本實(shí)用新型屬于煙塵粒度和濃度測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及一種基于多波長多角度激光角散射原理的超低排放煙塵監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

煙塵的顆粒濃度是表征煙塵污染物排放情況的重要參數(shù)之一。目前稱重法為國際上顆粒污染物的通用檢測(cè)方法，由于在線測(cè)量需求，又形成了連續(xù)稱重法、β射線法等實(shí)時(shí)取樣煙塵濃度分析法及電荷法、光散射法等在線濃度分析法。

但是隨著環(huán)境保護(hù)的要求提高及除塵技術(shù)的進(jìn)步，超低排放煙塵濃度及粒度的大幅降低，若采用取樣方法進(jìn)行測(cè)量，單次取樣時(shí)間較長；若采用在線方法進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試誤差較大。

為了解決超低排放煙塵監(jiān)測(cè)問題，通常采用角散射法，該方法是在測(cè)量區(qū)呈角度安裝一個(gè)激光器和一個(gè)光電探測(cè)器，激光器發(fā)出激光照射測(cè)量區(qū)，光電探測(cè)器接收角散射信號(hào)。由于在工業(yè)上通常忽略粒徑對(duì)角散射光強(qiáng)的影響，簡(jiǎn)化認(rèn)為角散射光信號(hào)強(qiáng)度與煙塵濃度成正比，因此，通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定方法獲得比例系數(shù)后，再通過激光初始光強(qiáng)與角散射光信號(hào)的比值即可確定煙塵的濃度。若結(jié)合米散射理論還可計(jì)算得到煙塵的平均粒徑。

但對(duì)于超低排放煙塵而言，粒徑對(duì)角散射光強(qiáng)的影響無法被忽略，因此，目前傳統(tǒng)角散射法及工業(yè)測(cè)量?jī)x器測(cè)量超低排放煙塵誤差較大，并且無法得到粒徑分布(粒度)信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種基于多波長多角度激光角散射原理的超低排放煙塵監(jiān)測(cè)裝置，通過多波長多角度激光角散射方法，來降低現(xiàn)有角散射煙塵監(jiān)測(cè)裝置與方法的測(cè)量下限、提高測(cè)量精度，并且具有在線、非接觸式、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了如下技術(shù)方案：

本實(shí)用新型提供了一種超低排放煙塵監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)煙塵測(cè)量區(qū)中煙塵的粒徑分布和濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具有這樣的技術(shù)特征，包括多波長激光光源部以及多角度光電探測(cè)部。其中，多波長激光光源部具有：多個(gè)激光器，用于同時(shí)發(fā)射不同波長的激光；耦合器，對(duì)不同波長的激光進(jìn)行耦合；以及準(zhǔn)直器，對(duì)耦合后的激光進(jìn)行準(zhǔn)直，得到用于照射到煙塵測(cè)量區(qū)的多波長激光。多角度光電探測(cè)部具有：多個(gè)光電探測(cè)器，分別與準(zhǔn)直器呈一定角度設(shè)置并且可分辨不同波長激光強(qiáng)度，用于接收經(jīng)煙塵顆粒散射后的多波長激光并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；信號(hào)調(diào)制器，接收電信號(hào)并進(jìn)行調(diào)制；以及信號(hào)處理器，對(duì)調(diào)制后的電信號(hào)進(jìn)行處理，得到煙塵的粒徑和濃度。

本實(shí)用新型提供的超低排放煙塵監(jiān)測(cè)裝置，還具有這樣的技術(shù)特征：其中一個(gè)光電探測(cè)器和準(zhǔn)直器處于同一條直線上，位于準(zhǔn)直器的正對(duì)面。

本實(shí)用新型提供的超低排放煙塵監(jiān)測(cè)裝置，還具有這樣的技術(shù)特征：

激光器、耦合器以及準(zhǔn)直器之間通過光纖連接，光電探測(cè)器、信號(hào)調(diào)制器以及信號(hào)處理器之間通過電纜連接。

本實(shí)用新型的信號(hào)處理器的處理原理是米散射理論，由于測(cè)量區(qū)設(shè)定為狹小空間，信號(hào)處理器根據(jù)米散射理論可到光入射情況下的單個(gè)顆粒的散射光強(qiáng)為：

其中，λ為激光波長；r為顆粒到探測(cè)點(diǎn)距離；i(θ)為散射光振幅函數(shù)，是煙塵粒徑D與散射角θ的函數(shù)；I₀為入射光強(qiáng)度。散射角θ為光電探測(cè)器接收的散射光與入射光所成的角度。

因此，特定波長、特定角度激光角散射光散射強(qiáng)度為：

其中，下標(biāo)i為特定激光波長與特定角度組合。通過多波長多角度激光角散射原理的多波長、多角度組合，可建立方程組，求解得到對(duì)應(yīng)的排放煙塵顆粒粒徑，并進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，得到粒徑的數(shù)量分布。

由此可得到顆粒物體積濃度：

其中，V_Di為n個(gè)粒徑D_i顆粒的總體積，V為測(cè)量總體積，V＝S×v，S為光斑面積，v為煙氣流速。

實(shí)用新型作用與效果

根據(jù)本實(shí)用新型提供的超低排放煙塵監(jiān)測(cè)裝置，由于多波長激光光源部具有多個(gè)能夠同時(shí)發(fā)射不同波長激光的激光器，并且多角度光電探測(cè)部中具有與準(zhǔn)直器呈一定角度設(shè)置并且可分辨不同波長激光強(qiáng)度的多個(gè)光電探測(cè)器，使得本實(shí)用新型能夠通過多波長多角度激光角散射方法，針對(duì)超低排放煙塵中的顆粒粒徑分布特征同時(shí)設(shè)定多個(gè)不同的激光波長，進(jìn)而同時(shí)得到多個(gè)角散射信號(hào)，通過對(duì)這些角散射信號(hào)的探測(cè)分析，就能夠得到煙塵測(cè)量區(qū)中煙塵的濃度和粒徑分布。不僅降低了現(xiàn)有角散射煙塵監(jiān)測(cè)裝置與方法的測(cè)量下限、提高測(cè)量精度，而且還具有在線、非接觸式、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的超低排放煙塵監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的超低排放煙塵監(jiān)測(cè)方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖具體本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的超低排放煙塵監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

超低排放煙塵監(jiān)測(cè)裝置100設(shè)置在排放煙塵測(cè)量區(qū)30附近，包括多波長激光光源部10以及多角度光電探測(cè)部20。多波長激光光源部10用來提供測(cè)量光源并照亮測(cè)量區(qū)，多角度光電探測(cè)部20用來多角度探測(cè)激光散射光信號(hào)。

多波長激光光源部10包括多個(gè)激光器、多波長光纖耦合器102、準(zhǔn)直器101，三者通過光纖連接。

激光器1(103)、激光器2(104)……激光器n(105)等多個(gè)激光器發(fā)出的激光經(jīng)多根光纖107傳輸至多波長光纖耦合器102耦合后，再經(jīng)光纖106傳輸至準(zhǔn)直器(101)準(zhǔn)直后發(fā)出多波長激光301，并照射排放煙塵測(cè)量區(qū)30。

多角度光電探測(cè)部20包括通過電纜連接的光電探測(cè)器、信號(hào)調(diào)制單元以及信號(hào)處理單元。

每個(gè)光電探測(cè)器均可分辨不同波長激光強(qiáng)度，這些光電探測(cè)器分別與準(zhǔn)直器呈一定角度設(shè)置，并且其中一個(gè)和準(zhǔn)直器101處于同一條直線上，位于準(zhǔn)直器101正對(duì)面，用于監(jiān)測(cè)入射激光的透射光302光信號(hào)，由于排放煙塵超低濃度，可近似認(rèn)為該透射光的光強(qiáng)即為激光初始入射光強(qiáng)。

在多波長激光301照射排放煙塵測(cè)量區(qū)30內(nèi)的煙塵顆粒發(fā)生光散射后，不同角度的光散射信號(hào)由相應(yīng)的光電探測(cè)器1(201)、光電探測(cè)器2(202)、光電探測(cè)器3(203)……光電探測(cè)器n(204)接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在本實(shí)施例中，光電探測(cè)器1(201)位于準(zhǔn)直器101的正對(duì)面，用于監(jiān)測(cè)初始入射光強(qiáng)，光電探測(cè)器2、3……n與分別與入射光成相應(yīng)的不同角度，用來探測(cè)多角度的激光角散射光303的光信號(hào)。

信號(hào)調(diào)制單元205用來調(diào)制光電探測(cè)產(chǎn)生的電信號(hào)，并將其傳輸至信號(hào)處理單元206處理，得到煙塵粒度與濃度信息。

圖2為本實(shí)施例中的超低排放煙塵監(jiān)測(cè)方法的流程圖。

如圖2所示，超低排放煙塵監(jiān)測(cè)方法包括以下步驟：

步驟1，依據(jù)測(cè)量對(duì)象與要求，確定每個(gè)激光器的工作波長及每個(gè)光電探測(cè)器的安裝角度；

步驟2，打開多波長激光光源部，使得多波長激光照射測(cè)量區(qū)，并觸發(fā)所有光電探測(cè)器工作，接收經(jīng)煙塵顆粒散射后的所述多波長激光，分辨不同波長角散射光的對(duì)應(yīng)強(qiáng)度并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；

步驟3，采用信號(hào)調(diào)制器接收電信號(hào)并進(jìn)行調(diào)制；

步驟4，采用信號(hào)處理器對(duì)調(diào)制后的所述電信號(hào)進(jìn)行處理，得到煙塵的粒徑分布和濃度。

本實(shí)用新型的基于多波長多角度激光角散射原理的超低排放煙塵監(jiān)測(cè)方法的基本原理是米散射理論，由于測(cè)量區(qū)設(shè)定為狹小空間，信號(hào)處理器根據(jù)米散射理論可到光入射情況下的單個(gè)顆粒的散射光強(qiáng)為：

其中，λ為激光波長；r為顆粒到探測(cè)點(diǎn)距離；i(θ)為散射光振幅函數(shù)，是煙塵粒徑D與散射角θ的函數(shù)；I₀為入射光強(qiáng)度。散射角θ為光電探測(cè)器接收的散射光與入射光所成的角度。

因此，特定波長、特定角度激光角散射光散射強(qiáng)度為：

其中，下標(biāo)i為特定激光波長與特定角度組合。通過多波長多角度激光角散射原理的多波長、多角度組合，可建立方程組，求解得到對(duì)應(yīng)的排放煙塵顆粒粒徑，并進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，得到粒徑的數(shù)量分布。

由此可得到顆粒物體積濃度：

其中，V_Di為n個(gè)粒徑D_i顆粒的總體積，V為測(cè)量總體積，V＝S×v，S為光斑面積，v為煙氣流速。

實(shí)施例的作用與效果

根據(jù)本實(shí)施例提供的超低排放煙塵監(jiān)測(cè)裝置，由于多波長激光光源部具有多個(gè)能夠同時(shí)發(fā)射不同波長激光的激光器，并且多角度光電探測(cè)部中具有與準(zhǔn)直器呈一定角度設(shè)置并且可分辨不同波長激光強(qiáng)度的多個(gè)光電探測(cè)器，使得本實(shí)用新型能夠通過多波長多角度激光角散射方法，針對(duì)超低排放煙塵中的顆粒粒徑分布特征同時(shí)設(shè)定多個(gè)不同的激光波長，進(jìn)而同時(shí)得到多個(gè)角散射信號(hào)，通過對(duì)這些角散射信號(hào)的探測(cè)分析，就能夠得到煙塵測(cè)量區(qū)中煙塵的濃度和粒徑分布。不僅降低了現(xiàn)有角散射煙塵監(jiān)測(cè)裝置與方法的測(cè)量下限、提高測(cè)量精度，而且還具有在線、非接觸式、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型不限于具體實(shí)施方式的范圍，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所述的權(quán)利要求限定和確定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本實(shí)用新型構(gòu)思的實(shí)用新型創(chuàng)造均在保護(hù)之列。