[发明专利]一种具有复合多光敏区结构的高灵敏度粉尘浓度检测方法

说明书

大气环境中粉尘颗粒对生活和生产都有重要影响。本发明涉及一种基于光散射法的具有复合多光敏区结构的高灵敏度粉尘浓度检测方法，包括照明系统和散射光收集系统。照明系统主要由激光器、准直镜、光调制模板、柱聚焦镜、光陷阱组成。利用光调制模板，优化了光敏区结构；通过锥形结构优化了光陷阱。散射光收集系统由球面反射镜、聚焦镜、光阑和光电探测器组成。采用上述结构后，提高了低浓度测量时系统的信噪比，降低了系统背景噪声。

技术领域

本发明涉及一种粉尘浓度的检测方法，具体是一种通过优化光敏区结构来提高灵敏度的粉尘浓度检测方法。

背景技术

随着工业经济的迅速发展，粉尘污染问题越来越严重。空气中的粉尘不仅对作业场所人员的健康和生产的安全造成极大危害，还严重的危害到人们的正常生活。粉尘监测是管理人员掌握粉尘状况的重要手段，是尘害防治和科学管理的重要环节。尤其是作业场所的粉尘监测尤为重要。

粉尘浓度在线检测仪基本原理是光学传感器的探测激光经尘埃粒子散射后被光敏元件接收并产生脉冲信号，该脉冲信号被输出并放大，然后进行数字信号处理，得出与之对应的粉尘质量浓度值。

现有技术存在的主要问题是：(1)由泊松分布从概率角度分析，在颗粒浓度一定的情况下，应尽量减少光敏区的体积V，保证测量的准确度。但当被测环境中的粉尘颗粒浓度较低时，会导致长时间没有颗粒进出光敏区，即没有可采集和处理的脉冲信号；(2)颗粒群光散射法测量粉尘质量浓度时，已有的反演模型常采用颗粒群散射光信号的积分量反演质量浓度，且没有考虑颗粒形貌因素，而光信号的总积分量会使得颗粒群细化的信息丢失，造成精度降低；(3)采用电压脉冲方式测量粉尘质量浓度对散射光收集系统有一定的要求。散射光收集系统的性能越好，光电传感器输出信噪比越高，仪器的灵敏度越高。对散射光收集系统而言，一方面要高效率收集粒径散射信号，另一方面要尽量阻止噪声信号进入光电探测器。

发明内容

发明目的：为克服上述已有技术中的不足，本发明提供一种具有复合多光敏区结构的高灵敏度粉尘浓度检测方法，提高了低浓度测量时系统的信噪比。

技术方案：本发明的一种具有复合多光敏区结构的高灵敏度粉尘浓度检测方法包括以下步骤：

第一步，采用直角散射收集形式，将照明系统光轴和直角散射光收集系统光轴成90°；

第二步，将激光器发出的激光束经准直镜准直，过光调制模板被聚焦镜聚焦于光敏区，照射在含尘气流上；

第三步，当粉尘通过光敏区时，颗粒会散射入射的激光，未被散射的激光由光陷阱接收；

第四步，直角散射光收集系统的光电探测器将球面反射镜反射的散射光转换成电信号，通过对电压脉冲信号的数据处理，得出粉尘的质量浓度值；

所述的光调制模板设计为二维全息光栅，通过光调制模板改变入射光结构，优化光敏区结构，加大粉尘颗粒被散射的几率，增加系统检测灵敏度。

所述的照明系统由半导体激光器、准直镜、光调制模板、聚焦镜、光陷阱依次排列组成。

所述的直角散射光收集系统由球面反射镜、第一光阑、收集透镜、第二光阑和光电探测器依次排列组成。

以光敏区为交点，照明系统的聚焦镜与光陷阱之间的光路与直角散射光收集系统的光路垂直相交，同时待测气体也通过该相交点。

所述光陷阱为锥形结构，有效防止杂散光引起信号的漂移。

激光器发出的激光束经准直镜准直后，过光调制模板被聚焦镜聚焦于光敏区，改变光敏区结构。当粉尘通过光敏区时，颗粒会散射入射的激光。未被散射的激光由锥形光陷阱接收。球面反射镜反射的散射光由光阑和透镜组合的散射光收集系统有效收集，光电探测器将其转换成电信号，通过对电压脉冲信号的数据处理，得出粉尘的质量浓度值。