[发明专利]一种基于调制散射光强的颗粒物浓度测量装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种基于调制散射光强的颗粒物浓度测量装置，包括激光光源模块、光电转换模块、数据采集模块、数据处理模块和系统控制模块；激光光源模块前端设有准直元件，光电转换模块设置在待测区域的前向小角15°处；激光光源模块发出的激光经准直元件准直后穿过待测区域，待测区域中的颗粒物对入射激光进行散射，散射光强被布置在待测区域前向小角15°处的光电转换模块接收，光电转换模块将光信号转化成为电信号后经数据采集模块A/D转换后进入数据处理模块处理；系统控制模块通过数字调制信号发生器发生调制信号对激光光源模块发出的激光进行正弦调制。本发明还公开了一种基于调制散射光强的颗粒物浓度的测量方法。

技术领域

本发明涉及一种基于调制散射光强的颗粒物浓度测量装置，还涉及上述测量装置基于调制散射光强对颗粒物浓度的测量方法，属于光电检测技术领域。

背景技术

工业生产中大量使用煤炭、石油等燃料，带来的烟尘污染对人类生活环境造成的危害是巨大的。2015年新环保法开始实施，2016年修订后的大气污染防治法全面实施，基本法的陆续出台加强了排污监管，将提振大气污染治理市场整体活跃度。火电厂烟气排放标准进一步下调的相关政策密集出台，超低排放改造市场开始启动。通过以上分析可知，国家对于工业烟粉尘排放表现出热切的关注与严格的要求，行业排放标准一再提升。通过对工业粉尘、烟尘在线监测，从而对污染源进行有效控制，已经成为现代化环境监控及环境科学管理的有效手段。为了进行实时准确的监测，迫切需要能应用在普遍工业场合的高科技粉尘连续监测分析仪器。因此开发研究新的颗粒物浓度测量技术有很重要的科学意义和应用前景。

到目前为止，人们已经发展了许多基于各种不同原理的颗粒测量方法和测量系统。这些测量方法大致可以分为扰动法和非扰动法两大类。扰动法通常需要对颗粒进行人工采样，一方面增加了劳动强度，另一方面，采样过程将会破坏颗粒物流场。更重要地，用作试样的颗粒能否具有典型性和代表性是扰动法用于颗粒物测量遇到的最大挑战。另外，在要求进行全场实时测量的场合，扰动法显然是无能为力。

非扰动法包括电容法、电荷法、光透射法和光散射法等。电容法的基本原理是固体颗粒的介电常数比气体大得多，在测试区域内，固体颗粒的存在将增大介质的相对介电常数，从而是电容量增大，因而可以通过测量电容量的变化测量颗粒浓度。该方法的问题在于整体感应性较低，易受环境影响，颗粒物流动特性的改变也会引起电容量的变化，从而导致测量误差。电荷法是是颗粒在流动过程中带电，颗粒浓度的变化将引起电荷量产生变化，借此原理可以得到颗粒物浓度。电荷法应用的难点在于湿度、颗粒物理和化学性质、管道尺寸都能对影响电荷的产生。光透射法通过测量激光透过含有颗粒物的烟气后，光强出现的衰减来测量颗粒物浓度。光透射法在较高烟尘浓度的测量范围内测量精度较高，而在烟尘浓度较低的测量范围内，测量结果就会出现较大的误差。光散射法的测量原理为：当光投射到测量对象上时，测量对象中的微小颗粒发生散射现象。在测量系统和测量对象的性质不变的条件下，一定浓度范围内散射光强度值与颗粒浓度呈正比。烟气中粉尘浓度测量法通常是通过测量粉尘散射光强度，再根据浓度与光强值之间的函数关系求解最终的质量浓度。相比较光透射法，光散射法在较低颗粒浓度范围时测量精度更高，灵敏度也更高。

传统的颗粒物浓度测量装置，其激光光源采用稳定的光强测量，即采集到的光强信号为一个直流偏置，这样的方式容易受到多方面因素的影响，进而将误差传递到颗粒物浓度的测量值。浓度的测量主要依赖于散射光强的测量，而稳定入射光强下散射光强的大小由直流偏置大小直接反映，因而入射光光强的变化会影响到散射光强的变化，进而影响到测量结果。入射光强可能受到的影响主要来源于两个方面：①光路系统的机械振动引起的入射光源光强变化；②自然光与50Hz工频干扰耦合在入射光光强上，影响散射光光强变化。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种基于调制散射光强的颗粒物浓度测量装置。

本发明还要解决的技术问题是提供上述测量装置基于调制散射光强对颗粒物浓度的测量方法，该方法能够极大的提高测量信号的信噪比，适用于在工业现场实现颗粒物浓度的监测。