本发明专利技术公开了一种减光式烟尘颗粒浓度测量装置，通过双通道测量技术来检测烟雾颗粒浓度，即采用两个光路和两个光电探测器进行光通量测量方法，能够有效避免因环境因素（例如温度，湿度等）导致的单光路测量系统的较大误差.同时也能消除点式光电感烟探测器出现延误报警甚至漏报事故等消防安全问题。本减光式烟雾颗粒浓度测量装置采用的光路系统结构是基于分光镜，全反射棱镜，反射准直组件搭建而成的，将光路分为参考光和主探测光两路光源，并采用交替比较的测量原理，即参考光路和测主探测光路分时交替测量，可以有效地消除由激光光源、电路系统和光电探测器自身不稳定因素带来的影响。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种减光式烟尘颗粒浓度测量装置，通过双通道测量技术来检测烟雾颗粒浓度，即采用两个光路和两个光电探测器进行光通量测量方法，能够有效避免因环境因素（例如温度，湿度等）导致的单光路测量系统的较大误差.同时也能消除点式光电感烟探测器出现延误报警甚至漏报事故等消防安全问题。本减光式烟雾颗粒浓度测量装置采用的光路系统结构是基于分光镜，全反射棱镜，反射准直组件搭建而成的，将光路分为参考光和主探测光两路光源，并采用交替比较的测量原理，即参考光路和测主探测光路分时交替测量，可以有效地消除由激光光源、电路系统和光电探测器自身不稳定因素带来的影响。【专利说明】一种减光式烟尘颗粒浓度测量方法及其装置
本专利技术涉及光电子学、传感器技术、环境监测和消防安全领域，尤其涉及的是一种减光式烟尘颗粒浓度测量方法及其装置。
技术介绍
火灾是一种发生频率非常高的灾害，极具毁灭性。全世界平均每天发生的火灾不下于两千余起，每年大约有8万人死于火灾中。近年来，随着高层建筑的不断出现，以及建筑材料和家居生活用具日趋多样化，使得各种火灾发生的隐患不断增多。如何最大限度地减少火灾的发生、降低火灾造成的危害，已经成为人类社会面临的一个重要而又紧迫的课题。火灾是一个融合物理和化学变化的燃烧过程，物品燃烧过程伴随着各种环境参量的规律性变化。早期火灾探测针对燃烧发生的初期阶段一些特征参量进行监测，及时地判断燃烧事件的发生，实现火灾早期预警。火灾发生初期，由于燃烧物不完全燃烧或高温裂解，会释放出烟尘颗粒，火灾烟尘颗粒是火灾中产生的气体和悬浮在其中的烟粒子的总称。在火灾安全评估研究中，需要考虑到烟雾颗粒对能见度的影响以及人员的逃生机会的影响，而计算能见度的首要参数是烟尘颗粒的减光系数。另一方面，烟尘颗粒对环境破坏力相当大，烟雾在在空气中弥漫，能将太阳光吸收散射，不仅降大气能见度，还会造成光化烟尘颗粒及酸雨。在火灾材料的安全评估研究中，测量烟尘颗粒的产量的传统方法是将探测器或过滤器装置以测重的方式对烟尘颗粒进行采集，以确定烟尘颗粒的质量浓度。该方法在采集、测量的过程中，不可避免地因烟尘颗粒沉积而造成测量不准确，而且在时间上有很大的延迟，安装、维护和实验的成本也比较高。在火灾探测领域中，需要利用标准的烟尘颗粒浓度测量设备对测试过程进行监控，对系统的测量精度和温度稳定性有较高要求。减光式烟尘颗粒浓度测量方法，通过测量烟尘颗粒对单一波长激光强度的衰减来检测烟尘颗粒浓度，精度高，数据获取实时快速，在火灾探测和空气质量环境监测方面有功阔的应用前景。现有的技术方案中采用光电技术来探测烟雾浓度的主要有点式光电感烟探测器和单通道减光式烟雾浓度监测装置。点式光电感烟探测器工作原理主要是采用前向光散射探测方式，主要由光学探测室及相关电路组成，由红外发光元件、红外光接收元件、光学迷宫、防虫网以及保证光学暗室光密闭性的其它遮光零件组成。光电感烟机理如下:烟粒子和光相互作用时，粒子以同样波长再辐射己经接收的能量，再辐射可以在所有的方向上发生，但通常在不同方向上其强度不同，这个过程称为散射。光学迷宫位于探测室的外围，是烟雾进入探测室的通道，与其Z形遮光部件及其它构件组合成探测室的光学暗室内腔，最大限度的减弱环境光线的影响。同时它也形成烟颗粒迷宫，一方面烟颗粒容易流入，另一方面烟进入后相对不易流出，以减少外界气流的影响。而其电路模块是由一对红外对管完成，当有烟颗粒进入光学探测室，红外光经烟颗粒的散射并到达接收二极管，电路对其产生的电流信号进行线性放大，并通过其值的大小进行报警。单通道技术的减光式烟雾颗粒浓度监测装置也是现在市场比较常见的一种烟雾颗粒浓度监测装置。主要由红外发射器和红外接收器组成。其原理为测量光源产生的光通量，光通量经过放置在测量光路上的被测样品或者标准样品时，被测样品或者标准样品对光通量产生相应的吸收和散射，最后光通量出射到光电探测器上。光电探测器经过光电转换，将含有样品信息的光信号转换成相应的电信号，而电信号经过放大、滤波等处理，最后可以读出该电信号。通过采用置换检测样品和标准样品的方法，经过比较和计算输出的光电信号，即可得到被测样品的相应的参数。典型光电感烟火灾探测器是国内外城市建筑中使用最为广泛的火灾探测器，但该探测器普遍存在对典型烟雾均衡灵敏响应性能较差，特别是在一些应用场所对于火灾初期物质阴燃产生的常温黑色烟雾出现延误报警甚至漏报事故等消防安全问题。现有的单通道减光式烟尘颗粒浓度探测系统，其只有一个测量的光学通道，外界入射光通量沿着光学通道到达光电探测器，探测器则输出与该光通量相应的光电信号。但是单通道的测量系统在长期工作的时候，具有不稳定性及不可重复性，并且测量的精度比较的低。单通道系统在测量时常常容易受外界环境干扰的影响(如温度、湿度等)，另外，单通道的测量系统在标定的时候，其所用基准的误差及在标定时容易引入偏差灯因素，这些都会直接影响测量系统的精度。故在实际测量系统中较少采用该方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种减光式烟尘颗粒浓度测量方法及其装置。本专利技术的技术方案如下:一种减光式烟尘颗粒浓度测量装置，包括激光发生器(I)、光学系统、信号处理与数据采集系统；所述光学系统包括分光镜(2)、全反射棱镜(4)，激光发生器(I)用于发射波长为980nm红外激光束，该红外激光束经透镜调整后，被分光镜(2)分为两路，一路作为参考探测光源，由参考探测器(6)转换成电信号；另一路测量光束作为测量光束进入测量光路，首先射入待测烟雾区域，然后经全反射棱镜(4)反射后再次进入待测烟雾区域，进入反射准直组件(5)，主探测器(7)接收被待测烟雾区域相应浓度烟尘颗粒衰减后的光信号，并转换为电信号；主探测器(7)与参考探测器(6)的输出信号经过放大器电路单元(8)进行处理，其中参考探测器(6 )的信号经模数转换器(11)采集用于测量本底信号，而主探测器(7 )和参考探测器(6)经低通滤波器(9)滤波后，经差分放大器(10)做差分运算并且经模数转换器(11)采集用于测量光的衰减量，以用来测量烟雾颗粒浓度；经模数转换器(11)转换后的两路数字信号在嵌入式处理单元(12)中进行运算，得到消光烟雾浓度值之后，被计算机显示和存储。基于上述的减光式烟尘颗粒浓度测量装置的测量方法，激光发生器(I)发射的波长为980nm红外激光束经透镜调整后，被分光镜(2)分为两路，一路作为参考探测光源，由参考探测器(6)转换成电信号；另一路测量光束作为测量光束进入测量光路，首先射入待测烟雾区域，然后经全反射棱镜(4)反射后再次进入待测烟雾区域，进入反射准直组件(5)，主探测器(7)接收被待测烟雾区域相应浓度烟尘颗粒衰减后的光信号，并转换为电信号；主探测器(7)与参考探测器(6)的输出信号经过放大器电路单元(8)进行处理，其中参考探测器(6 )的信号经模数转换器(11)采集用于测量本底信号，而主探测器(7 )和参考探测器(6)经低通滤波器(9)滤波后，经差分放大器(10)做差分运算并且经模数转换器(11)采集用于测量光的衰减量，以用来测量烟雾颗粒浓度；经模数转换器(11)转换后的两路数字信号在嵌入式处理单元(12)中进行运算，得到消光烟雾浓度值之本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种减光式烟尘颗粒浓度测量装置，其特征在于，包括激光发生器（1）、光学系统、信号处理与数据采集系统；所述光学系统包括分光镜（2）、全反射棱镜（4），激光发生器（1）用于发射波长为980nm红外激光束，该红外激光束经透镜调整后，被分光镜（2）分为两路，一路作为参考探测光源，由参考探测器（6）转换成电信号；另一路测量光束作为测量光束进入测量光路，首先射入待测烟雾区域，然后经全反射棱镜（4）反射后再次进入待测烟雾区域，进入反射准直组件（5），主探测器（7）接收被待测烟雾区域相应浓度烟尘颗粒衰减后的光信号，并转换为电信号；主探测器（7）与参考探测器（6）的输出信号经过放大器电路单元（8）进行处理，其中参考探测器（6）的信号经模数转换器（11）采集用于测量本底信号，而主探测器（7）和参考探测器（6）经低通滤波器（9）滤波后，经差分放大器（10）做差分运算并且经模数转换器（11）采集用于测量光的衰减量，以用来测量烟雾颗粒浓度；经模数转换器（11）转换后的两路数字信号在嵌入式处理单元（12）中进行运算，得到消光烟雾浓度值之后，被计算机显示和存储。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘士兴，陈长正，李汉超，尹坤，任晓，鲁迎春，黄飞，易茂祥，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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