[发明专利]激光粉尘浓度监测与报警器

说明书

    电技术;

    根据检索，从国内中文数据库中检出相关文献6篇，其中申请专利的有两篇，即90224479粉尘自动检测报警仪，和89215848激光粒径测量仪，前者未使用激光光源，后者用于测量细微颗粒的直径，而不是测粉尘浓度，更不具备报警功能，其余四篇文献中与本发明较接近的有91214799激光粉尘监测微机控制喷水降尘和87200646粉尘浓度测试技术的研究-激光智能粉尘浓度计，上述两项1）均未申请专利;2）均无爆炸报警功能;3）均采用微计算机而不是单片机进行信号处理，设备成本较高，不宜推广;4）与本发明技术特征不同，如所使用的激光扫瞄，同步跟踪系统在本发明中均不采用。

    工业粉尘污染和爆炸在国外是非常严重的问题，工业粉尘爆炸在国内也时有发生，造成巨大的人员伤亡和国家财产损失，目前国内对粉尘防爆多采用被动方式，还没有广泛地实现对浓度实行适时监测与报警，为此我们研究开发了这种可连续监测粉尘浓度的测量仪器，该仪器灵敏度高，测量过程全部自动化，抗干扰能力强，能适时连续测量粉尘浓度，数字显示，并能报警，该仪器成本较低（每台成本在2000元以内）可以普遍推广应用于纺织、煤炭、化工、粮食、工矿、工业粉尘防爆的监测，亦可在环境保护、劳动保护部门使用。

5、基本原理：激光通过物质后，由于物质的散射和吸收，其衰减光和散射光的强度均携带有物质浓度信息，即I_衰＝f（C），I_散＝φ（C），测出I_衰或I_散即可求得物质浓度C。

以衰减光为例，遵从布吉尔-兰伯特-贝尔定律。

I＝I_oexp（-xcL） （1）

其中I_o-光初始强度

X-单位浓度物质对光的吸收和散射系数，简称单位浓度衰减系数。

L-物质层厚度

C-物质浓度

由公式（1）可得C＝ 1/(XL) In = (I_o)/(I) （2）

公式（2）中X、L、I。均为已知，测量衰减后的光强I即可由（2）式算出物质浓度C。

仪器构造见附图（一），分为三大部分

1）光源：采用抗干扰能力强的气体、固体或半导体激光器，本仪器最初型号采用He-Ne激光器。

2）获取粉尘浓度信号的光学装置，本仪器最初型号利用衰减光携带粉尘浓度信息，采用双光束比较，双调制频率单探头接收，利用补偿法消除电源波动，光电元件性能变化，粉尘污染以及环境对光学系统的干扰，以保证测量精度。

附图（一）所示，激光束通过分束后被调制成频率为ω₁和ω₂的方波，一束作为参考光，光强为I_o，另一束经过扩束（相当于增加物质层厚度L）后进入粉尘区，再经M₂反射到接收器上，这束衰减后的光强为I，携带了粉尘浓度C的信息，因此接收器上同时接收了参考光I_o和信号光I，经放大、检波，比较后送入单片机处理。

3）利用单片机对信号进行处理

单片机信号处理系统见附图（二）

接收器接收的参考光I_o和信号光I，经光电转换变成电信号，再经放大滤波分开后输入单片机，在单片机内进行比较，模数转换，I-C曲线拟合，并用数码管实时显示浓度数值，因此可以动态地测量粉尘浓度，当浓度达到阀值时进行报警。

6、本仪器的特点：采用抗干扰能力强的激光作光源，利用粉尘对激光的吸收和散射作用，由衰减光或散射光中获得浓度信号，采用补偿法消除电源波动，元件性能改变，粉尘污染以及环境干扰，利用单片机进行数据处理，能够保证测量精度，实现自动化，可连续监测粉尘浓度，并具有报警功能。