專利名稱：一種激光粉塵濃度檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種環(huán)境粉塵檢測裝置，特別涉及光學(xué)測定遠(yuǎn)距離的空氣介質(zhì)內(nèi)所含有的粉塵濃度的裝置。
下面分別就應(yīng)用散射法和透射法兩種方法的檢測裝置進(jìn)行說明。
原散射法的后向散射檢測裝置結(jié)構(gòu)原理如

圖1所示。光源1、光學(xué)聚焦系統(tǒng)2以及光強(qiáng)接受元件3共同組成測定儀器。α角表示發(fā)射光與散射光的夾角。其測量原理為光聚焦在粉塵粒子4上后，向四周散射，根據(jù)經(jīng)典散射理論，如果光線波長與粒子直徑確定，在某方向上的強(qiáng)度也就確定，圖中注為α，測出強(qiáng)度也就可以推算出粒子直徑。α角小于90°為后向散射，α角大于90°為前向散射。散射光強(qiáng)度與α角的關(guān)系不是單調(diào)的，但是總的是后向散射強(qiáng)度較前向散射強(qiáng)度要小幾個數(shù)量級。雖然強(qiáng)度小但是在理論上是精確的，所以引起人們的研究。通過測定粒子直徑進(jìn)而測定粉塵的濃度，需要根據(jù)實際情況建立數(shù)學(xué)模型確定計算方法，由于后向散射強(qiáng)度小容易受干擾噪聲和光線波長穩(wěn)定性的影響，如果采用前向散射，儀器分之兩邊存在α角的穩(wěn)定問題，因此散射法受實際條件的制約達(dá)到精確測量存在一定的技術(shù)難度。
本實用新型的設(shè)計人曾于1995年12月20日獲得專利號為ZL 94 239247.7的實用新型專利，其有關(guān)透射法的粉塵濃度檢測裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示，來自激光器5的激光束通過透鏡6成平行光束并以一定角度折射透射過半透半反鏡7，然后經(jīng)目鏡9擴(kuò)束，擴(kuò)束后的光束透射過粉塵粒子，然后由反射器10原路反射回來，斜置的半透半反鏡7將反射器10反射回來的經(jīng)粉塵粒子中粉塵衰減后的光束反射入透鏡6，經(jīng)透鏡6聚焦后由透射光接收器接收并轉(zhuǎn)換成電信號，該電信號輸入對數(shù)放大器12，放大后的電信號再輸入單片計算機(jī)13處理和顯示。該實用新型得到了較好的應(yīng)用。但還存在一些值得改進(jìn)的地方，如對中，受粉塵顆粒粒徑影響較大等問題。
本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種激光粉塵濃度檢測裝置，包括由依次以光路連接的激光器5、準(zhǔn)直透鏡14構(gòu)成的入射光源，其特征在于，還包括后接在所述準(zhǔn)直透鏡14后的半透半反棱鏡17；在所述半透半反棱鏡17的半透半反面反射后接依次以光路連接的第二聚焦透鏡16、光電接收器25構(gòu)成的入射光強(qiáng)度I0檢測部件；在所述半透半反棱鏡17的半透半反面透射后接依次以光路連接的保護(hù)窗口18、粉塵4、保護(hù)窗口19、半透半反平面鏡20、傅利葉透鏡21、光電接收器22構(gòu)成的散射光強(qiáng)度I2檢測部件；在所述半透半反平面鏡透射反向后接半透半反棱鏡17的半透半反面反射后接依次以光路連接的第一聚焦透鏡15、光電接收器11構(gòu)成的透射光強(qiáng)度I1檢測部件。
經(jīng)過上述改進(jìn)，實現(xiàn)了將透射法和散射法相結(jié)合的雙參量測量，提高對粉塵光效應(yīng)的檢測，消除粒徑對濃度測量的影響，有很高的適應(yīng)性。
本實用新型的激光粉塵濃度檢測裝置還可以包括一位于所述保護(hù)窗口(18)外側(cè)的用于觀察發(fā)射光與反射光路情況的攝像頭，以便于更好地進(jìn)行對中工作。
圖中標(biāo)號說明1-光源2-光學(xué)聚焦系統(tǒng)3-光強(qiáng)接受元件4-粉塵粒子5-激光器6-透鏡7-反射鏡8-校準(zhǔn)裝置9-目鏡10-反射器11-光電接收器12-對數(shù)放大器13-單片計算機(jī)14-準(zhǔn)直透鏡15-第一聚焦透鏡16-第二聚焦透鏡17-半透半反棱鏡18、19-可抽出窗口20-半透半反平面鏡21-傅利葉透鏡22-光電接收器23-攝像頭24-鏡片25-光電接收器請參閱圖3，如圖所示，本實施例的激光粉塵濃度檢測裝置包括激光器5、透射光光電接收器11、準(zhǔn)直透鏡14、第一聚焦透鏡15、第二聚焦透鏡16、半透半反棱鏡17、位于粉塵粒子周邊的可抽出保護(hù)窗口18、19、半透半反平面鏡20、傅利葉透鏡21、散射光光電接收器22、CCD微型攝像頭23、由電機(jī)帶動的鏡片24以及發(fā)射光光電接收器25。所述透射光光電接收器11和發(fā)射光光電接收器25為光電池；所述散射光光電接收器為光電池；所述半透半反棱鏡17彌補(bǔ)了原使用半透半反平面鏡造成的發(fā)射反射光軸不一致的缺點；所述第一聚焦透鏡15提高了抗振能力，接收時可減少光斑的大小，只要光學(xué)器件有一定大小，光斑落在其中就不會對測量造成影響；所述可抽出保護(hù)窗口18、19可方便擦去沾灰，同時可以起到觀察孔作用，通過它觀察光路、調(diào)整光路，方便對中工作；所述CCD微型攝像頭23用以觀察發(fā)射光路與反射光路的情況。
本實用新型的激光粉塵濃度檢測裝置的工作原理如下激光器5發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡14準(zhǔn)直后，一部分由半透半反棱鏡17折射，通過第二聚焦透鏡16到發(fā)射光光電接收器25接收，得到I0；另一部分光通過保護(hù)窗口18、19，經(jīng)半透半反平面鏡20透射的光及粉塵散射光由傅利葉透鏡21到散射光光電接收器22，得到I2，經(jīng)半透半反平面鏡20反射的光再通過半透半反棱鏡17折射，通過第一聚焦透鏡15到透射光光電接收器11，得到I1。I0和I1決定了透射測定粉塵濃度ρ1；三者之間的關(guān)系為ρ1＝f1(I1/I0)。I0和I2決定了散射測定粉塵濃度ρ2；三者之間的關(guān)系為ρ2＝f2(I2/I0)。
為了得到一個兩者結(jié)合起來的測定數(shù)據(jù)，可以在本實用新型的激光粉塵濃度檢測裝置后接一個計算機(jī)，該計算機(jī)利用多元素優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行計算，并顯示。有關(guān)濃度ρ的計算公式如下ρ=Σjgjρj]]>上述激光粉塵濃度檢測裝置，較好地運用了散射法和透射法各自的優(yōu)點，并將二者在結(jié)構(gòu)上加以結(jié)合優(yōu)化，提高對粉塵光效應(yīng)的檢測，消除粒徑對濃度測量的影響。
權(quán)利要求1.一種激光粉塵濃度檢測裝置，包括由依次以光路連接的激光器(5)和準(zhǔn)直透鏡(14)構(gòu)成的入射光源，其特征在于，還包括a、后接所述準(zhǔn)直透鏡(14)接收入射光的半透半反棱鏡(17)；b、在所述半透半反棱鏡(17)的半透半反面反射后接有依次以光路連接的第二聚焦透鏡(16)和光電接收器(25)構(gòu)成的入射光強(qiáng)度I0檢測部件；c、在所述半透半反棱鏡(17)的半透半反面透射后接有依次以光路連接的保護(hù)窗口(18)、粉塵(4)、保護(hù)窗口(19)、半透半反平面鏡(20)、傅利葉透鏡(21)和光電接收器(22)構(gòu)成的散射光強(qiáng)度I2檢測部件；d、在所述半透半反平面鏡透射反向后接半透半反棱鏡(17)的半透半反面反射后接有依次以光路連接的第一聚焦透鏡(15)、光電接收器(11)構(gòu)成的透射光強(qiáng)度I1檢測部件。
2.如權(quán)利要求1所述的激光粉塵濃度檢測裝置，其特征在于，還包括一位于所述保護(hù)窗口(18)外側(cè)的用于觀察發(fā)射光與反射光路情況的攝像頭(23)。
3.如權(quán)利要求2所述的激光粉塵濃度檢測裝置，其特征在于，所述攝像頭(23)為CCD微型攝像頭。
4.如權(quán)利要求1至3中的任意一項所述的激光粉塵濃度檢測裝置，其特征在于，還包括一位于光路中的由電機(jī)帶動的用于校正的鏡片(24)。
5.如權(quán)利要求1所述的激光粉塵濃度檢測裝置，其特征在于，所述光電接收器(11)為光電池。
6.如權(quán)利要求1所述的激光粉塵濃度檢測裝置，其特征在于，所述光電接收器(25)為光電池。
7.如權(quán)利要求1所述的激光粉塵濃度檢測裝置，其特征在于，所述光電接收器(22)為光電池。
8.如權(quán)利要求1至3中的任意一項所述的激光粉塵濃度檢測裝置，其特征在于，所述保護(hù)窗口(18)、(19)為可抽出窗口。
9.如權(quán)利要求4所述的激光粉塵濃度檢測裝置，其特征在于，所述保護(hù)窗口(18)、(19)為可抽出窗口。
專利摘要一種激光粉塵濃度檢測裝置，包括由依次以光路連接的激光器5、準(zhǔn)直透鏡14構(gòu)成的入射光源，后接其后的半透半反棱鏡17；在所述半透半反棱鏡17的半透半反面反射后接有依次以光路連接的第二聚焦透鏡16和光電接收器25構(gòu)成的入射光強(qiáng)度I
文檔編號G01N21/59GK2563570SQ0226666
公開日2003年7月30日 申請日期2002年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月28日
發(fā)明者殷文明, 王式民 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司