烟气颗粒物检测装置及烟气颗粒物检测系统

技术领域

本发明涉及烟气颗粒物检测领域，特别涉及一种烟气颗粒物检测装置及烟气颗粒物检测系统。

背景技术

烟气颗粒物是指固定污染源排放的废气中，以固态或液态形式存在的颗粒物。烟气颗粒物通常随着废气被一起排入大气之中，对环境空气质量造成直接影响。通常在废气排放口都会安装烟气颗粒物浓度在线监测设备，实时监测烟气颗粒物排放浓度。

后向光散射式和前向光散射式烟尘仪都是基于颗粒物群体光散射原理来监测颗粒物的浓度；后向散射式烟尘仪一般适用于排放浓度超过30mg/m

随着烟气治理水平的不断提升，越来越多的企业排放浓度下降至5mg/m

发明内容

本发明的主要目的是提出一种烟气颗粒物检测装置及烟气颗粒物检测系统，旨在解决无法准确监测不同浓度范围的颗粒物的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种烟气颗粒物检测装置，所述烟气颗粒物检测装置包括：

测量腔本体，所述测量腔本体具有烟气入口及烟气出口，所述烟气入口与所述烟气出口连通以形成通气管道；

激光入射模块，所述激光入射模块设置于所述测量腔本体上，所述激光入射模块用于发出高斯光束；

第一检测通道，所述第一检测通道设置于所述测量腔本体上，且与所述通气管道连通，所述第一检测通道正对所述激光入射模块设置，所述第一检测通道用于根据所述通气管道中群颗粒物对所述高斯光束的散射光检测所述通气管道中的群颗粒物浓度，并输出群颗粒物浓度检测信号；

第二检测通道，所述第二检测通道设置于所述测量腔本体上，且与所述通气管道连通，所述第二检测通道与所述激光入射模块呈角度设置，所述第二检测通道用于根据所述通气管道中单颗粒物对所述高斯光束的散射光检测所述通气管道中的单颗粒物浓度，并输出单颗粒物浓度检测信号。

可选地，所述激光入射模块包括：

激光二极管，所述激光二极管用于发出高斯光束；

第一光阑，所述第一光阑正对所述激光二极管设置，以使所述高斯光束经过第一光阑后变成圆形发散形；

第一凸透镜，所述第一凸透镜正对所述第一光阑设置，所述高斯光束经过所述第一凸透镜汇聚后再输出。

可选地，所述第一检测通道包括：

光吸收板，所述光吸收板用于将所述激光入射模块直射的高斯光束吸收；

第二凸透镜，所述第二凸透镜用于将经过群颗粒物的散射光汇聚后再输出；

第二光阑，所述第二光阑正对所述第二凸透镜设置，所述第二光阑用于将所述第二凸透镜发出的散射光进行过滤后输出。

可选地，所述第一检测通道还包括：

低通光电检测模块，所述低通光电检测模块与所述第二光阑连接，所述低通光电检测模块用于根据所述第二光阑输出的散射光检测所述通气管道中的群颗粒物浓度，并输出群颗粒物浓度检测信号。

可选地，所述低通光电检测模块包括：

第一导光光纤，所述第一导光光纤的一端对应所述第二光阑设置；

低通型光电转换电路，所述低通型光电转换电路的输入端与所述第一导光光纤的另一端连接，所述低通型光电转换电路用于通过所述第一导光光纤接收所述第二光阑输出的散射光，并根据所述第二光阑输出的散射光检测所述通气管道中的群颗粒物浓度，输出群颗粒物浓度检测信号。

可选地，所述第二检测通道包括：

第三凸透镜，所述第三凸透镜用于将经过单颗粒物的散射光汇聚后再输出；

第三光阑，所述第三光阑正对所述第三凸透镜设置，所述第三光阑用于将所述第三凸透镜发出的散射光进行过滤后输出。

可选地，所述二检测通道还包括：

带通型光电脉冲检测模块，所述带通型光电脉冲检测模块与所述第三光阑连接，所述带通型光电脉冲检测模块用于根据所述第三光阑输出的散射光检测所述通气管道中的单颗粒物浓度，并输出单颗粒物浓度检测信号。

可选地，所述带通型光电脉冲检测模块包括：

第二导光光纤，所述第二导光光纤的一端对应所述第三光阑设置；

带通型光电转换电路，所述带通型光电转换电路输入端与所述第二导光光纤的另一端连接，所述带通型光电转换电路用于通过所述第二导光光纤接收所述第三光阑输出的散射光，并根据所述第三光阑输出的散射光检测所述通气管道中的单颗粒物浓度，输出单颗粒物浓度检测信号。

本发明还提出一种烟气颗粒物检测系统，所述烟气颗粒物检测系统包括如上所述的烟气颗粒物检测装置。

可选地，所述烟气颗粒物检测系统还包括：

抽气泵，所述抽气泵的出口与所述烟气颗粒物检测装置中的烟气入口连接，所述抽气泵用于将烟气从烟气入口抽入所述烟气颗粒物检测装置中的测量腔本体。

本发明通过测量腔本体、激光入射模块、第一检测通道及第二检测通道构成烟气颗粒物检测装置；其中，测量腔本体具有烟气入口及烟气出口，烟气入口与烟气出口连通以形成通气管道；激光入射模块可以发出高斯光束；第一检测通道设置于测量腔本体上，且与通气管道连通，第一检测通道正对激光入射模块设置，第一检测通道则可以根据通气管道中群颗粒物对高斯光束的散射光检测通气管道中的群颗粒物浓度，并输出群颗粒物浓度检测信号；第二检测通道设置于测量腔本体上，且与通气管道连通，第二检测通道与激光入射模块呈角度设置，第二检测通道则可以根据通气管道中单颗粒物对高斯光束的散射光检测通气管道中的单颗粒物浓度，并输出单颗粒物浓度检测信号。本方案通过第一检测通道和第二检测通道可以检测出烟气中的群颗粒物浓度和单颗粒物浓度。本发明旨在解决无法准确监测不同浓度范围的颗粒物的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明烟气颗粒物检测装置一实施例的主视图；

图2为本发明烟气颗粒物检测装置一实施例的剖视图；

图3为本发明烟气颗粒物检测装置一实施例中第一检测通道捕获的颗粒群散射信号图；

图4为本发明烟气颗粒物检测装置一实施例中第二检测通道捕获的单颗粒物散射脉冲信号图；

图5为本发明烟气颗粒物检测装置一实施例的光路图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种烟气颗粒物检测装置。

参照图1，在一实施例中，所述烟气颗粒物检测装置包括：

测量腔本体10，所述测量腔本体10具有烟气入口及烟气出口，所述烟气入口与所述烟气出口连通以形成通气管道；

激光入射模块20，所述激光入射模块20设置于所述测量腔本体10上，所述激光入射模块20用于发出高斯光束；

第一检测通道30，所述第一检测通道30设置于所述测量腔本体10上，且与所述通气管道连通，所述第一检测通道30正对所述激光入射模块20设置，所述第一检测通道30用于根据所述通气管道中群颗粒物对所述高斯光束的散射光检测所述通气管道中的群颗粒物浓度，并输出群颗粒物浓度检测信号；

第二检测通道40，所述第二检测通道40设置于所述测量腔本体10上，且与所述通气管道连通，所述第二检测通道40与所述激光入射模块20呈角度设置，所述第二检测通道40用于根据所述通气管道中单颗粒物对所述高斯光束的散射光检测所述通气管道中的单颗粒物浓度，并输出单颗粒物浓度检测信号。

本实施例中，测量腔本体10上的烟气入口及烟气出口连通形成的通气管道可以呈直线形，以便于烟气流通，若设置为弯曲形，则可能会影响烟气颗粒物浓雾检测。通气管道的方向与激光入射模块20发出的高斯光速方向可以互相垂直，如此能够最大程度避免烟气颗粒物污染烟气颗粒物检测装置中的镜片。烟气中的烟气颗粒物流经激光入射模块20发出的高斯光束，会发生散射作用，散射光则分别被第一检测通道30和第二检测通道40捕获到，而第一检测通道30和第二检测通道40则可以分别检测群颗粒物浓度和单颗粒物浓度，第一检测通道30检测群颗粒物浓度，第二检测通道40检测单颗粒物浓度；第一检测通道30会具有第一光敏区，第一光敏区为第一检测通道30的光接收区域、激光入射模块20发出的高斯光束、烟气三者交汇的区域，通过控制第一光敏区的体积V1，使得V1满足：

并将第一检测通道30正对激光入射模块20设置，可以使颗粒物以颗粒群的形式通过第一光敏区，如此则可以检测第一光敏区的群颗粒物浓度，检测到的颗粒群散射信号图可以参照图3。

第二检测通道40则具有第二光敏区，第二光敏区为第二检测通道40的光接收区域和激光入射模块20发出的高斯光束的束腰二者交汇的共同区域，通过控制第二光敏区的体积V2，使得V2满足：

并将第二检测通道40与所述激光入射模块20呈角度设置，可以使颗粒物以单颗粒的形式通过第二光敏区，如此则可以检测第二光敏区的单颗粒物浓度，检测到的单颗粒物散射脉冲信号图可以参照图4。

可以理解的是，通过第一检测通道可以检测群颗粒物浓度，也就是中高浓度段的颗粒物浓度；通过第二检测通道可以检测单颗粒物浓度，也就是低浓度段的颗粒物浓度；如此本方案的烟气颗粒物检测装置便可以检测不同浓度范围的颗粒物。

本发明通过测量腔本体10、激光入射模块20、第一检测通道30及第二检测通道40构成烟气颗粒物检测装置；其中，测量腔本体10具有烟气入口及烟气出口，烟气入口与烟气出口连通以形成通气管道；激光入射模块20可以发出高斯光束；第一检测通道30设置于测量腔本体10上，且与通气管道连通，第一检测通道30正对激光入射模块20设置，第一检测通道30则可以根据通气管道中群颗粒物对高斯光束的散射光检测通气管道中的群颗粒物浓度，并输出群颗粒物浓度检测信号；第二检测通道40设置于测量腔本体10上，且与通气管道连通，第二检测通道40与激光入射模块20呈角度设置，第二检测通道40则可以根据通气管道中单颗粒物对高斯光束的散射光检测通气管道中的单颗粒物浓度，并输出单颗粒物浓度检测信号。本方案通过第一检测通道30和第二检测通道40可以检测出烟气中的群颗粒物浓度和单颗粒物浓度。本发明旨在解决无法准确监测不同浓度范围的颗粒物的问题。

参照图1至图4，在一实施例中，所述激光入射模块20包括：

激光二极管21，所述激光二极管21用于发出高斯光束；

第一光阑22，所述第一光阑22正对所述激光二极管21设置，以使所述高斯光束经过第一光阑22后变成圆形发散形；

第一凸透镜23，所述第一凸透镜23正对所述第一光阑22设置，所述高斯光束经过所述第一凸透镜23汇聚后再输出。

本实施例中，激光二极管21用于发出高斯光束，还可以采用其他激光器发出激光光束，具体可以根据实际情况选择；将第一光阑22正对激光二极管21设置，可以使椭圆发散形的高斯光束经过第一光阑22后变成圆形发散形，便于测量；再通过第一凸透镜23将高斯光束汇聚后再发散出，可以便面光束过于分散，影响颗粒物浓度的测量结果。

参照图1至图4，在一实施例中，所述第一检测通道30包括：

光吸收板34，所述光吸收板34用于将所述激光入射模块直射的高斯光束吸收；

第二凸透镜31，所述第二凸透镜31用于将经过群颗粒物的散射光汇聚后再输出；

第二光阑32，所述第二光阑32正对所述第二凸透镜31设置，所述第二光阑32用于将所述第二凸透镜31发出的散射光进行过滤后输出。

本实施例中，光吸收板34可以作为光陷阱，将激光入射模块直射的高斯光束吸收，以防止直射光束过强，影响到检测结果；第二凸透镜31可以先将经过群颗粒物的散射光汇聚再输出，防止光束发散程度过高导致测量不准确，将第二光阑32可以对应第二凸透镜31的焦点设置，第二光阑32可以过滤腔体壁面的杂散光，提高信噪比，以方便检测模块对高斯光束进行检测，从而得到群颗粒物浓度。

参照图1至图4，在一实施例中，所述第一检测通道30还包括：

低通光电检测模块，所述低通光电检测模块与所述第二光阑32连接，所述低通光电检测模块用于根据所述第二光阑32输出的散射光检测所述通气管道中的群颗粒物浓度，并输出群颗粒物浓度检测信号。

本实施例中，低通型光电检测模块可以接收第二光阑32输出的散射光，并将光信号转换为电信号，再根据电信号输出群颗粒物浓度检测信号，比如电信号可以是电压信号或电流信号等，低通型光电检测模块输出的电压信号代表的电压值越高，群颗粒物浓度就越高，电压信号代表的电压值越低，群颗粒物浓度就越低，具体的对应关系可以根据实际情况设置。

参照图1至图4，在一实施例中，所述低通光电检测模块包括：

第一导光光纤33，所述第一导光光纤33的一端对应所述第二光阑32设置；

低通型光电转换电路，所述低通型光电转换电路的输入端与所述第一导光光纤33的另一端连接，所述低通型光电转换电路用于通过所述第一导光光纤33接收所述第二光阑32输出的散射光，并根据第二光阑32输出的散射光检测所述通气管道中的群颗粒物浓度，输出群颗粒物浓度检测信号。

本实施例中，第一导光光纤33的一端可以接收第二光阑32输出的散射光，并通过另一端输出至低通型光电转换电路，带通型光电转换电路中可以包括有光电传感器，将光信号转换为电信号，还可以包括处理器，处理器根据电信号得到群颗粒物浓度，并输出群颗粒物浓度检测信号，比如电信号强度越高，群颗粒物浓度越高，电信号强度越低，群颗粒物浓度越低，具体的对应关系可以根据实际情况设置；因为群颗粒物的脉冲信号属于低频信号，所以需要选择带通型光电转换电路。群颗粒物浓度检测信号可以输出至一个服务器终端，比如电脑等设备，用户则可以通过服务器终端查询到单颗粒物浓度。

参照图1至图4，在一实施例中，所述第二检测通道40包括：

第三凸透镜41，所述第三凸透镜41用于将经过单颗粒物的散射光汇聚后再输出；

第三光阑42，所述第三光阑42正对所述第三凸透镜41设置，所述第三光阑42用于将所述第三凸透镜41发出的散射光进行过滤后输出。

本实施例中，第三凸透镜41可以先将经过单颗粒物的散射光汇聚再输出至第三光阑42，防止光束发散程度过高导致测量不准确，将第三光阑42可以对应第三凸透镜41的像点设置，第三光阑42可以过滤腔体壁面的杂散光，提高信噪比，以方便检测模块对高斯光束进行检测，从而得到单颗粒物浓度。

参照图1至图4，在一实施例中，所述二检测通道还包括：

带通型光电脉冲检测模块，所述带通型光电脉冲检测模块与所述第三光阑42连接，所述带通型光电脉冲检测模块用于根据所述第三光阑42输出的散射光检测所述通气管道中的单颗粒物浓度，并输出单颗粒物浓度检测信号。

本实施例中，带通型光电脉冲检测模块可以接收第三光阑42输出的散射光，并将光信号转换为电信号，再根据电信号输出单颗粒物浓度检测信号，比如电信号可以是电压信号或电流信号等，带通型光电脉冲检测模块输出的电压信号代表的电压值越高，单颗粒物浓度就越高，电压信号代表的电压值越低，单颗粒物浓度就越低，具体的对应关系可以根据实际情况设置。

参照图1至图4，在一实施例中，所述带通型光电脉冲检测模块包括：

第二导光光纤43，所述第二导光光纤43的一端对应所述第三光阑42设置；

带通型光电转换电路，所述带通型光电转换电路输入端与所述第二导光光纤43的另一端连接，所述带通型光电转换电路用于通过所述第二导光光纤43接收所述第三光阑42输出的散射光，并根据所述第三光阑42输出的散射光检测所述通气管道中的单颗粒物浓度，输出单颗粒物浓度检测信号。

本实施例中，第二导光光纤43的一端可以接收第三光阑42输出的散射光，并通过另一端输出至带通型光电转换电路，带通型光电转换电路中可以包括有光电传感器，将光信号转换为电信号，还可以包括处理器，处理器根据电信号得到单颗粒物浓度，并输出单颗粒物浓度检测信号，比如电信号强度越高，单颗粒物浓度越高，电信号强度越低，单颗粒物浓度越低，具体的对应关系可以根据实际情况设置；因为单颗粒物的脉冲信号属于中频信号，所以需要选择带通型光电转换电路。单颗粒物浓度检测信号可以输出至一个服务器终端，比如电脑等设备，用户则可以通过服务器终端查询到单颗粒物浓度。

本发明还提出一种烟气颗粒物检测系统，所述烟气颗粒物检测系统包括如上所述的烟气颗粒物检测装置。该烟气颗粒物检测装置的具体结构参照上述实施例，由于本烟气颗粒物检测系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

在一实施例中，所述烟气颗粒物检测系统还包括：

抽气泵，所述抽气泵的出口与所述烟气颗粒物检测装置中的烟气入口连接，所述抽气泵用于将烟气从烟气入口抽入所述烟气颗粒物检测装置中的测量腔本体10。

本实施例中，抽气泵是指具备一进一出的抽气嘴、排气嘴各一个，并且在进口处能够持续形成真空或负压；工作介质主要为气体的一种仪器，抽气泵可以将烟气从烟气入口抽入烟气颗粒物检测装置中的测量腔本体10中，以使烟气经过第一检测通道30和第二检测通道40，从而检测烟气中的颗粒物浓度。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。