申请/专利权人：常熟市鼎睿智能测控有限公司

申请日：2019-07-30

公开（公告）日：2019-10-01

公开（公告）号：CN110296920A

主分类号：G01N15/06(20060101)

分类号：G01N15/06(20060101)

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2019.11.01#实质审查的生效;2019.10.01#公开

摘要：本发明属于粉尘浓度检测领域，具体公开了一种近前向光散射的粉尘浓度检测装置，包括外壳、前盖和后盖、穿过前盖与其内部连通的五芯弹簧屏蔽线，所述外壳内设置有近前向光检测结构，所述近前向光检测机构包括，激光管、采样头、窄带滤光片、遮光罩、光学透镜、信号接收处理线路板。本发明的有益效果是，通过设置近前向光检测机构，利用激光在不同浓度粉尘中散射程度的不同，然后检测散射光线的强度，并将光强信号转化成电压强度，从而精确得知采样头所处环境的粉尘浓度。

主权项：1.一种近前向光散射的粉尘浓度检测装置，包括外壳、位于外壳两端的前盖和后盖、穿过前盖与其内部连通的五芯弹簧屏蔽线，其特征在于，所述外壳内设置有近前向光检测结构，所述近前向光检测机构包括，设置于所述外壳内部且由所述五芯弹簧屏蔽线供电用于发射激光的激光管、设置于激光管激光发射端一侧且穿过所述外壳连通外界的采样头、设置于采样头一侧用于过滤光线的窄带滤光片、设置于窄带滤光片后端用于遮挡部分光线的遮光罩、设置于遮光座后端用于对光线进行光学处理的光学透镜、设置于光学透镜后端用于将光强信号转化为电信号的信号接收处理线路板。

全文数据：一种近前向光散射的粉尘浓度检测装置技术领域本发明涉及粉尘浓度检测领域，特别是一种近前向光散射的粉尘浓度检测装置。背景技术便携式悬浮颗粒物浓度在线监测及预警装置主要用于对矿山、水泥厂、面粉厂等粉尘作业场所的悬浮颗粒物浓度进行在线监测及预警，以满足现有各不同粉尘环境下悬浮颗粒物浓度的高精度测量。该装置能够在自然风流状态下实时的监测当前环境的悬浮颗粒物浓度，并通过本地数据及数据上传的形式实时监测当前环境的空气质量，并对悬浮颗粒物浓度超标情况起到应急预警功能。现阶段已有的各类悬浮颗粒物浓度测量原理主要有光学、射线、称重式、电荷式几种，其中光学式的使用最为广泛，但是光学式的一般采用的是光透析原理，该结构需要相对封闭的暗室以防止外围光对检测传感器的影响、同时内部还需要有引导风机对周围环境的气体进行吸入式且需要滤膜采样才能进行数据的采集，对生产厂家来说其结构相对复杂、不易安装且增加生产成本；同时对使用单位来说操作比较复杂，且在粉尘环境中跟换滤膜比较不好操作，容易是滤膜沾染粉尘从而造成测量误差偏大甚至测量不准。发明内容本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种近前向光散射的粉尘浓度检测装置。实现上述目的本发明的技术方案为，一种近前向光散射的粉尘浓度检测装置，包括外壳、位于外壳两端的前盖和后盖、穿过前盖与其内部连通的五芯弹簧屏蔽线，所述外壳内设置有近前向光检测结构，所述近前向光检测机构包括，设置于所述外壳内部且由所述五芯弹簧屏蔽线供电用于发射激光的激光管、设置于激光管激光发射端一侧且穿过所述外壳连通外界的采样头、设置于采样头一侧用于过滤光线的窄带滤光片、设置于窄带滤光片后端用于遮挡部分光线的遮光罩、设置于遮光座后端用于对光线进行光学处理的光学透镜、设置于光学透镜后端用于将光强信号转化为电信号的信号接收处理线路板。作为采样头的一种可供选用的实施结构，所述采样头为空芯结构，所述外壳内且与所述采样头对应的位置设置有检测段，所述检测段用于卡装固定所述采样头，所述检测段中部有空腔，其空腔位置与所述采样头的空芯位置连通，外界环境中的粉尘颗粒能够通过该通道进入检测段中部空腔。作为一种可供选择的实施方式，所述激光管与所述检测段之间设置有过渡段，所述过渡段中空，供激光管的激光穿过。作为一种激光束经光学透镜处理的可行实施方式，激光束经过所述检测段后部分光线发生散射，所述散射光会射向所述光学透镜并进行光学处理；所述光学透镜的数量为两个，且均为半球形，两个所述光学透镜的半球面对立放置，所述散射光经第一个透镜有发散状态变为平行状态，光线到达第二个透镜后，再由平行状态变为聚光状态，并聚焦于所述信号接收处理线路板上。作为一种激光管布置方式的可选实施方案，所述激光管设置于所述外壳内部且靠近所述五芯弹簧屏蔽线的位置，所述激光管发射的激光束优选650nm。作为一种遮光罩设置方式的可选实施方案，的所述遮光罩与所述光学透镜之间设置有遮光座，所述遮光罩通过胶水固定在所述遮光座上，所述遮光罩与遮光座组成的内空间表面贴装吸光布进行吸光处理避免光源产生二次散射。作为一种遮光罩对光线遮光效果的限制，所述遮光罩与遮光座用于遮挡激光束经过空气粉尘散射后剩余的平行光，且该部分平行光会被所述遮光罩吸收而不会散射。作为一种窄带滤光片滤光性能的限制，所述窄带滤光片仅限650nm的激光束通过，滤除外围自然光进入其后端的所述光学滤镜中。作为信号接收处理线路板的一种可选结构方式的实施例，所述信号接收处理线路板包括光电转换装置和采集与转换线路，所述光电转换装置在接收光信号后会将其转换成电流信号，并通过采集与转换线路把电流信号转换成标准电压信号0～5V经所述五芯弹簧屏蔽线输出。其有益效果在于，通过设置近前向光检测机构，利用激光在不同浓度粉尘中散射程度的不同，然后检测散射光线的强度，并将光强信号转化成电压强度，从而精确得知采样头所处环境的粉尘浓度。由五芯弹簧屏蔽线供电给激光管，然后激光管发射激光，激光通过过渡段到达检测段，检测段的位置具有采样头，外部环境中的粉尘颗粒通过采样头的中空通道进入检测段的中心位置，然后激光穿过该位置后，部分激光在粉尘的作用下散射，没有散射的继续直行射向遮光罩被吸收，散射光从遮光罩的外侧进入光学透镜，经其折射后汇聚在光电转换装置上，然后将光强信号转化为电信号，通过上述过程，可以看出，本发明所述装置在工作的过程中，不需要用到滤膜相关的部件，对于任何需要检测的场合均可以直接检测，不用更换相应部件，从而扩大了本发明的使用场合，并且简化了其使用过程中的操作步骤。附图说明图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明的工作原理图；图3是本发明的工作流程图；图中，1、五芯弹簧屏蔽线；2、胶套；3、五芯航空插头；4、螺丝一；5、五芯航空插座；6、螺丝二；7、前盖；8、外壳；9、左采样头；10、右采样头；11、后盖；12、M8薄螺母；13、五芯排线；14、长螺丝一；15、绝缘垫柱；16、内盖；17、绝缘垫柱一；18、长螺丝二；19、绝缘垫柱；20、电源线路板；21、绝缘垫柱二；22、激光套管；23、激光管；24、过渡段；25、检测段；26、窄带滤光片；27、尼龙垫片；28、过孔；29、遮光罩；30、遮光座；31、前光学透镜；32、透镜套；33、后光学透镜；34、线路板底座；35、信号接收处理线路板；36、线路板罩；37、三元乙丙橡胶软垫；38、右侧长螺丝；39、左侧长螺丝。具体实施方式首先是对本发明的工作原理结合附图1-3进行如下说明，五芯弹簧屏蔽线1用于给激光束供电，同时将信号接收处理线路板35中发出的信号传输出去，激光管23位于激光发射组件中，激光管23发射650nm激光束，当激光束经过35粉尘检测段25后，激光在粉尘影响下将分为两个部分，未接触到粉尘的为平行光，接触到粉尘的为散射光，且粉尘的浓度与散射光的占比正相关，然后平行光继续前行，通过窄带滤光片26后射入遮光罩29，遮光罩29将该部分光线吸收，散射光通过窄带滤光片26后进入光学透镜，光学透镜有两个，分为前透镜与后透镜，散射光进入前透镜后在透镜的折射作用下变为平行光进入后透镜，然后在后透镜的折射作用下汇聚在信号接收处理线路板35的光电转换装置上，光电转换装置在接收光信号后会将其转化成电流信号，然后通过采集与转换线路把电流信号转换成标准电压信号0～5V输出，如此就将待测环境中粉尘的浓度通过电压信号的强度表现了出来，并且在粉尘浓度检测的整个过程中，该设备不需要做任何调试或修正。以上是本发明实现粉尘检测的结构原理，但是在实际使用中，仅有以上结构是无法构成一个完整设备的，所以，下面将说明本发明所述设备的装配结构。如图1所示，给出了五芯弹簧屏蔽线1穿过胶套2焊接在五芯航空插头3上，五芯航空插头3插接在五芯航空插座5上并通过自锁装置锁紧；五芯航空插座5穿过前盖7中心孔通过M8薄螺母12进行固定，五芯航空插座5引线端焊接五芯排线13，五芯排线13另一端通过接插端子连接到电源线路板20上，M3×30螺丝一4、M3×30螺丝二6分别穿过前盖7左右两个固定孔再与内盖16螺丝孔配接。M3×100长螺丝一14依次穿过内盖16、绝缘垫柱15、电源线路板20、3×5×12绝缘垫柱一17、激光套管22、过渡段24、检测段25上固定孔与右采样头9上螺丝孔配接，M3×100长螺丝二18依次穿过内盖16、绝缘垫柱19、电源线路板20、3×5×12绝缘垫柱二21、激光套管22、过渡段24、检测段25上固定孔与左采样头9上螺丝孔配接；检测段25安装于外壳8内并置于固定位置，左左采样头9和右右采样头9固定在检测段两侧；激光管23固定于激光套管22内，激光套管22内孔为微锥形设计有利于激光管23紧配固定，激光管23电源线通过接插件连接到电源线路板20上；M3×75右侧长螺丝38依次穿过后盖11、线路板罩36、信号接受处理线路板35、线路板底座34、透镜套32、遮光座30、过孔28、检测段25下固定孔与右采样头9上螺丝孔配接；M3×75左侧长螺丝39依次穿过后盖11、线路板罩36、信号接受处理线路板35、线路板底座34、透镜套32、遮光座30、过孔28、检测段25下固定孔与左采样头9上螺丝孔配接；遮光罩29安装于遮光座30中心位置并用胶水固定，遮光罩29与遮光座30组成的内空间表面贴装吸光布进行吸光处理避免光源产生二次散射；前光学透镜31与后光学透镜33分别安装在透镜套32中部两端凹槽内，利用透镜套32和遮光座30固定前光学透镜31，利用透镜套32和线路板底座34固定后光学透镜33；线路板罩36与后盖11之间添加三元乙丙橡胶软垫37，以便压紧内部各器件同时又保证不会对内部各器件产生过渡压紧。上述结构方案作为一种可供选择的技术方案，通过上述结构可以将本发明完整的装配起来，使本领域技术人员能够根据上述技术方案实现本发明所述技术效果。上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种近前向光散射的粉尘浓度检测装置，包括外壳、位于外壳两端的前盖和后盖、穿过前盖与其内部连通的五芯弹簧屏蔽线，其特征在于，所述外壳内设置有近前向光检测结构，所述近前向光检测机构包括，设置于所述外壳内部且由所述五芯弹簧屏蔽线供电用于发射激光的激光管、设置于激光管激光发射端一侧且穿过所述外壳连通外界的采样头、设置于采样头一侧用于过滤光线的窄带滤光片、设置于窄带滤光片后端用于遮挡部分光线的遮光罩、设置于遮光座后端用于对光线进行光学处理的光学透镜、设置于光学透镜后端用于将光强信号转化为电信号的信号接收处理线路板。2.根据权利要求1所述的一种近前向光散射的粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述采样头为空芯结构，所述外壳内且与所述采样头对应的位置设置有检测段，所述检测段用于卡装固定所述采样头，所述检测段中部有空腔，其空腔位置与所述采样头的空芯位置连通，外界环境中的粉尘颗粒能够通过该通道进入检测段中部空腔。3.根据权利要求2所述的一种近前向光散射的粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述激光管与所述检测段之间设置有过渡段，所述过渡段中空，供激光管的激光穿过。4.根据权利要求2所述的一种近前向光散射的粉尘浓度检测装置，其特征在于，激光束经过所述检测段后部分光线发生散射，所述散射光会射向所述光学透镜并进行光学处理。5.根据权利要求4所述的一种近前向光散射的粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述光学透镜的数量为两个，且均为半球形，两个所述光学透镜的半球面对立放置，所述散射光经第一个透镜有发散状态变为平行状态，光线到达第二个透镜后，再由平行状态变为聚光状态，并聚焦于所述信号接收处理线路板上。6.根据权利要求1所述的一种近前向光散射的粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述激光管设置于所述外壳内部且靠近所述五芯弹簧屏蔽线的位置，所述激光管发射的激光束优选650nm。7.根据权利要求1所述的一种近前向光散射的粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述遮光罩与所述光学透镜之间设置有遮光座，所述遮光罩通过胶水固定在所述遮光座上，所述遮光罩与遮光座组成的内空间表面贴装吸光布进行吸光处理避免光源产生二次散射。8.根据权利要求7所述的一种近前向光散射的粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述遮光罩与遮光座用于遮挡激光束经过空气粉尘散射后剩余的平行光，且该部分平行光会被所述遮光罩吸收而不会散射。9.根据权利要求1所述的一种近前向光散射的粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述窄带滤光片仅限650nm的激光束通过，滤除外围自然光进入其后端的所述光学滤镜中。10.根据权利要求1所述的一种近前向光散射的粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述信号接收处理线路板包括光电转换装置和采集与转换线路，所述光电转换装置在接收光信号后会将其装换成电流信号，并通过采集与转换线路把电流信号转换成标准电压信号0～5V经所述五芯弹簧屏蔽线输出。

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