粉塵傳感器(楊棟)

粉塵傳感器9.0引言粉塵檢測的重要性和必要性煤礦開發(fā)強度和機械化水平的提高帶動了煤炭產(chǎn)量，但同時產(chǎn)塵量和礦井作業(yè)場所的粉塵濃度也大大增加，一方面，粉塵污染作業(yè)環(huán)境空氣嚴重危害工人的身體健康，會引起塵肺病等疾病；另一發(fā)面，高濃度的粉塵潛伏著粉塵爆炸的危險。這就使得對粉塵作業(yè)場所的粉塵監(jiān)測和防治非常重要。煤礦測塵的儀器分類及比較取樣法：稱重法、β射線吸收法，壓電晶體振蕩法等。測量原理簡單，但對采樣操作要求高，只能周期性測量、靈敏度低，自動化程度低、測量濃度低粉塵時間長、不宜用于在線測量、工作量大。非取樣法：電氣法、聲學法、光學法，如電容法、射線法、超聲波法和微波法等。電容法測量原理簡單，但電容測量值與濃度之間關系為非線性，誤差大；射線法雖然準確，但不易實現(xiàn)在線檢測；超聲波法和微波法還在試驗階段。

總體來說，光學法最為簡單可取，在工業(yè)排放煙塵的各種連續(xù)檢測方法中占據(jù)主導地位，目前光學原理的粉塵傳感器主要基于光的散射和吸收來實現(xiàn)?；诠馍⑸涞姆蹓m濃度傳感器采用光色散的測量方法。具有測量速度快和重復性好的優(yōu)點，適用于在線測量，因此應用較廣。主要是激光粉塵濃度測量儀，適用于粉塵顆粒比較小、濃度比較低、顆粒物分布比較均勻的情況，此時粉塵散射光強正比于質量濃度，將散射光強度轉換成電信號，從而計算出粉塵的相對質量濃度。此類系統(tǒng)以半導體激光器為光源，以光電二極管作為光接收器，用微機控制測量過程、處理測量結果，測量結果自動保存和打印輸出，此類系統(tǒng)體積小、質量輕、操作簡單、功耗低。光吸收法適用于高粉塵濃度，當光波通過線性物質時，會與物質發(fā)生相互作用，光波一部分被吸收轉化成熱能，另一部分被介質散射而偏離原來的傳播方向。剩下的部分仍然在原來的傳播方向上通過介質。透過的部分光強與入射光強之間符合郎伯-比爾定律，通過測量入射光強和出射光強，經(jīng)過計算可得到粉塵質量濃度。

9.1.2光散射式粉塵傳感器技術

光散射式粉塵傳感器可采用雙光路監(jiān)測方案，同步跟蹤光學元件的積塵污染，自動補償塵染誤差，從而提高測量精度，延長連續(xù)監(jiān)測的時間。雙光路補償式光散射粉塵采樣腔及光路系統(tǒng)如圖(9-1)。

光源由近紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生，光源1發(fā)出的光線經(jīng)聚焦透鏡后變?yōu)橐皇叫泄?，穿過玻璃窗進入粉塵采樣腔，有效散射區(qū)A中的塵粒散射光穿過玻璃窗射入粉塵監(jiān)測接收器2，為了減少雜散光的干擾，接收器內設置了濾光片，在與檢測接收器平行的位置安裝補償接收器3，使得玻璃窗上的沉積粉塵能夠受到光源的直接照射，這樣補償接收器就可以將鏡面沉積塵和B區(qū)內的浮游粉塵的散射光轉

9.2.2光吸收式粉塵傳感器技術

根據(jù)以上原理，光吸收式粉塵傳感器可采用雙光路結構，如圖9-2所示。光源發(fā)出的光由分束鏡分為強度相等的兩束：測量光束和參考光束。測量光束穿過粉塵區(qū)域后的光由光電接收裝置接收，參考光束則直接由光電接收裝置接收，兩路光信號均被轉換成電信號通過計算機對兩個電信號做差分運算，就能得到粉塵濃度值。圖中，平行光光源、三個半反射鏡和兩個光電傳感器，安裝在同一底座上，置于粉塵區(qū)域一側，