专利名称：一种微电脑激光粉尘仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测仪器，特别是关于一种多功能的微电脑激光粉尘仪。
背景技术：
目前，国内的粉尘测量仪的研究现状如下本人已公开名称为《激光粉尘仪》、
申请号为200420047907.5的专利，名称为《便携式微电脑数字粉尘仪》、申请号为 CN98250379.2的专利，名称为《防爆型便携式微电脑粉尘仪》、申请号为 200520128020.3的专利，及名称为《LD-3C型微电脑激光粉尘仪》和《劳动卫生 粉尘监测相关标准及光散射式快速测尘仪器最新进展》的论文。江苏省激光研究 所发表的名称为《PC-3A型激光可吸入粉尘连续测试仪》和《袖珍式激光可吸入 粉尘连续测试仪》、发表杂志为《军民两用技术与产品》、发表时间为2003年12 期的论文，其提出了 PC-3A型激光可吸入粉尘浓度连续测试仪，该仪器除具有LED 显示外，其还具有自校功能，其湿度修正系数为0.1 9.9，但是，该仪器需要根据 不同湿度人工手动设置修正。北京航空航天大学物理系测试技术研究室研制发表 的名称为《便携式多功能测尘仪的研制》的论文，其介绍的是一种便携式多功能 测量烟道排放物中烟尘含量的仪器装置。东华大学信息学院发表的名称为《基于 嵌入式Linux的烟道粉尘测定仪无线远程监控系统》的论文，其提出一种烟道粉 尘测定仪无线远程监控系统。名称为《e射线测尘仪》、专利号为00246069.6的专 利，其提出的e射线测尘仪中带有恒流采样泵和温度补偿的恒流控制器。东南大 学能源与环境学院发表的名称为《一种新型激光粉尘浓度在线测量仪的研究》、渤 海大学辽西生态环境研究所发表的名称为《HG-HC智能烟尘粉尘在线监测仪》和 东北大学发表的名称为《烟尘(粉尘)浓度在线监测仪的研制》的论文都是介绍粉尘 浓度在线测量仪。名称为"JFC-1激光粉尘浓度测量仪"、发表在2006年12巻3 期的《传感器世界》的论文，主要是"滤膜采样-称重法"的更新换代产品。湖南 有色冶金劳动保护研究所发表的、名称为《HL-I型微机快速测尘仪的研制》，是早 期的光电测尘仪，其采用了计数迭减法。名称为《电子便携式交直流两用粉尘采 样器》、申请号为CN94207497.1的专利和北京华堂科技发展有限责任公司发表的 《XC-1袖珍微机测尘仪》的论文中提出的测尘仪分别具有恒流控制或恒流采样功 能。
国外的粉尘测量仪的研究现状如下名称为《美国RP公司微量振荡天平测尘仪与法国ESA公司MP101M P射线测尘仪的比较》、《1400A微振荡天平自动测尘 仪的常见故障分析及排除方法》和美国的、名称为《ThermoRP 1400a环境大气颗 粒物监测仪》的论文都是介绍美国RP公司的产品之一，即TEOM⑧系列RP-1400a 监测仪，其可连续实时在线测量(每两秒钟更新数据)，采用滤膜收集颗粒物直接 质量称重法，且适用于PMIO、 PM2.5、 PM1或TSP采样头，精度为+A1.5ug/m3 (小时平均质量浓度)，+/-0.5ug/m3 (24小时平均质量浓度)。美国TSI公司生产 的"SIDEPAKAM510防爆智能数字粉尘仪"，其内置的切割器可选择"none"(无)、 1.0、 2.5或10微米，并且可以实时显示粉尘浓度。
经过对比分析可以看出，上述国内、外专利和文献中讲述的粉尘测量仪分别 只涉及其湿度修正、自校功能、恒流采样泵和温度补偿的恒流控制器、滤膜采样-称重法、光散射原理、连续实时在线测量、内置切割器等部分特点，但是具有以 上所有特点的粉尘测量仪还未见报道。 发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种功能齐全、高稳定性并且测量 精度高的微电脑激光粉尘仪。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案 一种微电脑激光粉尘仪， 其特征在于它包括 一具有一进气口、 一出气口、两回气口的暗室，所述进气 口的底端连接一可更换的粒子分离切割器，所述进气口与出气口之间安装有两隔 板隔设的气体通道，所述暗室一端设置有由一激光发生器产生的光源，所述暗室 的另一端与所述光源对应依次设置有一光学透镜组和一光电接收器，所述两隔板 上与所述光源对应开设有出光孔；所述暗室的出气口依序连接一滤膜采样器、一 抽气泵和一分流器；所述分流器具有两个出口，其中一出口连接一过滤器，所述 过滤器通过管路连接所述暗室位于两隔板外侧的两回气口；所述光电接收器依序 连接一前置放大器、 一积分电路、 一模数转换器和一单片机；所述分流器上的另 一出气口依次连接一湿度传感器和一流量传感器，所述流量传感器上开设有一排 气口；所述湿度传感器、流量传感器和激光发生器分别通过数据线连接所述单片 机，所述单片机内预置有湿度修正模块、粉尘浓度超标报警阈值、质量浓度转换 系数K值及汉字库。
所述抽气泵通过一恒流控制器连接所述单片机。
所述激光发生器通过一激光功率控制器连接所述单片机。
所述湿度修正模块内预置有粉尘的质量浓度与湿度修正系数之间的关系式
C = (R—B) X KXF
4F=/ (RH)
其中F为湿度修正系数，B为微电脑激光粉尘仪的基底值，RH为所述湿度 传感器测得的空气实时湿度，R为光路系统测得的相对质量浓度，K为存储在所 述单片机内的相应场所的质量浓度转换系数。
所述单片机的显示输出端口连接有一液晶显示器；所述单片机的I/O接口连 接有键盘；所述单片机的打印输出端口连接有一打印机；所述单片机上有PC机通 讯串行接口，该接口连接一无线发射、接收装置。
本实用新型由于釆取以上技术方案，其具有以下优点1、本实用新型由于设 置了一湿度传感器，在单片机内设置有一湿度修正模块，并在湿度修正模块中设 置了粉尘颗粒物的质量浓度与湿度修正系数之间的关系式，因此，本实用新型不 仅可以检测粉尘颗粒物浓度，还可以检测到被测气体所在环境的空气湿度，并自 动修正湿度对粉尘(颗粒物)质量浓度C的影响，进而得到更为准确的粉尘(颗 粒物)的质量浓度C。 2、由于本实用新型的抽气泵通过一恒流控制器连接单片机， 当单片机接收到的气流传感器输送的被测气体流量变小时，单片机通过恒流控制 器向抽气泵发出增大抽气量的指令，从而实现吸入空气流量的闭环控制，确保滤 膜采样器采样流量的恒定。3、由于本实用新型的激光发生器通过一激光功率控制 器连接单片机，光源光线的强弱变化通过一数据线输送给单片机，单片机通过激 光功率控制器向激光发生器发出控制指令，从而实现激光发射功率的闭环控制，
使激光的发射强度恒定，进而提高激光粉尘(颗粒物)仪测量的稳定性。4、由于 本实用新型的单片机内还预置有汉字库，单片机的显示输出端口连接有一液晶显 示器，因此，本实用新型可以通过液晶显示器汉字显示所有检测信息。5、由于本 实用新型的单片机的I/O接口连接有键盘，因此，可以直接通过键盘输入指令和 数据。6、由于本实用新型的单片机的打印输出端口连接有一打印机，因此，可以 通过打印机将所有检测结果打印出来。7、由于本实用新型的单片机具有PC机通 讯串行接口，因此，可以通过该接口连接一无线发射、接收装置，对检测信息进 行远程发射或接收。7、由于本实用新型具有一光路自清洗气幕，因此，可确保光 路系统上的器件与粉尘含量高的被测气体隔离开，不受污染，进一步提高了粉尘 浓度的测量准确性。本实用新型可以广泛用于各种公共场所或劳动场所或室外大 气环境的粉尘检测中，特别是在湿度变化较大的环境中。

图1是本实用新型的结构示意图具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
如图1所示，本实用新型提供的激光粉尘仪包括一进气口 1，在进气口 1的底
端连接一可更换的粒子分离切割器2，粒子分离切割器2通过一气流通道3连接一 暗室4。粒子分离切割器2根据不同环境下的被测粉尘，可以采用PM10、PM5、PM2. 5 或PM1型号的粒子分离切割器，以实现PMIO、 PM5、 PM2. 5或PM1多种粒子分离切 割器兼容。
暗室4一端设置有一光源5。光源5依次连接一激光发生器6、 一激光功率控 制器7和一单片微型计算机(简称单片机)8。激光发生器6采用一半导体激光器， 激光功率控制器7通过一控制线与一单片机8相连，光源5光线的强弱变化通过 一数据线输送给单片机8，再由单片机8通过激光功率控制器7向激光发生器6 发出控制指令，从而实现激光发射功率的闭环控制，使激光的发射强度恒定，进 而提高本实用新型测量的稳定性。其中，单片机8内预置有湿度修正模块、粉尘 (颗粒物)浓度超标报警阈值和汉字库。
暗室4的另一端设置有一光电接收器9，光电接收器9与光源5中间设置有一 光学透镜组IO，光学透镜组10与光源5之间设置有两隔板11，两隔板ll分别位 于气流通道3下方两侧，两隔板11上都开设有与光源5和光学透镜组10相应的 出光孔12，隔板ll的下端与暗室4之间留有间隙。
暗室4的下方设置有一与气流通道3相对的出气口 13，被测气体经过暗室4 后沿出气口 13进入一滤膜采样器14，滤膜采样器14在收集粉尘(颗粒物)的同 时，分析所收集到粉尘(颗粒物)的成份，并能求出该场所的质量浓度转换系数 即K值，并存储于单片机8中。滤膜采样器14的出口通过管路连接一抽气泵15, 抽气泵15的另一端通过管路连接一分流器16。
分流器16上开设有两个出口 17、 18，出口 17通过管路连接一湿度传感器19。 湿度传感器19将感应到的被测气体湿度信号通过一数据线传输至单片机8。同时， 湿度传感器19还通过一管路连接一流量传感器20，流量传感器20将感应到的被 测气体的流量信号通过一数据线输送至单片机8。当滤膜采样器14上收集的粉尘 (颗粒物)增厚，使被测气体流量变小时，单片机8通过连接在其与抽气泵15之 间的恒流控制器21，向抽气泵15发出增大抽气量的指令，从而实现吸入空气流量 的闭环控制，确保滤膜采样器14采样流量的恒定。流量传感器20上的排气口 22， 作为排出被测气体的通道。
分流器16上的出口 18通过一管路连接一过滤器23，对被测气体进行过滤。 过滤器23通过一管路连接到暗室4上开设的两回气口 24、 25，两回气口 24、 25分别位于两隔板11的外侧，经过过滤后沿回气口 24、 25进入暗室4的气体，在 两隔板ll的外侧形成两路光路自清洗气幕。光路自清洗气幕可确保光源5、光学 透镜组10和光电接收器9与粉尘含量高的被测气体隔离开，不受污染，进一步提 高了本实用新型测量粉尘(颗粒物)浓度的准确性。
光路系统中的光电接收器9将接收到的粉尘(颗粒物)散射光光强度信号依 序通过前置放大器26和积分电路27，然后经过模数转换器28转换成与粉尘(颗 粒物)浓度成正比的每分钟脉冲计数即粉尘(颗粒物)的相对质量浓度R(CPM)， 最后输送到单片机8，前置放大器26、积分电路27和模数转换器28为本领域常 用设备，在此不再详述。
单片机8的显示输出端连接有一液晶显示器29，结合单片机8内预置的汉字 库，可以通过汉字显示所有检测信息。所有检测信息可以通过单片机8上具有的 微型打印输出端口连接的打印机30，直接打印出来。单片机8的I/0接口上连接 有用于输入指令和数据的键盘31，及PC机通讯串行接口 32，该接口采用RS232 接口，用于与PC机进行双向通讯，可从PC机导入并存储100种左右不同场所的 质量浓度转换系数(K值)，即可以直接调用数据库的数据，而不必在重新检测、 积累K值。通过PC机通讯串行接口 32还可以连接一无线发射和接收装置33，用 于发射或接收本实用新型检测到的信息。
本实用新型还设置有标准散射板自校准系统作为仪器的校准部件，其为一个 标准的光学器件，在仪器设为校准状态时，将标准散射板自校准系统打入光路中 模拟粒子的散射，作为标准散射光来校准仪器。
上述实施例中，电源采用Ni-MH充电电池，可连续使用8小时，并配备有电 源适配器。
本实用新型适合公共场所粉尘(颗粒物)检测的粉尘质量浓度、标准散射板 自校准、粉尘浓度超标报警和适合大气环境检测的定时采样等一般检测，以及在 劳动卫生模式下，根据工业企业卫生标准(GBZ1-2002)和工作场所有害因素接触 限值(GBZ2-2002)标准，计算出时间加权平均值(TWA)以及短时间接触容许浓 度(STEL)。本实用新型还新增加了环境空气湿度的测量，并通过单片机8中的湿 度修正模块，自动消除湿度对粉尘(颗粒物)的质量浓度的影响，从而使测得的 粉尘(颗粒物)的质量浓度更为精确。
本实用新型操作时，首先，被测气体被吸入进气口l，经过粒子分离切割器2 分离，除去粗大的粉尘(颗粒物)后，依次通过气流通道3、暗室4、滤膜采样器 14和抽气泵15，然后通过分流器16将被测气体分为两路。其中一路被测气体通过过滤器23后，再次进入暗室4，对光路进行自清洗。粉尘(颗粒物)在光源5 发出的红外激光照射下产生散射光，散射光光强度信号经过光电接收器9接收后， 再依序通过前置放大器26、积分电路27和模数转换器28，转化为与粉尘(颗粒 物)浓度成正比的每分钟脉冲计数即粉尘(颗粒物)的相对质量浓度R(CPM)，并 输送到单片机8。同时，另一路被测气体依序通过湿度传感器19和流量传感器20， 湿度传感器19和流量传感器20分别将感应到的被测气体的空气实时湿度RH和气 体流量信号输送给单片机8。
根据以上湿度传感器19测得的被测气体的空气实时湿度RH、光路系统测得的 相对质量浓度R(CPM)和存储在单片机7内的相应场所的质量浓度转换系数K (mg/m3 *CPM)，单片机8中预置的湿度修正模块可以利用预置在其内的以下公式 对粉尘(颗粒物)的质量浓度C (mg/m3)进行计算，其计算式如下-
<formula>formula see original document page 8</formula>
式中F为湿度修正系数；B为微电脑激光粉尘检测仪的基底值(CPM)。 上式中的粉尘颗粒物的质量浓度C利用了湿度修正模块，自动修正空气湿度 对粉尘(颗粒物)的质量浓度C的影响。当测得的粉尘(颗粒物)的质量浓度C 超过单片机8内预置的粉尘(颗粒物)浓度超标报警阈值时，单片机8发出报警 指令。因此，本实用新型可以通过湿度传感器19实时并连续地检测出被测气体所 在环境的空气湿度，并根据环境湿度变化，对粉尘(颗粒物)浓度的测定结果进 行自动修正，得到更为精确的粉尘(颗粒物)浓度。
上述各实施例中，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的， 在本实用新型技术方案的基础上，对个别部件进行的改进和等同变换，不应排除 在本实用新型的保护范围之外。
权利要求1、一种微电脑激光粉尘仪，其特征在于它包括一具有一进气口、一出气口、两回气口的暗室，所述进气口的底端连接一可更换的粒子分离切割器，所述进气口与出气口之间安装有两隔板隔设的气体通道，所述暗室一端设置有由一激光发生器产生的光源，所述暗室的另一端与所述光源对应依次设置有一光学透镜组和一光电接收器，所述两隔板上与所述光源对应开设有出光孔；所述暗室的出气口依序连接一滤膜采样器、一抽气泵和一分流器；所述分流器具有两个出口，其中一出口连接一过滤器，所述过滤器通过管路连接所述暗室位于两隔板外侧的两回气口；所述光电接收器依序连接一前置放大器、一积分电路、一模数转换器和一单片机；所述分流器上的另一出气口依次连接一湿度传感器和一流量传感器，所述流量传感器上开设有一排气口；所述湿度传感器、流量传感器和激光发生器分别通过数据线连接所述单片机，所述单片机内预置有湿度修正模块、粉尘浓度超标报警阈值、质量浓度转换系数K值及汉字库。
2、 如权利要求l所述的一种微电脑激光粉尘仪，其特征在于所述抽气泵通 过一恒流控制器连接所述单片机。
3、 如权利要求l所述的一种微电脑激光粉尘仪，其特征在于所述激光发生 器通过一激光功率控制器连接所述单片机。
4、 如权利要求2所述的一种微电脑激光粉尘仪，其特征在于所述激光发生 器通过一激光功率控制器连接所述单片机。
5、 如权利要求1或2或3或4所述的一种微电脑激光粉尘仪，其特征在于-所述单片机的显示输出端口连接有一液晶显示器；所述单片机的I/O接口连接有 键盘；所述单片机的打印输出端口连接有一打印机；所述单片机上有PC机通讯串 行接口，该接口连接一无线发射、接收装置。
专利摘要本实用新型涉及一种微电脑激光粉尘仪，它包括具有一进气口、一出气口、两回气口的暗室，进气口的底端连接一粒子分离切割器，进气口与出气口之间安装有两隔板，暗室一端设置有一光源，暗室的另一端与光源对应依次设置有一光学透镜组和一光电接收器，两隔板上与光源对应开设有出光孔；暗室的出气口依序连接一滤膜采样器、一抽气泵和一分流器；分流器的一出口连接一过滤器，过滤器通过管路连接两回气口；光电接收器依序连接一前置放大器、一积分电路、一模数转换器和一单片机；分流器的另一出气口依次连接一湿度传感器和一流量传感器，流量传感器上开设有一排气口；湿度传感器和流量传感器分别通过数据线连接单片机，单片机内预置有湿度修正模块、粉尘浓度超标报警阈值、质量浓度转换系数K值及汉字库。
文档编号G01N21/17GK201298012SQ200820122690
公开日2009年8月26日 申请日期2008年9月26日 优先权日2008年9月26日
发明者周文刚, 晶 张, 朱一川, 朱芸德, 昕 毕 申请人:朱一川;张 晶;周文刚