開放式揚塵在線監測系統的機械安裝和調節機構

張濤　汪鋒　樊海春　張金永

摘要：指出了隨著社會的進步，環境檢測技術面臨巨大挑戰。針對傳統的揚塵檢測儀器和方法存在的弊端，設計了一種開放式揚塵在線監測系統，其機械安裝和調節機構利用光源發出的光經擴束后進入光電檢測器，在光束進入光電器檢測器之前要經過匯聚透鏡和濾光片。這使得光源發出的光全部匯聚到光電檢測器上，并且在接收結構上安裝的窄帶濾光片過濾了非對應光源入射的光，從而減小了系統的噪聲，提高了信噪比。

關鍵詞：揚塵；在線監測系統；機械機構

中圖分類號：X831

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）10001403

1 引言

隨著社會的發展，環境污染越來越嚴重，環境檢測技術面臨巨大的挑戰。京津冀地區的大氣顆粒物PM10、PM2.5嚴重超標。為了綜合治理顆粒物污染，環保部門采取了一系列的措施，對城市揚塵的在線監測成為是其綜合治理的一個重要的環節。傳統的揚塵檢測儀器主要采用稱重法、β射線法、微振蕩天平法以及光散射法。現有的監測儀器中，唯有光散射法的儀器可以做到在線檢測。但是目前市場上的光散射法檢測儀器多為抽取式，即將被測氣體用氣泵抽取到樣品池中，在暗室中通過光散射理論來計算被測氣體中不同粒徑的顆粒物的質量。這種測量的方式有三個弊端：第一，在抽取的過程，氣流改變了被測氣體的狀態，這樣很難保證測量的準確性。第二，這種方法測量一段時間內氣體中的顆粒物的質量，再根據抽氣的時間和對流量的控制計算出這段時間總的氣體的流量，進而計算出顆粒物的濃度，因此實時性不佳，不是嚴格意義上的實時監測。第三，這種測量方法只能檢測可抽取空間范圍內的空氣，而做不到一臺儀器可以檢測大范圍的空氣顆粒物的濃度。基于這幾個缺點，設計一種開放式（光源直接暴漏在被測環境中）、長光程（光源和光電檢測機構之間的距離比較遠）的基于光散射原理的揚塵在線檢測儀器具有很大的應用價值。這種開放式、長光程的測量儀器的難點在于：第一，光源和光電檢測器的距離很遠，這樣不僅對于光源的線性度要求特別高，并且使得光源和光電檢測器的安裝固定和對其也具有很高的要求。基于這種考慮，專利設計了一種開放式揚塵在線監測系統機械安裝和調節機構，為這種開放式、長光程的測量儀器解決了機械方面的難點。

2 原理

開放式揚塵在線監測系統的機械安裝和調節機構，包括整個光源的調整機構、光源的固定及微調機構、整體光電檢測器的調節機構和光電檢測器的安裝和固定結構，整個光源的調整機構和整體光電檢測器的調節機構用于完成對整個光源以及光電檢測器的水平方向以及俯仰角的調節；光源的固定及微調機構用于現光源的固定以及水平方向和豎直方向的微調；光電檢測器的安裝和固定結構用于可光電檢測器的安裝與固定；整個光源的調整機構、光源的固定及微調機構、整體光電檢測器的調節機構和光電檢測器的安裝和固定結構配合調節可以實現使光源發出的直徑為20 mm的光斑可以全部進入距離20 m外的光電檢測器上。

3 結構

光源的固定及微調機構包括光源，光源通過第一鋼板上的4個第一螺絲孔和第一鋼板緊密連接，光源與第一鋼板連接組成的整體通過第一鋼板上的通孔和第二鋼板上的第二螺紋孔進行連接，構成安裝組件，兩個安裝組件通過四個螺紋相連，完成個光源的安裝和固定。如圖1所示。

光電檢測器的安裝和固定結構，包括用于放置聚光鏡和濾光片的金屬腔體、用于安裝聚光鏡的安裝架、作為光路的傳播介質的空心的腔體，用于安裝濾光片的濾光片安裝架，用于放置光電檢測器的平板，每個光源對應的光電檢測器的安裝孔，金屬腔體和平板通過第三螺紋孔相連，金屬腔體和平板之間密封，杜絕外界光的干擾。

光源和光電檢測器的調節機構包括固定盤、轉動盤、傾角調節板、固定地板，轉動盤連接光源和光電檢測機構，固定盤和轉動盤之間通過連接螺紋相連。

整個光源的調整機構包括用于固定底板和傾角調節盤之間的連接銷軸，傾角調節盤，固定底板，固定盤，第一轉動盤和升降螺栓，轉動升降螺栓可以實現整體結構傾角的調節和固定。

光源的固定及微調機構2包括光源，光源通過第一鋼板21上的4個第一螺絲孔22和第一鋼板21緊密連接，光源與第一鋼板21連接組成的整體通過第一鋼板21上的通孔24和第二鋼板25上的第二螺紋孔26進行連接，構成安裝組件28，兩個安裝組件28通過四個螺紋29相連，完成4個光源的安裝和固定。

單個光源的水平方向的位置調節。參見圖2所示，通孔24不僅是第一鋼板21和第二鋼板25連接的通孔，還可以水平移動通孔24來改變第一鋼板21在第二鋼板25上的水平位置。由此來完成單個光源的水平方向的位置調節。

單個光源的豎直方向的位置調節。參見圖1所示，3為1上的螺紋孔，將1固定在5上并且調節好水平位置后，可以通過在3上面連接頂絲來調節1在5上的相對高度，4個3可以實現1在5上豎直方向和俯仰角的微調。

光電檢測器的安裝和固定結構4，包括用于放置聚光鏡和濾光片的金屬腔體41、用于安裝聚光鏡的安裝架42、作為光路的傳播介質的空心的腔體42，用于安裝濾光片的濾光片安裝架44，用于放置光電檢測器的平板46，每個光源對應的光電檢測器的安裝孔47，金屬腔體41和平板46通過第三螺紋孔45相連，金屬腔體41和平板46之間密封，杜絕外界光的干擾（圖3）。

光源和光電檢測器的調節機構。參見圖4所示，整個結構可以分為四個部分，還包括固定盤52，轉動盤55，傾角調節板56，固定地板57，轉動盤55連接光源和光電檢測機構，固定盤52和轉動盤55之間通過連接螺紋51相連。

光源整體的水平方向的位置調節。轉動轉動盤55可以調節整體光源和光電檢測機構的水平方向。調節反正后用圖三中的頂絲54來固定。光源整體的豎直方向的位置調節。參見圖5，用于固定底板和傾角調節盤之間的連接銷軸11，傾角調節盤12，固定底板13，固定盤14，第一轉動盤15和升降螺栓16，轉動升降螺栓16可以實現整體結構傾角的調節和固定。

4 測量方法

開放式揚塵在線監測系統的機械安裝和調節機構，包括整個光源的調整機構1、光源的固定及微調機構2、整體光電檢測器的調節機構3和光電檢測器的安裝和固定結構4，整個光源的調整機構1和整體光電檢測器的調節機構3用于完成對整個光源以及光電檢測器的水平方向以及俯仰角的調節；光源的固定及微調機構2用于現光源的固定以及水平方向和豎直方向的微調；光電檢測器的安裝和固定結構4用于可光電檢測器的安裝與固定；整個光源的調整機構1、光源的固定及微調機構2、整體光電檢測器的調節機構3和光電檢測器的安裝和固定結構4配合調節可以實現使光源發出的直徑為20 mm的光斑可以全部進入距離20 m外的光電檢測器上。

5 結語

光源發出的光經擴束后進入光電檢測器在光束進入光電器檢測器之前要經過匯聚透鏡和濾光片。這使得光源發出的光全部匯聚到光電檢測器上，并且在接收結構上安裝的窄帶濾光片過濾了非對應光源入射的光，減小了系統的噪聲，提高了信噪比。整個光路暴漏在測量環境中，測量結果具有直接性。并且因為不用考慮流量的問題。

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