膜，所述流量计位于吹气累的出口和抽 气累的入口，所述过滤滤膜位于切割头之前。
[002引所述散射光收集系统优选的包括光敏区（激光通过直接扩散和反射最终聚集到 光敏区的腔体中，也可称之为聚光腔）、透镜组和光电探测器。
[0029] 优选的所述光电探测器相对于采样气路为前向光散射结构或90°光散射结构，所 述前向光散射结构为激光光束与光电探测器在同一直线，还包括位于光电探测器之前的吸 光槽和凸透镜组；所述90°光散射结构为激光光束、光电探测器和采样气路互成90°，还 包括与激光光束相对放置的激光反射斜角组件，激光反射斜角组件将激光反射到聚光腔中 并由光电探测器收集，反射光的反射角在30° W上。
[0030] 本实用新型的技术效果：
[0031] 本实用新型总体工作原理如下；首先W恒定的流量采样样本气体，当待检测的样 本气体中的粉尘颗粒通过光敏区时，在照明激光光束作用下产生散射光，部分散射光由散 射光收集系统收集并通过光电探测器转换为电信号。经过光电探测器转换后的电信号在经 过前置放大电路放大，放大电路可集成于光电传感系统内部，也可位于信号采集处理系统 之中。经放大电路放大的电压信号到达积分电路累加起来，最后通过AD电路换算出当前电 压对应的数值，在固定时间内将得到的数值累加，再乘上固定系数就得到了当前环境的粉 尘颗粒质量浓度值。本实用新型主要加入了自净化装置，不需要定期与其它设备（如P射 线或振荡天平的设备）进行标定，通过自净化装置可W检测干净空气的数值，关闭自净化 装置后，检测数值与干净空气时的检测数值进行实时比较，即获得现有空气的质量浓度；另 夕F，现有的光散射技术的设备一般都比较庞大，本实用新型对该技术进行了优化设计，通过 实际测试，获取的空气质量浓度可W与0射线或振荡天平获取的质量浓度和检测精度相 当。
[0032] 本实用新型颗粒物质量浓度检测仪中光散射法粉尘仪光电传感系统的基本结构 主要包括；激光照明系统、采样气路、散射光收集系统，特别是还包括自净系统。
[0033] 激光照明系统；
[0034] 为保证光敏区激光的强度和均匀性，激光器即激光二极管发出的激光需要通过透 镜组的整形，当样本气体通过光敏区时，激光束照射到粉尘颗粒上发生散射，部分散射光被 探测器接收。为提高光学传感器的信噪比，照明光路的入射口和出射口可增加光阔，能够减 少杂散光计入光敏区，同时整个光学腔体优选的做发黑处理，减少腔体内壁对照明激光的 反射影响。
[00对采样气路：
[0036] 采样气路主要将待采样气体引入光敏区，它直接作用于样本气体的运动状态，可 由气累、机械气路、切割头等组成。其基本工作过程如下；样本气体可首先通过切割头，切割 掉粒径过大的粉尘颗粒；然后由进气管将样本气体送入光敏区，在里面发生散射效应；样 本气体再经过出气管，由抽气累将气体抽出。优选的还可W包括流量计和过滤滤膜，流量计 接在吹气累和抽气累位置，用于测试气累流量，实际测试过程中保证吹气累处的出气流量 大于抽气累处的进气流量；过滤滤膜接在切割头位置前，也可W省略。
[0037] 散射光收集系统；
[003引散射光收集系统由位于光敏区的聚光腔、透镜组和光电探测器组成。粉尘颗粒在 通过光敏区时发生散射，一部分散射光被光电探测器直接接收，而另一部分散射光通过聚 光腔反射到透镜组上并通过透镜组汇聚在光电探测器的探测面上。
[0039] 光电探测器主要分为两种；前向光散射法和90°光散射法。前向散射法是指激光 光束与光电探测器在同一直线上，激光和光电传感器为相对放置，通过吸光槽将激光主光 束吸收，并通过光电传感器结构中集成的透镜组将散射光收集；90°光散射法是指激光光 束、光电探测器和采样气路互成90°，散射光主要通过激光反射斜角组件将激光反射到聚 光腔中并由光电探测器