本申請(qǐng)屬于電氣控制與煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于光散射法的礦用本質(zhì)安全型粉塵傳感器，更具體地，涉及具有粉塵傳感器的粉塵濃度檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

粉塵(特別是生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵)的危害性較大，長(zhǎng)期吸入高濃度粉塵所引起的塵肺是最常見的職業(yè)??；粉塵中含有的鉛，鎘，砷，錳等毒性元素，在呼吸道溶解被吸收進(jìn)入血液循環(huán)引起中毒；毛塵、棉塵等輕質(zhì)粉塵，在被吸入呼吸道時(shí)，易附著于鼻腔，氣管，支氣管的粘膜，長(zhǎng)期局部刺激作用和繼續(xù)感染引起慢性炎癥。此外，粉塵還會(huì)造成眼疾，皮膚病等，粉塵還具有致癌作用，特別是肺癌。對(duì)于在生產(chǎn)過(guò)程中易產(chǎn)生粉塵的行業(yè)例如煤礦，水泥，面粉加工企業(yè)，醫(yī)藥化工行業(yè)等，還存在空氣中粉塵濃度趨于飽和，在遇靜電或明火情況下發(fā)生爆炸的安全隱患。因此，無(wú)論是從生產(chǎn)安全角度考慮，還是從保護(hù)職工身體健康角度考慮，都需要對(duì)工作場(chǎng)所進(jìn)行粉塵檢測(cè)。

中國(guó)發(fā)明專利ZL200820122691.2公開了一種激光粉塵檢測(cè)儀，其包括具有一進(jìn)氣口和一出氣口的暗室，所述進(jìn)氣口與出氣口之間安裝有兩隔板隔設(shè)的氣體通道，所述暗室一端設(shè)置有由一激光發(fā)生器產(chǎn)生的光源，所述暗室的另一端與所述光源對(duì)應(yīng)依次設(shè)置有一光學(xué)透鏡組和一光電接收器，所述兩隔板上開設(shè)有與所述光源對(duì)應(yīng)的出光孔；所述暗室的出氣口依序連接一抽氣泵、一濕度傳感器和一排氣口；所述光電接收器依序連接一前置放大器、一積分電路、一模數(shù)轉(zhuǎn)換器和一單片機(jī)；然而該激光粉塵檢測(cè)儀的光電接收器接收的是粉塵(顆粒物)的散射光光強(qiáng)度信號(hào)，而隔板上的出光孔大小非常重要，出光孔過(guò)大，當(dāng)氣體顆粒被激光照射后產(chǎn)生的折射或反射的光，不容易被光電接收器接收；出光孔過(guò)小，不利于光電接收器完全的接收散射光光強(qiáng)度信號(hào)，因此，隔板上的出光孔過(guò)大或過(guò)小，都容易影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。且粉塵進(jìn)氣通道垂直設(shè)置，易使得粉塵下降過(guò)快，氣流不穩(wěn)定，影響測(cè)量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)以上技術(shù)的缺陷，提供一種基于光散射法的礦用本質(zhì)安全型粉塵測(cè)量設(shè)備。

根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，提供了基于光散射法的礦用本質(zhì)安全型粉塵傳感裝置，其特征在于包括沿同一軸線布置激光光源(9)、檢測(cè)腔體(11)、風(fēng)機(jī)組件，其中，所述激光光源(9)的出光端與檢測(cè)腔體(11)的一端相連通，所述激光光源(9)所發(fā)射的激光沿所述軸線傳播，其中，所述礦用本質(zhì)安全型粉塵傳感裝置還包括光電轉(zhuǎn)換組件(14)，其與所述軸線垂直地被置于檢測(cè)腔體(11)上方，正對(duì)所述檢測(cè)腔體(11)上部的通孔，其中，所述風(fēng)機(jī)組件用于將待測(cè)空氣引入所述檢測(cè)腔體(11)。

根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，直讀式粉塵濃度檢測(cè)裝置包括風(fēng)機(jī)裝置、采樣頭、激光光源裝置、光電管裝置，攜有LED顯示屏的信號(hào)處理裝置以及殼體，其中，采樣頭與殼體固定，并且探出于殼體外，與信號(hào)接收裝置氣路連接。風(fēng)機(jī)裝置、激光管裝置、光電管裝置和信號(hào)處理裝置設(shè)在所述殼體內(nèi)，光電管裝置和激光管裝置相浮動(dòng)配合，激光光源裝置包括激光管、激光管套和激光管座，在激光管座的內(nèi)表面上開設(shè)有至少一對(duì)用于安裝激光管保護(hù)套的螺紋孔，而激光管座的外表面的中央凸起構(gòu)成用于與采樣頭座的內(nèi)表面開設(shè)的插槽配對(duì)的插銷。

根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例，所述檢測(cè)裝置包括采樣進(jìn)氣通道和風(fēng)機(jī)出氣通道、所述進(jìn)氣通道位于采樣頭內(nèi)部和粉塵腔體在同一條直線上，所述的出氣通道與所述風(fēng)機(jī)裝置相連通，所述激光管所發(fā)射的激光與所述進(jìn)氣通道在一條軸線上，并與所述風(fēng)機(jī)出口方向垂直設(shè)置，所述風(fēng)機(jī)與所述粉塵腔體通過(guò)螺紋連接，便于拆卸與維護(hù)。傳感器還包括位于粉塵腔體檢測(cè)區(qū)域上方的光電轉(zhuǎn)換組件、以及設(shè)置在檢測(cè)區(qū)域底部的反光部件，其中光電管用于接收激光光源發(fā)出的激光照射在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)氣體顆粒所產(chǎn)生折射光的信息，同時(shí)將該信息轉(zhuǎn)換處理成信號(hào)再傳送至攜有顯示屏的信號(hào)處理系統(tǒng)。

所述光電轉(zhuǎn)換組件設(shè)置于粉塵腔體上方，且垂直于粉塵腔體，通過(guò)墊塊與下端的粉塵腔體連接。所述的光電轉(zhuǎn)換組件包括能夠拆卸并密封地設(shè)置的光電管保護(hù)套、位于所述殼體內(nèi)并堵在所述檢測(cè)區(qū)域上方的光學(xué)透鏡、位于所述光學(xué)透鏡上方用于接收自所述光學(xué)透鏡傳遞的光線照射信息的光電管、以及用于將所述光電管接收的信息轉(zhuǎn)換成攜有顯示屏的信號(hào)處理系統(tǒng)能夠處理的轉(zhuǎn)換電路，所述的光電管殼體能夠密封設(shè)置，且所述光學(xué)透鏡、光電管、轉(zhuǎn)換器均設(shè)置在所述的光電管殼體內(nèi)。光電管保護(hù)套的中央凸起部分是與光電管座之間連接的螺紋。

所述激光管所發(fā)射的激光與所述進(jìn)氣通道在一條軸線上，并與所述風(fēng)機(jī)出口方向垂直設(shè)置。激光管座的上表面的中央凸起與采樣頭座內(nèi)表面的凹槽配合使得光電轉(zhuǎn)換組件固定于采樣頭內(nèi)部。激光管座的外部與采樣頭殼體之間的空間為采樣進(jìn)氣通道，激光管座左端設(shè)置成錐形，錐頂指向全塵采樣頭的水平中軸線，有利于采樣進(jìn)氣口采樣。采樣頭與主腔體通過(guò)凹凸配合連接并膠封保證了密封性。

所述風(fēng)機(jī)固定套通過(guò)螺紋固定于粉塵腔體右端，風(fēng)機(jī)的電機(jī)通過(guò)電機(jī)固定套設(shè)置于風(fēng)機(jī)腔室右端，風(fēng)機(jī)出風(fēng)口設(shè)置于風(fēng)機(jī)腔室下部，并延伸至風(fēng)機(jī)出口穿過(guò)殼體與大氣相通，風(fēng)機(jī)出口內(nèi)嵌于傳感器外殼，風(fēng)機(jī)出口與風(fēng)機(jī)出口通過(guò)螺紋銜接便于安裝與拆卸。

所述光電管設(shè)置于光電管保護(hù)套內(nèi)，安裝在光電管座上，光電管保護(hù)套與光電管座通過(guò)外螺紋銜接，所述光電轉(zhuǎn)換組件通過(guò)墊塊銜接與下方的主腔室連通，銜接處皆采用密封設(shè)置。

所述5V直流穩(wěn)壓電路、高壓發(fā)生電路、光電流積分電路、轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、脈沖輸出電路、光源穩(wěn)壓電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置于面板背面的兩塊電路板上，并通過(guò)螺釘固定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明由于采用通過(guò)光線照射在顆粒上所產(chǎn)生的散射原理，同時(shí)在檢測(cè)區(qū)域的底部設(shè)有反光部件(圖中未示出)，激光器光路與散射光線垂直，使得散射的光完全被光線接收器組件接收而不受到激光器光路的影響，從光路上彌補(bǔ)了因通光孔過(guò)大或過(guò)小造成的測(cè)量不精確的問(wèn)題。

(2)本文提出的機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于：粉塵進(jìn)氣通道和粉塵腔體水平布置，有利于形成穩(wěn)定的粉塵氣流(垂直設(shè)置的進(jìn)氣通道易受重力影響使得粉塵下降過(guò)快不易測(cè)量)，穩(wěn)定的粉塵氣流發(fā)生折射使得測(cè)量更加精確。同時(shí)，風(fēng)機(jī)出口朝下設(shè)置，便于利用重力作用使得粉塵更加順利排出，不易發(fā)生粉塵堆積現(xiàn)象(水平設(shè)置的出口容易發(fā)生粉塵堆積)。

此外，該粉塵傳感器適用于煤礦井下采掘工作面、巷道、硐室等環(huán)境，可連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)環(huán)境空氣中的粉塵濃度并轉(zhuǎn)換成頻率或數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)中心站。該傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)采用紅外激光器和進(jìn)口光電倍增管，粉塵測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定；(2)采用新型單片機(jī)和高集成數(shù)字電路，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠；(3)實(shí)現(xiàn)紅外遙控調(diào)校零點(diǎn)，靈敏度，報(bào)警點(diǎn)等功能，操作方便，調(diào)校簡(jiǎn)單；(4)采用新型開關(guān)電源，整機(jī)功耗低；(5)可根據(jù)不同需要輸出頻率信號(hào)或數(shù)字信號(hào)；(6)防護(hù)等級(jí)為IP65；(7)優(yōu)異的抗電磁干擾能力。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基于光散射法的礦用本質(zhì)安全型粉塵傳感裝置的原理框圖；

圖2是是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基于光散射法的礦用本質(zhì)安全型粉塵傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面，結(jié)合附圖對(duì)技術(shù)方案的實(shí)施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，盡管以下的說(shuō)明涉及到有關(guān)本發(fā)明的實(shí)施例的很多技術(shù)細(xì)節(jié)，但這僅為用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理的示例、而不意味著任何限制。本發(fā)明能夠適用于不同于以下例舉的技術(shù)細(xì)節(jié)之外的場(chǎng)合，只要它們不背離本發(fā)明的原理和精神即可。

另外，為了避免使本說(shuō)明書的描述限于冗繁，在本說(shuō)明書中的描述中，可能對(duì)可在現(xiàn)有技術(shù)資料中獲得的部分技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行了省略、簡(jiǎn)化、變通等處理，這對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是可以理解的，并且這不會(huì)影響本說(shuō)明書的公開充分性。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基于光散射法的礦用本質(zhì)安全型粉塵傳感裝置的原理框圖；圖2是是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基于光散射法的礦用本質(zhì)安全型粉塵傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖2所示，該檢測(cè)裝置包括線路板1、銅柱2、不銹鋼螺絲3、銅柱4、開口盤頭螺釘5、全塵采樣頭6、激光管座7、激光管套8、激光管(激光光源)9、采樣頭殼體10、粉塵腔體(檢測(cè)腔體)11、墊塊12、光電轉(zhuǎn)換組件底座13、光電轉(zhuǎn)換組件14、不銹鋼殼體15、不銹鋼吊鉤16、不銹鋼M6螺母17、報(bào)警指示燈18、光電組件殼體19、風(fēng)機(jī)固定套20、風(fēng)機(jī)腔室21、電機(jī)固定套22、電機(jī)23、風(fēng)機(jī)出口24、銘牌25、航空接口26、不銹鋼螺絲27、面板底板28、面板29、沖擊座30。

如圖1和2所示，外部含塵空氣通過(guò)風(fēng)機(jī)的吸力進(jìn)入全塵采樣頭6，經(jīng)導(dǎo)流裝置(遮掉外部光線)進(jìn)入檢測(cè)器暗室(粉塵腔體11)。暗室內(nèi)的平行光與受光部的視野成直角交叉構(gòu)成靈敏區(qū)(圖1中斜線陰影部分)，粉塵通過(guò)靈敏區(qū)時(shí)，其90℃方向散射光透過(guò)狹縫射進(jìn)光電倍增管(光電管14)，轉(zhuǎn)換成光電流，經(jīng)光電流積分電路轉(zhuǎn)換成與散射光成正比的電信號(hào)。通過(guò)放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路計(jì)算出粉塵的質(zhì)量濃度。該裝置以單片機(jī)為核心，配以其它功能輔助電路，能實(shí)時(shí)檢測(cè)并顯示環(huán)境粉塵濃度值，同時(shí)輸出頻率或電流信號(hào)供遠(yuǎn)程采集。當(dāng)濃度值達(dá)到設(shè)定報(bào)警值時(shí)，自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警。通過(guò)遙控器實(shí)現(xiàn)傳感器調(diào)校零點(diǎn)和靈敏度以及報(bào)警點(diǎn)參數(shù)設(shè)置等操作。

具體地，所述激光光源9的殼體的一端與粉塵腔體11相連通，沿一直線(圖2中的軸線)依次布置(圖2中是從左到右)全塵采樣頭6、激光光源9、粉塵腔體11、風(fēng)機(jī)腔室21，風(fēng)機(jī)出口24與風(fēng)機(jī)腔室21相連通。同時(shí)，激光光源9所發(fā)射的激光也與所述全塵采樣頭6、粉塵腔體11以及風(fēng)機(jī)腔室21在同一軸線上，即，上述部件均水平布置。風(fēng)機(jī)出口24位于風(fēng)機(jī)腔室21右側(cè)，垂直設(shè)置。

可選地，可改變上述部件的布置次序。例如，沿一直線(圖1中的軸線)依次布置(從左到右)激光光源9、粉塵腔體11、風(fēng)機(jī)腔室21、全塵采樣頭6，風(fēng)機(jī)出口24位于粉塵腔體11左下方、激光光源9的下方，用于引導(dǎo)氣流從左下方排出。

具體地，光電轉(zhuǎn)換組件14垂直設(shè)置于粉塵腔體11上方，正對(duì)粉塵腔體11上部的通孔，通過(guò)墊塊12與其下方的粉塵腔體11連通。光電轉(zhuǎn)換組件14包括能夠拆卸并密封地設(shè)置的光電組件殼體19、固定在所述粉塵腔體11上方通孔處的光學(xué)透鏡(圖中未繪出)、位于所述光學(xué)透鏡上方用于接收所述光學(xué)透鏡傳遞的光線照射信息的光電管、以及用于將光電管接收的信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，所述光學(xué)透鏡、光電管、轉(zhuǎn)換器均被設(shè)置在光電管殼體內(nèi)。光電組件殼體19的中央凸起部分是與光電轉(zhuǎn)換組件底座13之間連接的螺紋。

可選地，在粉塵腔體11下部?jī)?nèi)壁正對(duì)著上部通孔的位置，還設(shè)置有反光部件，用于將向下散射的光向上反射，以便由光電轉(zhuǎn)換組件14接收，從而能夠更高效地利用散射的光的能量。

具體地，采樣頭激光管座7的外部與采樣頭殼體10之間的空間形成采樣進(jìn)氣通道，激光管座7左端設(shè)置成錐形，錐頂指向全塵采樣頭6的水平中軸線，有利于采樣進(jìn)氣口采樣。

具體地，風(fēng)機(jī)固定套20通過(guò)螺紋固定于粉塵腔體11右端，風(fēng)機(jī)電機(jī)23通過(guò)電機(jī)固定套22設(shè)置于風(fēng)機(jī)腔室21右端，風(fēng)機(jī)出口24設(shè)置于風(fēng)機(jī)腔室21下部，并與大氣相通。

具體地，光電轉(zhuǎn)換組件14設(shè)置于光電組件殼體19內(nèi)，安裝在光電轉(zhuǎn)換組件底座13上，光電組件殼體19與光電轉(zhuǎn)換組件底座13通過(guò)外螺紋銜接，所述光電轉(zhuǎn)換組件通過(guò)墊塊12銜接與下方的粉塵腔室11連通，銜接處皆采用密封設(shè)置。

具體地，所述5V直流穩(wěn)壓電路、高壓發(fā)生電路、光電流積分電路、轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、脈沖輸出電路、光源穩(wěn)壓電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置于面板背面的兩塊電路板上，并通過(guò)螺釘固定。設(shè)置按鍵、LED顯示屏、信號(hào)指示燈以及電源指示燈位于面板29正面。粉塵腔體11通過(guò)銅柱4固定在殼體內(nèi)部底面上。報(bào)警指示燈18設(shè)置在傳感器殼體上端面中央?yún)^(qū)域。外部電源設(shè)備通過(guò)航空接口26為內(nèi)部設(shè)備供電。

綜上所述，本發(fā)明通過(guò)光線照射在顆粒上所產(chǎn)生的散射原理，同時(shí)在檢測(cè)區(qū)域的底部設(shè)有反光部件，使得折射的光完全被光線接收器組件接收，并在光線接收器組件作用下，將接收到的光線強(qiáng)度信息轉(zhuǎn)化呈信號(hào)再傳送至攜有顯示屏的信號(hào)處理系統(tǒng)，通過(guò)顯示屏顯示的數(shù)據(jù)直接讀出空氣中粉塵的含量，且整個(gè)檢測(cè)過(guò)程均是在密封狀態(tài)下進(jìn)行，使得檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度高，此外，本發(fā)明所采用的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)施方便。

最后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，對(duì)本發(fā)明的上述實(shí)施例能夠做出各種修改、變型、以及替換，其均落入如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍。