專利名稱：氣體濁度和含塵濃度的在線監(jiān)測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種用半導(dǎo)體激光二極管作光源，對(duì)各種氣體的濁度或所含粉塵濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè)儀。
目前，國內(nèi)外測(cè)量氣體含塵量的方法，大體分為兩大類沉降法和非沉降法。沉降法雖然具有直接測(cè)量氣體中粉塵的質(zhì)量濃度的優(yōu)點(diǎn)，但由于它不能自動(dòng)、連續(xù)測(cè)量，尤其無法實(shí)現(xiàn)污染源的在線監(jiān)測(cè)，且操作繁瑣，測(cè)量誤差大，已遠(yuǎn)不適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)要求。非沉降法監(jiān)測(cè)手段，近年來發(fā)展較塊，在非沉降法中利用光學(xué)原理制造的無接觸在線監(jiān)測(cè)儀在國外已廣泛使用。此類儀器的監(jiān)測(cè)方法主要分為光透射法和光散射法兩種，國內(nèi)外諸多此類儀器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)各不相同，為了克服影響測(cè)量精度的諸多因素，提高監(jiān)測(cè)精度所采取的技術(shù)措施的水平和效果互不一樣，綜合起來看，此類現(xiàn)有的商品化儀器均有待進(jìn)一步完善，有的存在著明顯的不足或缺陷，例如，如何有效地消除由于窗面積灰污染造成的測(cè)量誤差，這是國內(nèi)外同類儀器普遍存在的問題，也是影響該類儀器測(cè)量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵問題之一。如德國DURAG公司生產(chǎn)的D——R216濁度儀，雖然在測(cè)量系統(tǒng)中加入了鼓風(fēng)機(jī)，對(duì)窗面進(jìn)行鼓風(fēng)隔離，但杜絕不了窗面的慢積灰污染，使用中仍存在由此造成的測(cè)量誤差。美國生產(chǎn)的M400型和DYNATRON1100型濁度儀，雖增加了窗面狀態(tài)探測(cè)器，由于探測(cè)器光敏面的污染，沒有采取措施克服，也不可能有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。如內(nèi)蒙古電力試驗(yàn)研究所的JFN-2型粉塵濃度計(jì)，以He-Ne激光器作光源，采用雙光源、單光程對(duì)測(cè)系統(tǒng)，可自動(dòng)補(bǔ)償光源、電壓波動(dòng)及電子元器件性能變化引起的誤差，但窗面污染造成的誤差無法補(bǔ)償，且不適合振動(dòng)較大的場(chǎng)合，再者，用He-Ne激光器作光源壽命較短。
本實(shí)用新型的目的是提供一種集先進(jìn)的激光技術(shù)、光纖技術(shù)、鎖相技術(shù)和微機(jī)技術(shù)為一體，能自動(dòng)補(bǔ)償由于窗面積灰、電源電壓和光源強(qiáng)度波動(dòng)、探測(cè)器及電子元器件性能變化、煙道振動(dòng)和變形以及煙氣湍流效應(yīng)引起的光束漂移和擴(kuò)斑等多種因素造成的誤差，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣體濁度和含塵濃度的在線監(jiān)測(cè)儀。
該在線監(jiān)測(cè)儀包括光路和光電轉(zhuǎn)換部分、空氣凈化部分、模擬信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)處理單元，光路和光電轉(zhuǎn)換部分包括激光器1，光路的發(fā)射端2、光路的接收端7，光電轉(zhuǎn)換器4、8，光纖耦合器5、6，傳輸光纖25，空氣凈化部分包括空氣凈化室10、11，空氣濾清器12、13，模擬信號(hào)處理單元包括前置放大器3、9，電源14，接線盒15，模擬信號(hào)處理器16，數(shù)據(jù)處理單元包括A/D轉(zhuǎn)換器17，單片機(jī)18，數(shù)碼顯示器19，微型打印機(jī)20，模擬量指示器21，模擬量輸出22，聲、光報(bào)警裝置23組成，其凈化室10、11對(duì)稱放置在被測(cè)氣體的兩側(cè)分別與空氣濾清器12、13聯(lián)接，激光器1發(fā)出的光束進(jìn)入光路部分的發(fā)射端2，光路系統(tǒng)的發(fā)射端2發(fā)出的光信號(hào)一部分經(jīng)凈化室10、被測(cè)氣體、凈化室11射向光路部分的接收端7，一部分經(jīng)光纖耦合器5、光纖25、光纖耦合器6傳輸射向光路部分的接收端7，其光信號(hào)交替的進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器8，光電轉(zhuǎn)換器8輸出的交流電信號(hào)進(jìn)入前置放大器9，發(fā)射端的另一部分光直接經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器4輸出，其電信號(hào)進(jìn)入前置放大器3，前置放大器3、9輸出的信號(hào)分別經(jīng)接線盒15與模擬信號(hào)處理器16聯(lián)接，模擬信號(hào)的輸出端經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器17進(jìn)入單片機(jī)18進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示和打印測(cè)量結(jié)果。
光路發(fā)射端2包括平面全反鏡27、30、33、34、第一析光鏡29、第二析光鏡36、會(huì)聚透鏡35、調(diào)制盤28、切光盤32、保護(hù)窗片37，光路接收端包括保護(hù)窗片38、會(huì)聚透鏡39，由激光器1發(fā)射出的光經(jīng)全反鏡27反射，反射光經(jīng)調(diào)制28、第一析光鏡29分成透射光和反射光，其中透射光經(jīng)反射鏡30和切光盤32射向第二析光鏡36，一部分為透射光記作Ir，一部分為反射光記作I0，透射光經(jīng)發(fā)射端保護(hù)窗片37穿透被測(cè)氣體進(jìn)入接收端，經(jīng)接收端保護(hù)窗片38和會(huì)聚透鏡39入射到光電轉(zhuǎn)換器8上，反射光經(jīng)會(huì)聚透鏡35入射到探測(cè)器4上，來自第一析光鏡29的反射光經(jīng)切光盤32、全反鏡34、33射向第二析光鏡36，一部分為透射光記作Ir′，一部分為反射光記作I0′，透射光經(jīng)保護(hù)窗片37進(jìn)入光纖耦合器5經(jīng)光纜25傳輸?shù)浇邮斩嗽俳?jīng)接收端的光纖耦合器6、保護(hù)窗片38和會(huì)聚透鏡39入射到光電轉(zhuǎn)換器8上，反射光經(jīng)會(huì)聚透鏡35入射到光電轉(zhuǎn)換器4上，光電轉(zhuǎn)換器4與前置放大器3聯(lián)接，光電轉(zhuǎn)換器8與前置放大器9聯(lián)接，在切光盤上開有一個(gè)小孔，與光電耦合器裝配定位。光纖耦合器的頭部加裝防塵套筒40。其激光器采用半導(dǎo)體激光器。
該在線監(jiān)測(cè)儀具有以下優(yōu)點(diǎn)1.由于在收、發(fā)兩端的保護(hù)窗片之間跨接一根光纖，對(duì)一束參考光進(jìn)行耦合傳輸，構(gòu)成單光源、單光程、雙光束系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)測(cè)量，有效的克服了窗面積灰所造成的測(cè)量誤差，提高了測(cè)量精度。
實(shí)現(xiàn)相關(guān)測(cè)量原理及求值公式如下把光路分成如圖4所示的L1、L2、L3三段，設(shè)測(cè)量光和參考光各分段處的光強(qiáng)分別為I0、Ir1、Ir2、Ir3和I0′、Ir1′、Ir2′、Ir3′，根據(jù)朗伯——比爾定律，各光程段的透光率分別表示為測(cè)量光路T1＝Ir1/I0＝e-β1·L1T2＝Ir2/Ir1＝e-β2·L2T3＝Ir3/Ir2＝e-β3·L3參考光路T1′＝Ir1′/I0′＝e-β1′·L1′T2′＝Ir2′/Ir1′＝e-β2′·L2′T3′＝Ir3′/Ir2′＝e-β3′·L3′兩光路的總透過率分別為T＝T1·T2·T3-Ir3/I0＝e-β1·L1·e-β2·L2·e-β3·L3(1)T′＝T1′·T2′·T3′＝Ir3′/I3′＝e-β1′·L1′·e-β2′·L2′·e-β3′·L3′(2)兩束光經(jīng)過L1、L3兩段光程所造成的衰減是來自窗片和窗片上的積灰及透鏡39。而窗片是等厚的，窗片上的積灰是由無規(guī)則的飛灰漫污染造成，積灰分布可看作是均勻的，兩束光在透鏡的入射點(diǎn)調(diào)到等厚位置，在這兩段光程上的其余部分處在儀器的密封空間，對(duì)光衰減無作用，所以β1·L1＝β1′·L1′，β3·L3＝β3′·L3′，
因此(1)/(2)為(Ir3·I0′)/(I0·Ir3′)＝e-β2·L2/e-β2′·L2′式中β2′·L2′為已知數(shù)，故e-β2′·L2′為一常數(shù)，以K表示，稱為傳輸光纖的耦合系數(shù)，即 煙氣的濁度為Q＝1-T煙=1Ir3·I0Ir3·I0·K--------(4)]]>式(3)中β2＝α.C，α-單位濃度的煙氣在單位長(zhǎng)度上對(duì)光的衰減系數(shù)C-煙氣的質(zhì)量濃度即e-α·C·L2=Ir3·I0′I0·Ir3′·K]]>該式兩邊取對(duì)數(shù)變換得出煙氣的質(zhì)量濃度表達(dá)式為 (式(5)中α的大小取決于含塵微粒的特性，而其特性又取決于煤種、鍋爐和除塵器的工況等。對(duì)于單一煤種或參比固定的混合煤，在鍋爐及除塵器工況基本穩(wěn)定的前提下，α可視為一常數(shù)，其值通過標(biāo)定求出)，由上述求值公式推導(dǎo)的結(jié)果看出實(shí)現(xiàn)雙光路相關(guān)測(cè)量，可自動(dòng)消除窗面污染造成的測(cè)量誤差，同時(shí)也大大減少了儀器的維護(hù)次數(shù)。
2.由于窗片的外側(cè)面與光纖耦合鏡處于同一空間，對(duì)含塵氣體而言都是暴露的，故對(duì)窗面污染的同時(shí)光纖耦合鏡同樣受到污染，因此在光纖耦合頭的前部加裝一半封閉防塵套筒，筒長(zhǎng)與內(nèi)徑按一定比例設(shè)計(jì)，有效地克服了光纖耦合鏡的積灰污染問題，保證了相關(guān)測(cè)量的效果及準(zhǔn)確度。
3.由于采用半導(dǎo)體激光器，光束的發(fā)散度小，光強(qiáng)集中，有利于光電轉(zhuǎn)換器全接收，并且耗電低，發(fā)熱量小，壽命長(zhǎng)。光路系統(tǒng)設(shè)計(jì)成收、發(fā)分置的單程結(jié)構(gòu)，易于保證全接收從而提高監(jiān)測(cè)精度，同時(shí)對(duì)光源的輸出功率和發(fā)散度要求較低，便于安裝、調(diào)試和維修。
4.光路中采用同步電機(jī)帶動(dòng)切光盤，使測(cè)量光束和參考光束自動(dòng)切換、相繼輸出，實(shí)現(xiàn)了兩光路信號(hào)合用一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器和同一個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)，經(jīng)歸一化處理，有效的克服了由于光電轉(zhuǎn)換器性能的變化，電子元件的老化、溫漂，電源電壓及光源波動(dòng)等造成的測(cè)量誤差。
5.接收端的會(huì)聚透鏡設(shè)計(jì)成足夠大，保證光線全接收，有效地克服了由于煙道振動(dòng)、形變以及煙氣湍流效應(yīng)引起的光束擴(kuò)斑和漂移等因素造成的測(cè)量誤差。
6.由于測(cè)量光束和參考光束交替的進(jìn)入和脫開切光盤的測(cè)量區(qū)和阻擋區(qū)，使透射到光電轉(zhuǎn)換器上的光強(qiáng)按相同周期出現(xiàn)由小到大和由大到小的變化，由此產(chǎn)生的大小交替變化的電信號(hào)經(jīng)鎖相放大器處理時(shí)，由于低通濾波器的時(shí)間常數(shù)的影響，使輸出波形形成一定寬度的前后沿，為避免計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)時(shí)，在沿上取樣造成誤差，在切光盤的一定位置上開有一個(gè)通孔，與光電耦合器裝配定位，切光盤每轉(zhuǎn)一周就給出一個(gè)同步采集信號(hào)，確保同步數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度，避免了由于切光盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)造成的積累誤差，提高了測(cè)量精度。
7.利用煙道負(fù)壓，裝置中省去了鼓風(fēng)機(jī)，用空氣濾清器，靠煙道內(nèi)外壓差，形成自然吸風(fēng)隔離，保護(hù)窗片，免受煙氣污染，進(jìn)風(fēng)量的大小由裝在空氣濾清器進(jìn)口處的風(fēng)門調(diào)節(jié)。
8.該儀器采用單頻鎖相放大器進(jìn)行模擬信號(hào)處理，大大提高了儀器的監(jiān)測(cè)靈敏度和分辨力。
9.采用8098單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制，提高了儀器的性能價(jià)格比。
10.該儀器能適應(yīng)灰(粉)塵、振動(dòng)、高溫等惡劣現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境，可廣泛應(yīng)用于火電廠、冶金、化工、水泥、紡織等工業(yè)部門的煙氣濁度、濃度或環(huán)境空氣含塵量的連續(xù)監(jiān)測(cè)。也可根據(jù)用戶要求做成便攜式，進(jìn)行巡回測(cè)量。因此，該儀器是污染源在線監(jiān)測(cè)或巡回檢測(cè)的理想儀器，也是與中央處理機(jī)配接構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)除塵節(jié)能的關(guān)鍵設(shè)備。另外，采取一定措施，該儀器還可安裝在各種工業(yè)鍋爐除塵器入口處的煙道壁上，一方面實(shí)現(xiàn)了除塵效率的實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量，又可實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐運(yùn)行工況的連續(xù)監(jiān)測(cè)和提供鍋爐燃燒自動(dòng)調(diào)整的反饋信號(hào)。
結(jié)合下列附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明

圖1為本監(jiān)測(cè)儀的結(jié)構(gòu)框圖圖2為監(jiān)測(cè)儀的光路和光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)圖圖3為光信號(hào)波形圖圖4為光纖耦合器示意圖圖5為單光程雙光束光路示意圖圖6為模擬信號(hào)處理單元結(jié)構(gòu)框圖圖7為模擬信號(hào)處理單元輸出波形圖圖8為二次儀表的前面板示意圖圖9為二次儀表的后面板示意圖圖10為數(shù)據(jù)處理單元結(jié)構(gòu)框圖圖中1——激光器 2——光路發(fā)射端7——光路接收端 4、8——光電轉(zhuǎn)換器5、6——光纖耦合器 10、11——空氣凈化室12、13——空氣濾清器 3、9——前置放大器14——電源 15——接線盒16——模擬信號(hào)處理器 17——A/D轉(zhuǎn)換器
18——單片機(jī) 19——數(shù)碼顯示器20——微型打印機(jī) 21——模擬量指示器22——模擬量輸出(0～5V) 23——聲、光報(bào)警裝置24——聯(lián)接法蘭 25——傳輸光纖26——煙道壁 27、30、33、34——平面全反鏡29——第一析光鏡 36——第二析光鏡35、39——會(huì)聚透鏡 28——調(diào)制盤32——切光盤 37、38——保護(hù)窗片31——光電耦合器 40——防塵套筒41——光纖耦合頭 42——傳輸光纜AC1、AC2——交流放大器 DC1、DC2——直流放大器PSD1、PSD2——相敏檢波器 LPF1、LPF2——低通濾波器φ——移相器～～ ～～Vr、Vr′——交流電壓測(cè)量信號(hào) V0、V0′——交流電壓參考信號(hào)Vr、Vr ′——直流電壓測(cè)量信號(hào)V0、V0′——直流電壓參考信號(hào)52——濁度值指示燈 53——濃度值指示燈54——電壓表 55——電流表56——16位數(shù)字鍵 57——四位功能鍵58——電源開關(guān) 59——電壓指示轉(zhuǎn)換開關(guān)60——功能選擇開關(guān) 62——報(bào)警指示燈63——同步采集指示燈 64——電源插座65——保險(xiǎn)絲管座 67——輸入接口(連一次儀表)70——同步采集電路 71——整形電路72——8098單片機(jī) 73——I/O接口(1)
74——功率放大器75——存儲(chǔ)器76——I/O接口(2)77——光電隔離器圖1中虛線框I為監(jiān)測(cè)儀的發(fā)射端，虛線框II為監(jiān)測(cè)儀的接收端，虛線框III為監(jiān)測(cè)儀的二次儀表，在被測(cè)煙氣通道的直管段上兩對(duì)測(cè)各開一小孔，此孔開在被測(cè)煙氣通道的中心部位，要求測(cè)孔前的直管段大于測(cè)孔后的直管段，將事先加工好的兩只法蘭盤分別焊接在小孔上，然后與空氣濾清器及儀器測(cè)量頭的發(fā)射端和接收端依次聯(lián)接，在兩法蘭之間的不同方位上墊加金屬薄片一次性調(diào)節(jié)好測(cè)量頭的方位，使光路對(duì)準(zhǔn)，將配有金屬軟管保護(hù)的光纖環(huán)繞并垂直煙道走線，光纖兩端分別聯(lián)接在發(fā)射端和接收端上，根據(jù)煙道內(nèi)負(fù)壓的大小，調(diào)節(jié)空氣濾清器的風(fēng)門開度，接好供電電源、接線盒、二次儀表，供電電源為交流220V。
圖2中左邊虛線框內(nèi)為光路系統(tǒng)的發(fā)射端，右邊虛線框內(nèi)為光路系統(tǒng)的接收端，光路中采用每秒1轉(zhuǎn)的同步電機(jī)帶動(dòng)切光盤，使測(cè)量光束和參考光束自動(dòng)切換、相繼輸出，實(shí)現(xiàn)了兩光路合用一個(gè)探測(cè)器和同一個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)。
圖3中示出了A～H8個(gè)點(diǎn)的光信號(hào)波形圖，其中IA波形圖為采用半導(dǎo)體激光器1發(fā)出的光信號(hào)波形圖，IB波形圖為經(jīng)過調(diào)制盤28調(diào)制后的光信號(hào)波形圖，IC、ID、IE、IF波形圖為經(jīng)過切光盤后的波形圖，IG為光信號(hào)在探測(cè)器9上的波形圖，IH為光信號(hào)在探測(cè)器3上的波形圖。
圖4示出了光纖耦合器示意圖，在光纖耦合頭的前部加裝一半封閉的防塵套筒，筒長(zhǎng)與內(nèi)徑按一定比例設(shè)計(jì)。
圖5示出了單光程雙光束系統(tǒng)示意圖，參照此圖推導(dǎo)出了本監(jiān)測(cè)儀的相關(guān)求值公式。
圖6由交流放大器AC1、相敏檢波器PSD1、低通濾波器LPF1、直流放大器DC1組成鎖相放大通道，交流放大器AC2、相敏放大器PSD2、低通濾波器LPF2、直流放大器DC2組成同步解調(diào)通道，移相器一端接在交流放大器AC2與相敏放大器PSD2之間，另一端與相敏放大器PSD1聯(lián)接。交流放大器AC、相敏檢波器PSD、低通濾波器LPF、直流放大器DC均為常規(guī)電路。
圖7是模擬信號(hào)處理器的輸出波形圖，由光電耦合器通過切光盤的小孔1秒鐘產(chǎn)生一個(gè)脈沖其幅值記作Vs，作為計(jì)算機(jī)的外部中斷信號(hào)使計(jì)算機(jī)開始同步采集電壓信號(hào)Vr、V0、Vr′、V0′并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
圖8中57為4個(gè)功能鍵，包括復(fù)位鍵Reset、上翻鍵Last、下翻鍵Next、執(zhí)行鍵Exec，60為功能選擇鍵，共有0～9十個(gè)狀態(tài)，0為靜態(tài)調(diào)試時(shí)光纖耦合系數(shù)的運(yùn)算，1為濁度運(yùn)算，2為濃度運(yùn)算，其它狀態(tài)備用。
圖10示出了數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，由光路系統(tǒng)中的光電耦合器通過切光盤的小孔1秒鐘產(chǎn)生1個(gè)脈沖信號(hào)，經(jīng)同步采集電路70、整形電路71與單片機(jī)連接，1秒鐘給單片機(jī)一個(gè)脈沖信號(hào)Vs，同時(shí)由鎖相放大通道、同步解調(diào)通道輸出的電壓信號(hào)V0、V0′、Vr、Vr′進(jìn)入單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換器，8098單片機(jī)經(jīng)總線與兩個(gè)I/O接口聯(lián)接，I/O(1)接口一路經(jīng)功率放大器74與數(shù)碼顯示管19聯(lián)接，一路經(jīng)鍵盤56與數(shù)碼顯示管19聯(lián)接，I/O(2)接口直接與功能選擇鍵60、打印機(jī)20連接，且經(jīng)光電隔離器77與聲光報(bào)警裝置23聯(lián)接，存儲(chǔ)器75、模擬量輸出22直接與單片機(jī)聯(lián)接。
儀器安裝好后，首先打開測(cè)量頭的電源由半導(dǎo)體激光器(1)發(fā)出的一束波長(zhǎng)為670nm、近場(chǎng)光斑直徑為φ5的平行光，經(jīng)全反鏡(27)射向調(diào)制盤(28)被調(diào)制成1KH2的交變光，此交變光經(jīng)析光鏡(29)，將一束光分成兩束(透射光和反射光)，分束比為4∶1，透射光經(jīng)全反鏡(30)和切光盤(32)射向分束比為9∶1的析光鏡(36)，將10％的光強(qiáng)經(jīng)聚透鏡(35)入射到探測(cè)器(硅光電池)(4)上，將另一部分光強(qiáng)經(jīng)發(fā)射端保護(hù)窗片(37)穿透被測(cè)煙道氣體進(jìn)入接收端，經(jīng)接收端保護(hù)窗片(38)和聚光鏡(39)入射到探測(cè)器(8)上。來自析光鏡(29)的一束反射光經(jīng)切光盤(32)、全反鏡(34)、(33)射向析光鏡(36)，將10％的反射光經(jīng)聚光鏡(35)入射到探測(cè)器(4)上，而另一部分透射光經(jīng)保護(hù)窗片(37)進(jìn)入光纖耦合頭(5)，經(jīng)光纜(25)傳輸?shù)浇邮斩说墓饫w耦合頭(6)，再經(jīng)接收端的保護(hù)窗片(38)和聚透鏡(39)入射到探測(cè)器(8)上。
入射到探測(cè)器(4)上的光信號(hào)記作Io和Io′，入射到探測(cè)器(8)上的光信號(hào)記作Ir和Ir′，這四個(gè)信號(hào)經(jīng)探測(cè)器轉(zhuǎn)換后成相應(yīng)的四個(gè)電壓信號(hào)記作Vo、Vo′、Vr、Vr′，分別經(jīng)前置放大器(3)、(9)放大后經(jīng)傳輸電纜傳輸?shù)蕉蝺x表的同步調(diào)解通道和鎖相放大通道。
二次儀表的電源58打開后，首先通過數(shù)字鍵56設(shè)定工作日期，打印時(shí)間(多長(zhǎng)時(shí)間打印一次)，判斷年月日設(shè)置正確否，設(shè)置完成后，顯示器恢復(fù)初始狀態(tài)，6位數(shù)碼管顯示器51顯示00.0000，程序循環(huán)等待響應(yīng)外部中斷，計(jì)算機(jī)1秒鐘開一次中斷，運(yùn)行外部中斷子程序，將進(jìn)行模擬信號(hào)處理后的電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，由8098單片機(jī)根據(jù)不同的功能選擇進(jìn)行相應(yīng)的函數(shù)運(yùn)算，操作功能鍵60選擇0時(shí)為靜態(tài)調(diào)試時(shí)光纖耦合系數(shù)的運(yùn)算，選擇1時(shí)為濁度運(yùn)算，濁度指示燈52亮，選擇2時(shí)為濃度運(yùn)算，濃度指示燈53亮，連續(xù)測(cè)量結(jié)果由數(shù)碼管顯示、表頭指示和打印記錄。若濁度或濃度值超過規(guī)定值時(shí)進(jìn)行聲、光報(bào)警。調(diào)節(jié)電壓指示轉(zhuǎn)換開關(guān)59可檢查二次儀表的各工作電壓。
權(quán)利要求1.一種氣體濁度和含塵濃度的在線監(jiān)測(cè)儀，其特征在于它包括光路和光電轉(zhuǎn)換部分、空氣凈化部分、模擬信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)處理單元，光路和光電轉(zhuǎn)換部分包括激光器1，光路的發(fā)射端2、光路的接收端7，光電轉(zhuǎn)換器4、8，光纖耦合器5、6，傳輸光纖25，空氣凈化部分包括空氣凈化室10、11，空氣濾清器12、13，模擬信號(hào)處理單元包括前置放大器3、9，電源14，接線盒15，模擬信號(hào)處理器16，數(shù)據(jù)處理單元包括A/D轉(zhuǎn)換器17，單片機(jī)18，數(shù)碼顯示器19，微型打印機(jī)20，模擬量指示器21，模擬量輸出22，聲、光報(bào)警裝置23組成，其凈化室10、11對(duì)稱放置在被測(cè)氣體的兩側(cè)分別與空氣濾清器12、13聯(lián)接，激光器1發(fā)出的光束進(jìn)入光路系統(tǒng)的發(fā)射端2，光路系統(tǒng)的發(fā)射端2發(fā)出的光信號(hào)一部分經(jīng)凈化室10、被測(cè)氣體、凈化室11射向光路系統(tǒng)的接收端7、一部分經(jīng)光纖耦合器5、光纖25、光纖耦合器6傳輸射向光路系統(tǒng)的接收端7，其光信號(hào)交替的進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換器8，光電轉(zhuǎn)換器8輸出的交流電信號(hào)進(jìn)入前置放大器9，發(fā)射端的另一部分光直接經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器4輸出，其電信號(hào)進(jìn)入前置放大器3，前置放大器3、9輸出的信號(hào)分別經(jīng)接線盒15與模擬信號(hào)處理器16聯(lián)接，模擬信號(hào)的輸出端經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器17進(jìn)入單片機(jī)18進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示和打印測(cè)量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)儀，其特征在于光路發(fā)射端2包括平面全反鏡27、30、33、34、第一析光鏡29、第二析光鏡36、會(huì)聚透鏡35、調(diào)制盤28、切光盤32、保護(hù)窗片37，光路接收端包括保護(hù)窗片38、會(huì)聚透鏡39，由激光器1發(fā)射出的光經(jīng)全反鏡27反射，反射光經(jīng)調(diào)制盤28、第一折光鏡29分成透射光和反射光，其中透射光經(jīng)反射鏡30和切光盤32射向第二析光鏡36，部分為透射光記作Ir，一部分為反射光記作Io，透射光經(jīng)發(fā)射端保護(hù)窗片37穿透被測(cè)氣體進(jìn)入接收端，經(jīng)接收端保護(hù)窗片38和會(huì)聚透鏡39入射到光電轉(zhuǎn)換器8上，反射光經(jīng)會(huì)聚透鏡35入射到探測(cè)器4上，來自笫一析光鏡29的反射光經(jīng)切光盤32、全反鏡34、33射向第二析光鏡36，一部分為透射光記作Ir′，一部分為反射光記作Io′，透射光經(jīng)保護(hù)窗片37進(jìn)入光纖耦合器5經(jīng)光纜25傳輸?shù)浇邮斩嗽俳?jīng)接收端的光纖耦合器6、保護(hù)窗片38和會(huì)聚透鏡39入射到光電轉(zhuǎn)換器8上，反射光經(jīng)會(huì)聚透鏡35入射到光電轉(zhuǎn)換器4上，光電轉(zhuǎn)換器4與前置放大器3聯(lián)接，光電轉(zhuǎn)換器8與前置放大器9聯(lián)接，在切光盤上開有一個(gè)小孔，與光電耦合器裝配定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)儀，其特征在于光纖耦合器的頭部加裝防塵套筒40。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)儀，其特征在于采用半導(dǎo)體激光器。
專利摘要一種氣體濁度和含塵濃度的在線監(jiān)測(cè)儀，其主要特點(diǎn)是(1)集先進(jìn)的激光、光纖、鎖相、微機(jī)等技術(shù)為一體；(2)采用單光程、雙光束且收、發(fā)分置的雙端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在收發(fā)兩端之間跨接光纜，對(duì)參考光進(jìn)行耦合傳輸，實(shí)現(xiàn)相關(guān)測(cè)量；(3)光纖耦合頭的前部加裝半封閉防塵套筒，保證相關(guān)測(cè)量的準(zhǔn)確性；(4)光路中加裝切光盤，使測(cè)量和參考兩束光相繼輸出，實(shí)現(xiàn)兩光束合用一個(gè)探測(cè)器和信號(hào)處理系統(tǒng)；(5)選用體積小、壽命長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器作光源；(6)采用鎖相技術(shù)進(jìn)行模擬信號(hào)處理和8098單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，所以該儀器在惡劣的工作環(huán)境下長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定可靠，測(cè)量精度高，安裝、維護(hù)方便。
文檔編號(hào)G01N21/25GK2218928SQ9421975
公開日1996年1月31日 申請(qǐng)日期1994年8月30日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月30日
發(fā)明者呂心起, 宋吉男, 劉澄 申請(qǐng)人:電力工業(yè)部南京電力環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所