[发明专利]一种粉尘浓度测量系统

说明书

本发明涉及一种粉尘浓度测量系统。该粉尘浓度测量系统包括激光发射单元、激光传输单元、粉尘浓度测量单元和检测单元，其中激光发射单元包括激光器和分束器；激光传输单元包括定向耦合器、光纤和准直器；粉尘浓度测量单元包括第一折射平面、第二折射平面和全反射平面，且第一折射平面和第二折射平面不平行；由激光器发射的经分束器分束的激光，分别通过定向耦合器输入端耦合后经光纤传输至准直器扩束，再进入粉尘浓度测量单元，并分别经第一折射平面和第二折射平面折射、经全反射平面全反射而反向原路返回至定向耦合器，通过定向耦合器输出端耦合后进入检测单元。采用双光路差分测量方法，消除了传感器系统误差及矿用光学器件表面落尘误差等问题。

技术领域

本发明涉及浓度测量领域，尤其涉及一种粉尘浓度测量系统。

背景技术

粉尘浓度的测量方法主要包括光学分析法与非光学分析法。非光学分析法由于检测设备响应速度慢、处理复杂，难以对粉尘浓度进行实时监测。例如现有的化学反应式粉尘浓度传感器，需要对空气粉尘进行采集处理，具有测量时延差，无法进行实时测量。而电式粉尘浓度测量装置安全性较差，当矿井粉尘浓度过高时，轻微的电火花会引发矿井爆炸的风险。

基于光学分析的粉尘浓度测量技术具有探测灵敏度高、选择性强、响应速度快等特点，适合现场实时监测，且成本较低，是以后粉尘浓度测量的理想方法。但是现有的手持粉尘浓度测量装置必须要求操作人员在现场进行测量，而在类似于煤矿矿井粉尘浓度高的环境中，操作人员在测量时必须做好防尘措施，否则会损伤呼吸道，影响健康。另外，由于测量仪器位于高粉尘区域，长时间使用后仪器表面或仪器内必定粉尘沉积，会影响测量精度。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种安全性好、精度高、能够实现远程实时测量的粉尘浓度测量系统。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种粉尘浓度测量系统，包括激光发射单元、激光传输单元、粉尘浓度测量单元和检测单元，其中：所述激光发射单元包括激光器和分束器；所述激光传输单元包括定向耦合器、光纤和准直器；所述粉尘浓度测量单元包括第一折射平面、第二折射平面和全反射平面，其中所述第一折射平面和所述第二折射平面不平行；所述检测单元包括光电探测器；由所述激光器发射的经所述分束器分束的激光，分别通过所述定向耦合器输入端耦合后经所述光纤传输至所述 准直器扩束，之后进入所述粉尘浓度测量单元，并分别经过第一折射平面和第二折射平面折射后，经所述全反射平面全反射而反向原路返回至所述定向耦合器，通过所述定向耦合器的输出端耦合后进入所述光电探测器。

进一步的，所述分束器将所述激光分成两束光强相同且相互平行的第一测量光和第二测量光；所述定向耦合器包括第一定向耦合器和第二定向耦合器；所述准直器包括第一准直器和第二准直器；所述光纤包括第一光纤和第二光纤；所述粉尘浓度测量单元的所述第一折射平面和所述第二折射平面之间形成测量区域；所述光电探测器包括第一光电探测器和第二光电探测器；所述第一测量光经过所述第一定向耦合器输入端耦合后经所述第一光纤传输至所述第一准直器扩束，之后经所述第一折射平面折射进入所述测量区域，再经所述第二折射平面折射和所述全反射平面全反射，然后反向通过所述第一准直器缩束后经所述第一光纤传输至所述第一定向耦合器，通过该第一定向耦合器的输出端耦合后进入所述第一光电探测器；所述第二测量光经过所述第二定向耦合器输入端耦合后经所述第二光纤传输至所述第二准直器扩束，之后经所述第一折射平面折射进入所述测量区域，再经所述第二折射平面折射和所述全反射平面全反射，然后反向通过所述第二准直器缩束后经所述第二光纤传输至所述第二定向耦合器，通过该第二定向耦合器的输出端耦合后进入所述第二光电探测器。

进一步的，所述第一折射平面、第二折射平面和全反射平面由第一三棱镜和第二三棱镜提供。