[发明专利]一种探入式收发一体光纤粉尘浓度测量装置及方法

权利要求书

1.一种探入式收发一体光纤粉尘浓度测量装置，其特征在于：该装置包括收发一体光纤测量探头部分(1)和信号发生与处理控制部分(2)，其中收发一体光纤测量探头部分(1)包括Y型探头光纤束(11)、接收端探测光纤束(111)、发射端光源光纤束(112)、透镜(113)、测量探头尖端(12)、反射镜(122)和光纤耦合器(13)，信号发生与处理控制部分(2)包括激光器(21)、激光驱动器(22)、温度控制器(23)、主控制器(24)、显示器(25)、雪崩式探测器(26)、信号处理器(27)和数据采集装置(28)；其中：

Y型探头光纤束(11)由若干发射端光源光纤束(112)和若干接收端探测光纤束(111)通过光纤耦合器(13)汇聚构成，所述Y型探头光纤束(11)的汇聚端与测量探头尖端(12)嵌套连接，测量探头尖端(12)为周向开设有若干壁孔的中空圆柱结构，采用吸光材料制备，并且均进行磨砂发黑处理，Y型探头光纤束(11)汇聚端的前端依次设有透镜(113)和反射镜(122)，透镜(113)和反射镜(122)中间区域，测量探头尖端(12)内的中空圆柱结构即为探头测量空间(121)；

主控制器(24)的输出端与激光驱动器(22)和温度控制器(23)输入端连接，激光驱动器(22)和温度控制器(23)输出端与激光器的输入端连接，所述激光器(21)的输出端通过光纤跳线与发射端光源光纤束(112)连接，所述接收端探测光纤束通过光纤跳线与雪崩式探测器(26)的输入端连接，所述雪崩式探测器(26)的输出端通过信号处理器(27)与数据采集装置(28)的输入端连接，所述数据采集装置(28)和主控制器(24)交互式连接，所述显示器(25)的输入端与主控制器(24)的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的探入式收发一体光纤粉尘浓度测量装置，其特征在于：发射端光源光纤束(112)的数目为1，接收端探测光纤束(111)的数目为6-12，所述发射端光源光纤束(112)和接收端探测光纤束(111)在Y型探头光纤束(11)的汇聚端截面上的几何分布为均匀有规则的形状，接收端探测光纤束(111)均匀分布在发射端光源光纤束(112)周围。

3.根据权利要求1所述的探入式收发一体光纤粉尘浓度测量装置，其特征在于：测量探头尖端(12)内反射镜(122)到Y型探头光纤束(11)汇聚端透镜(113)的放置方式沿中轴线方向进行限定，反射镜(122)与Y型探头光纤束(11)汇聚端透镜(113)距离在0～5cm之间。

4.根据权利要求1所述的探入式收发一体光纤粉尘浓度测量装置，其特征在于：测量探头尖端(12)采用吸光材料制备，并且均进行磨砂发黑处理。

5.一种探入式收发一体光纤粉尘浓度测量装置的测量方法，根据权利要求1所述的一种探入式收发一体光纤粉尘浓度测量装置，其特征在于，包括以下顺序的步骤：

步骤a、首先将测量探头尖端(12)通过夹具进行固定，安装到受保护结构测试设备中，测量探头尖端(12)应合理布置在复杂受限空间中；

步骤b、主控制器(24)发出指令，通过激光驱动器(22)驱动激光器(21)，通过温度控制器(23)使激光器(21)处于恒定的工作温度，并对激光器(21)进行恒定光强控制；

步骤c、稳定后的激光器(21)发出的激光信号通过发射端光源光纤束(112)进入探头测量空间(121)，经透镜(113)聚焦后，照射到探头测量空间(121)内部的粉尘环境中，然后经过反射镜(122)的反射，再次照射到探头测量空间(121)内部的粉尘环境中，实现激光信号在测量探头尖端(12)内部粉尘环境中的双程光路传输；

步骤d、从探头测量空间(121)内部待测粉尘出射的激光信号经透镜(113)聚焦后通过接收端探测光纤束(111)传输到雪崩式探测器(26)；

步骤e、雪崩式探测器(26)将接收到的激光信号转换成电信号，并发送给信号处理器(27)，信号处理器(27)对滤波和放大处理，通过数据采集装置(28)以一定的采集频率进行浓度信号采集；

步骤f、主控制器(24)通过对输出电信号进行处理，得到输出信号与原始信号之比，根据朗伯-比尔定律，建立透射率与粉尘浓度之间的关系，最终得到粉尘浓度在显示器(25)上进行实时显示。