开放式扬尘在线监测系统的机械安装和调节机构

张涛　汪锋　樊海春　张金永

摘要：指出了随着社会的进步，环境检测技术面临巨大挑战。针对传统的扬尘检测仪器和方法存在的弊端，设计了一种开放式扬尘在线监测系统，其机械安装和调节机构利用光源发出的光经扩束后进入光电检测器，在光束进入光电器检测器之前要经过汇聚透镜和滤光片。这使得光源发出的光全部汇聚到光电检测器上，并且在接收结构上安装的窄带滤光片过滤了非对应光源入射的光，从而减小了系统的噪声，提高了信噪比。

关键词：扬尘；在线监测系统；机械机构

中图分类号：X831

文献标识码：A 文章编号：16749944（2017）10001403

1 引言

随着社会的发展，环境污染越来越严重，环境检测技术面临巨大的挑战。京津冀地区的大气颗粒物PM10、PM2.5严重超标。为了综合治理颗粒物污染，环保部门采取了一系列的措施，对城市扬尘的在线监测成为是其综合治理的一个重要的环节。传统的扬尘检测仪器主要采用称重法、β射线法、微振荡天平法以及光散射法。现有的监测仪器中，唯有光散射法的仪器可以做到在线检测。但是目前市场上的光散射法检测仪器多为抽取式，即将被测气体用气泵抽取到样品池中，在暗室中通过光散射理论来计算被测气体中不同粒径的颗粒物的质量。这种测量的方式有三个弊端：第一，在抽取的过程，气流改变了被测气体的状态，这样很难保证测量的准确性。第二，这种方法测量一段时间内气体中的颗粒物的质量，再根据抽气的时间和对流量的控制计算出这段时间总的气体的流量，进而计算出颗粒物的浓度，因此实时性不佳，不是严格意义上的实时监测。第三，这种测量方法只能检测可抽取空间范围内的空气，而做不到一台仪器可以检测大范围的空气颗粒物的浓度。基于这几个缺点，设计一种开放式（光源直接暴漏在被测环境中）、长光程（光源和光电检测机构之间的距离比较远）的基于光散射原理的扬尘在线检测仪器具有很大的应用价值。这种开放式、长光程的测量仪器的难点在于：第一，光源和光电检测器的距离很远，这样不仅对于光源的线性度要求特别高，并且使得光源和光电检测器的安装固定和对其也具有很高的要求。基于这种考虑，专利设计了一种开放式扬尘在线监测系统机械安装和调节机构，为这种开放式、长光程的测量仪器解决了机械方面的难点。

2 原理

开放式扬尘在线监测系统的机械安装和调节机构，包括整个光源的调整机构、光源的固定及微调机构、整体光电检测器的调节机构和光电检测器的安装和固定结构，整个光源的调整机构和整体光电检测器的调节机构用于完成对整个光源以及光电检测器的水平方向以及俯仰角的调节；光源的固定及微调机构用于现光源的固定以及水平方向和竖直方向的微调；光电检测器的安装和固定結构用于可光电检测器的安装与固定；整个光源的调整机构、光源的固定及微调机构、整体光电检测器的调节机构和光电检测器的安装和固定结构配合调节可以实现使光源发出的直径为20 mm的光斑可以全部进入距离20 m外的光电检测器上。

3 结构

光源的固定及微调机构包括光源，光源通过第一钢板上的4个第一螺丝孔和第一钢板紧密连接，光源与第一钢板连接组成的整体通过第一钢板上的通孔和第二钢板上的第二螺纹孔进行连接，构成安装组件，两个安装组件通过四个螺纹相连，完成个光源的安装和固定。如图1所示。

光电检测器的安装和固定结构，包括用于放置聚光镜和滤光片的金属腔体、用于安装聚光镜的安装架、作为光路的传播介质的空心的腔体，用于安装滤光片的滤光片安装架，用于放置光电检测器的平板，每个光源对应的光电检测器的安装孔，金属腔体和平板通过第三螺纹孔相连，金属腔体和平板之间密封，杜绝外界光的干扰。

光源和光电检测器的调节机构包括固定盘、转动盘、倾角调节板、固定地板，转动盘连接光源和光电检测机构，固定盘和转动盘之间通过连接螺纹相连。

整个光源的调整机构包括用于固定底板和倾角调节盘之间的连接销轴，倾角调节盘，固定底板，固定盘，第一转动盘和升降螺栓，转动升降螺栓可以实现整体结构倾角的调节和固定。

光源的固定及微调机构2包括光源，光源通过第一钢板21上的4个第一螺丝孔22和第一钢板21紧密连接，光源与第一钢板21连接组成的整体通过第一钢板21上的通孔24和第二钢板25上的第二螺纹孔26进行连接，构成安装组件28，两个安装组件28通过四个螺纹29相连，完成4个光源的安装和固定。

单个光源的水平方向的位置调节。参见图2所示，通孔24不仅是第一钢板21和第二钢板25连接的通孔，还可以水平移动通孔24来改变第一钢板21在第二钢板25上的水平位置。由此来完成单个光源的水平方向的位置调节。

单个光源的竖直方向的位置调节。参见图1所示，3为1上的螺纹孔，将1固定在5上并且调节好水平位置后，可以通过在3上面连接顶丝来调节1在5上的相对高度，4个3可以实现1在5上竖直方向和俯仰角的微调。

光电检测器的安装和固定结构4，包括用于放置聚光镜和滤光片的金属腔体41、用于安装聚光镜的安装架42、作为光路的传播介质的空心的腔体42，用于安装滤光片的滤光片安装架44，用于放置光电检测器的平板46，每个光源对应的光电检测器的安装孔47，金属腔体41和平板46通过第三螺纹孔45相连，金属腔体41和平板46之间密封，杜绝外界光的干扰（图3）。

光源和光电检测器的调节机构。参见图4所示，整个结构可以分为四个部分，还包括固定盘52，转动盘55，倾角调节板56，固定地板57，转动盘55连接光源和光电检测机构，固定盘52和转动盘55之间通过连接螺纹51相连。

光源整体的水平方向的位置调节。转动转动盘55可以调节整体光源和光电检测机构的水平方向。调节反正后用图三中的顶丝54来固定。光源整体的竖直方向的位置调节。参见图5，用于固定底板和倾角调节盘之间的连接销轴11，倾角调节盘12，固定底板13，固定盘14，第一转动盘15和升降螺栓16，转动升降螺栓16可以实现整体结构倾角的调节和固定。

4 測量方法

开放式扬尘在线监测系统的机械安装和调节机构，包括整个光源的调整机构1、光源的固定及微调机构2、整体光电检测器的调节机构3和光电检测器的安装和固定结构4，整个光源的调整机构1和整体光电检测器的调节机构3用于完成对整个光源以及光电检测器的水平方向以及俯仰角的调节；光源的固定及微调机构2用于现光源的固定以及水平方向和竖直方向的微调；光电检测器的安装和固定结构4用于可光电检测器的安装与固定；整个光源的调整机构1、光源的固定及微调机构2、整体光电检测器的调节机构3和光电检测器的安装和固定结构4配合调节可以实现使光源发出的直径为20 mm的光斑可以全部进入距离20 m外的光电检测器上。

5 结语

光源发出的光经扩束后进入光电检测器在光束进入光电器检测器之前要经过汇聚透镜和滤光片。这使得光源发出的光全部汇聚到光电检测器上，并且在接收结构上安装的窄带滤光片过滤了非对应光源入射的光，减小了系统的噪声，提高了信噪比。整个光路暴漏在测量环境中，测量结果具有直接性。并且因为不用考虑流量的问题。

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