[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

说明书

本发明提供一种探入式收发一体光纤粉尘浓度测量装置及方法，包括收发一体光纤测量探头和信号发生与处理控制模块，收发一体光纤测量探头部分通过光纤线缆与信号发生与处理控制部分连接。收发一体光纤测量探头包括Y型结构的探头光纤束和测量探头尖端，信号发生与处理控制模块包括激光器，激光驱动器，温度控制器，主控制器，显示器，雪崩式探测器，信号处理器和数据采集装置。通过探入式收发一体的光纤测量探头设计，能够使测量端探入到复杂受限空间内的特定测量区域，进行粉尘浓度的测量。这种全光纤光路的测量方式不仅满足了在狭窄空间内的工作条件，而且有效避免了激光器光源，探测器以及信号处理电路等在复杂特殊环境下的不稳定性。

技术领域

本发明涉及粉尘浓度检测技术领域，具体涉及一种探入式收发一体光纤粉尘浓度测量装置及方法。

背景技术

气固两相流流动参数的测量一直以来是一个难题：一方面，各种粉尘浓度的测量方法本身从原理上就有局限性，导致测量结果存在一定的误差。另一方面，粉尘颗粒流动参数测量常常伴随着恶劣的现场条件，大部分测量系统在严格的实验室条件下能获得较好的测量结果，但是现场的实际操作中效果不尽如人意。为验证飞机等交通运输工具动力舱内，干粉灭火系统的可靠性，需要对复杂其受保护空间内的灭火剂颗粒浓度进行实时检测。

目前国内外的各种粉尘检测设备如LD-5C型微电脑激光粉尘仪，ATM-2000激光粉尘浓度仪、JFC-1激光粉尘浓度仪等主要用于大气环境，工业场所中的颗粒物浓度检测，都难以实现在环境恶劣条件下，对复杂受限空间内的高浓度粉尘进行实时测量。在受保护的复杂受限空间的特殊环境，如高温，高湿，震动等因素对测量装置的电子元件的影响，导致信号处理电路的不稳定性，不能保证测量结果的准确性，抗干扰能力差。

在已有技术当中，专利《粉基剂的测量系统》(CN 101858846 A)公布了一种用于干粉剂的测量系统，其干粉剂传感器头在复杂受限空间内高浓度粉尘环境的测量中，梯形扩腔式体内侧极易造成粉尘的堆积，堵塞测量光路，影响测量结果。且其设备控制系统过于复杂，设备不利于小型化携带。专利《一种反射式光纤粉尘浓度测量系统》(CN 106769738 A)提供了一种反射式光纤粉尘浓度测量装置，包括测量部分、光源部分、定向耦合部分、信号转换部分。(刘海强等.基于双光路差分测量法的光纤粉尘浓度测量研究[J].应用光学,2019,40(01):167-171.)。其光学测量部分为固定式，激光调整端与反射端通过连接杆固定连接，适用性差，难以深入复杂受限空间对所需特定区域的高浓度粉尘进行实时检测。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种探入式收发一体光纤粉尘浓度测量装置及方法，通过探入式收发一体的光纤测量探头设计，能够使测量端探入到复杂受限空间内的特定测量区域，进行粉尘浓度的检测。这种全光纤光路的测量方式不仅满足了在狭窄空间内的工作条件，而且有效避免了激光器光源，探测器以及信号处理电路等在复杂特殊环境下的不稳定性，保证了测量结果的准确性，具有较强的抗干扰能力。

本发明的技术方案为：一种探入式收发一体光纤粉尘浓度测量装置，该装置包括收发一体光纤测量探头和信号发生与处理控制模块，所述的收发一体光纤测量探头部分通过光纤线缆与信号发生与处理控制部分连接。所述收发一体光纤测量探头包括Y型探头光纤束和测量探头尖端，所述信号发生与处理控制模块包括激光器，激光驱动器，温度控制器，主控制器，显示器，雪崩式探测器，信号处理器和数据采集装置。

所述Y型探头光纤束由若干发射端光源光纤束和若干接收端探测光纤束通过光纤耦合器汇聚构成，所述Y型探头光纤束的汇聚端与探头尖端嵌套连接，所述测量探头尖端为周向开设有若干壁孔的中空圆柱结构，直通型测量空间能够避免高浓度粉尘环境中的粉尘堆积。其内部位于Y型探头光纤束汇聚端的后端依次设有透镜和反射镜。