[实用新型]一种反射加透射法雾霾浓度冗余测量光路

说明书

本实用新型属于雾霾在线测量领域，具体涉及一种反射加透射法雾霾浓度冗余测量光路。一种反射加透射法雾霾浓度冗余测量光路，包括发光光路、测量光路1和测量光路2，其特征是，发光光路、测量光路1和测量光路2都在圆筒体内，发光光路、测量光路1和测量光路2的主轴都是圆筒体的轴线；本实用新型一种反射加透射法雾霾浓度冗余测量光路部分的有益之处是，结构简单，安装拆解方便，适合定期快速保养；发射光路与透射光路联动，构成光源光强闭环管理；反射光强与透射光强的数值减法，可以动态监测光路正常与否；反射或透射光强转换为微电压信号，微电压信号的强弱与雾霾颗粒流的浓度成正比，MCU计算冗余修正后，输出准确的雾霾颗粒流的浓度。

技术领域

本实用新型属于雾霾在线测量领域，具体涉及一种反射加透射法雾霾浓度冗余测量光路。

背景技术

雾霾是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述。大气中随风漂浮的大量的悬浮颗粒的集合被称为颗粒流。单个颗粒的粒径大小从1微米(pm) 到10微米、到几十微米不等。颗粒流中，粒径等于或接近2.5微米的颗粒，简称pm2.5。pm2.5颗粒对人体危害最大，pm2.5颗粒流浓度达到一定数值后，气象预报定义为严重污染天气。测量颗粒流浓度方法，根据光散射原理：在光的传播过程中，当光线照射到颗粒流粒子时，如果粒子的粒径大于入射光波长很多倍，则产生逆向的反射光，同时透射光明显减弱；如果粒子的粒径小于入射光波长，则产生全方向的散射光，可以在全方向上测量散射光强度，而透射光无明显减弱。具体应用技术分析，可见光波的波长是400--660nm，1pm＝1000nm，粒径pm2.5 是2500nm。由此可见，这些颗粒的粒径远大于可见光波的波长，光线照射到颗粒时，呈现明显的逆向反射光，或透射光减弱；而且，伴随颗粒流的浓度增大，反射光的强度则增大，透射光则减弱，二者之间，呈现线性相关联系。因此，用测颗粒反射光强度或透射光强度的方法，都可以测量雾霾颗粒浓度。用光散射法测量雾霾颗粒浓度的方法是科学正确的选择。具体颗粒流浓度测量技术方案：颗粒流浓度测量装置的主体是两端加遮光密封帽的圆筒体，圆筒体的一端是圆锥体状内凹遮光密封帽，另一端是瓶盖状遮光密封帽；圆筒体外部，进气嘴在瓶盖状遮光密封帽一侧的圆筒体上，出气嘴在圆筒体的中端、出气嘴与进气嘴沿圆筒体轴线对称。进气嘴与出气嘴之间的圆筒体内部部分，叫测量气室；雾霾，以两相颗粒流从进气嘴进入，经过测量气室，从出气嘴排出；圆筒体内部，除去测量气室外，另一侧叫光学元件室。发射光路安装在光学元件室；发射光路的光源采用一体化的LED光源。一体化的LED光源包括瓶状散热筒、LED发光管和扩散透镜，LED发光管和扩散透镜安装在瓶状散热筒。一体化的LED光源安装在圆筒体内部外环内星形支架的环心；外环内星形支架外部是一个圆环，圆环内有三个间隔120度的支撑臂，三个支撑臂相交在环心，构成星形，三个支撑臂之间是接近110度的弧形空间；外环内星形支架的外圆环直径小于圆筒体的内径；外环内星形支架插入圆筒体内部，被前后圆筒夹挤固定，一体化的LED光源安装在外环内星形支架的环心；LED发光管和扩散透镜的光轴与圆筒体的轴线同轴；外环内星形支架中心的LED发光管位于扩散透镜的焦点上，LED发光管的发光通过扩散透镜后，成沿轴线15度的点发散环状光线；调整一体化的LED光源的位置，让点发散环状光线照亮气室中线截面，截面上的颗粒流产生反射光；测量光路1(反射)：气室中线上全部颗粒流的反射光逆向透过外环内星形支架的三个间隔110度的弧形空隙，照在圆筒体端口的会聚透镜上，聚焦在会聚透镜另一侧 4/3焦距处，即聚焦在圆锥体状内凹遮光密封帽的内部中心安装的光电接收管1 上，构成测量光路1，这是主测量光路；光电接收管1接受测量反射光强度，变反射光强度为微弱电压信号，该电压信号与颗粒流浓度相关，呈正比关系；测量光路2(透射光)：LED发光管的点发散光，穿过测量气室，与测量气室内的颗粒流碰撞衰减，衰减后的透射光照在光电接收管2，这是测量光路2；由于测量光路2的光源不是严格的平行光源，光电接收管2接受测量透射光强度，不满足严格的朗博定律，仅用作参考；透射光强度为微弱电压信号2，该信号也与颗粒流浓度相关，呈现反比关系；测量气室内，为减少雾霾颗粒在光学器件表面堆积，在进气嘴附近，设置气流阻挡板，防止进气直吹光电接收管2；在出气嘴远离进气嘴位置，设置气流导流板，防止颗粒在LED光源表面堆积。在后，两路信号经过固定的比例放大，经过模数转换，输入MCU最小系统；测量：MCU最小系统按设定修正程序处理数字电压信号，以反射光测量为主，以透射光测量为辅，冗余反射和透射两光路测量结果，显示颗粒浓度，或经串口把浓度信号传送给上位机。深入检索有关光散射法测量雾霾颗粒浓度的专利资料，没有逆向反射法雾霾测量记录。