[发明专利]一种粉尘浓度均匀性检测装置及其检测方法

权利要求书

1.一种粉尘浓度均匀性检测装置，包括设置有进气口(1)和出气口(6)的粉尘采集箱(2)，其特征在于，在粉尘采集箱(2)中设置六边形的环形支架(5)，六个舵机(4)分别安装在环形支架(5)上的六个安装底座上，并通过主控制器(7)的输出信号来控制舵机(4)的旋转角度，激光粉尘传感器(3)分别安装在舵机(4)上，激光粉尘传感器(3)的信号输入端分别连接对应舵机(4)的信号输出端以及主控制器(7)的信号输出端，激光粉尘传感器(3)的信号输出端均经串口通信传输至主控制器(7)的信号输入端，主控制器(7)的信号输出端分别连接PC机(8)和云端(9)；

所述激光粉尘传感器(3)由光发射信号控制单元、信号采集处理单元、主控单元以及粉尘采集单元组成，

光发射信号控制单元包括电流驱动电路、激光光源，电流驱动电路为激光光源提供恒定的连续不断的稳压电流，电流驱动电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、二极管D1、二极管D2、三极管Q1、三极管Q2、场效应管Q3，发光二极管LED1，电阻R1的一端连接+5V电压，电阻R1的另一端分别连接二极管D1的正极、三极管Q1的基极，二极管D1的负极连接二极管D2的正极，三极管Q1的集电极连接+5V电压，三极管Q1的发射极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端与二极管D2的负极连接后分别连接发光二极管LED1的正极、场效应管Q3的漏极，发光二极管LED1的负极接地，场效应管Q3的栅极分别连接电阻R4的一端、三极管Q2的集电极，场效应管Q3的源极接地，电阻R4的另一端连接+5V电压，三极管Q2的基极连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接信号发生端，三极管Q2的发射极接地；

信号采集处理单元包括：前置处理电路、滤波放大电路、数据采集电路、数据处理电路，前置处理电路、滤波放大电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电位器RP1、光电二极管LED2、前置放大器U1，电阻R1的一端连接+5V电压，电阻R1的另一端分别连接电容C5的一端、硅光电二极管LED2的负极，硅光电二极管LED2的正极分别连接电位器RP1的第一固定端、前置放大器U1的3脚，电容C5的另一端、电位器RP1的滑动端以及电位器RP1的第二固定端均接地，前置放大器U1的2脚分别连接电阻R6的一端、电阻R7的一端，电阻R6的另一端接地，电阻R7的另一端分别连接前置放大器U1的6脚、电阻R8的一端，电阻R8的另一端由J2端口输出到检测模块中，前置放大器U1的4脚分别连接电容C1的一端、电容C4的一端，电容C1的另一端、电容C4的另一端均接地，前置放大器U1的7脚分别连接电容C2的一端、电容C3的一端，电容C2的另一端、电容C3的另一端均接地；

数据采集电路、数据处理电路包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电位器RP2、电位器RP3、解调芯片U2、发光二极管LED3、运算放大器U3，解调芯片U2的1脚分别连接P1高频头的一端、解调芯片U2的16脚，解调芯片U2的3脚连接电位器RP2的第一固定端，解调芯片U2的4脚连接电位器RP2的第二固定端，电位器RP2的滑动端接-5V电压，解调芯片U2的5脚连接电位器RP3的第一固定端，解调芯片U2的6脚连接电位器RP3的第二固定端，电位器RP3的滑动端接-5V电压，解调芯片U2的7脚连接发光二极管LED3的负极，发光二极管LED3的正极串联电阻R9后接地，解调芯片U2的8脚接-5V电压，电容C7并接在解调芯片U2的8脚与地之间，解调芯片U2的9脚接P4端口，解调芯片U2的10脚接地，解调芯片U2的11脚接+5V电压，电容C8并接在解调芯片U2的11脚与地之间，解调芯片U2的13脚串联电阻R6后分别连接电容C10的一端、电阻R12的一端、电阻R10的一端，电容C10的另一端接地，电阻R12的另一端分别连接运算放大器U3的3脚、电容C6的一端，运算放大器U3的1脚接地，运算放大器U3的2脚接+5V电压，电容C11并接在运算放大器U3的2脚与地之间，运算放大器U3的4脚分别连接电容C6的另一端、电阻R10的另一端，端口P6并联在运算放大器U3的4脚与地之间，运算放大器U3的5脚接-5V电压，电容C9并接在运算放大器U3的5脚与地之间；

主控单元包括：单片机主控芯片、通讯传输模块、人机交互模块、监控主机，

粉尘采集单元包括粉尘采集暗室、气泵，

激光光源通过前置透镜投射到粉尘采集暗室中，激光粉尘传感器上电后气泵开始启动，气泵与出气口(6)连接，气泵启动后开始负压抽放，粉尘由进气口源源不断的进入到粉尘采集暗室中，形成含尘气流，光源发出的光经过聚光透镜照射到粉尘流上，产生的散射光经过透镜聚集到光电二极管LED2上，将相关的粉尘浓度信号发送到信号采集处理单元，通过粉尘采集单元将接收到的光散射信号依次经过前置处理电路，传到前置处理电路的光电二极管LED2，通过光电二极管LED2将接收到的光信号转换为电流信号，经过前置放大器U1的处理将电流信号转换为电压信号，滤波放大电路，对散射信号进行转换分析，通过数据采集电路将转换后的信号传输到主控制功能单元中，单片机主控芯片将接收到的粉尘浓度信号进行处理，推算出当前环境中的粉尘浓度值，然后通过通讯传输模块将粉尘浓度值传输到监控主机上，并通过人机交互模块对接收到的粉尘浓度信号切换控制，实现整个监测过程对粉尘浓度的实时监控；

还包括吹风装置，吹风装置是激光粉尘传感器内部的净化系统；

舵机(4)的具体控制如下：上位机发送定位信息通过通信模块的接收和解析，同时将检测模块检测到的反馈信息发送给上位机，检测模块将检测的物理量转换成控制模块能够识别的反馈量；上位机给定的位置指令和检测模块检测的反馈量的差值作为输入，经由通信模块送到控制模块，控制模块产生一个控制量通过舵机的主控模块和驱动模块共同驱动舵机旋转一个角度，同时检测模块会检测舵机旋转之后产生的控制量反馈给通信模块和控制模块，为下次的旋转做铺垫；整个舵机控制设计是PID闭环控制，所测的环形面，通过6个舵机旋转位移量可将检测面自由的扩大和缩小。