基于光散射法对烟尘浓度的在线监测研究.pdf

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1、第4期山西焦煤科技No．42015年4月ShanxiCokingCoalScience&TechnologyApr．2015·试验研究·基于光散射法对烟尘浓度的在线监测研究任燕卿(1．太原理工大学物理与光电工程学院，山西太原030024；2．西山煤电(集团)有限责任公司，山西太原030053)摘要通过分析粉尘颗粒对激光的散射特性，结合粉尘排放实时测量技术，基于光散射法建立了一套激光粉尘自动测定系统用以测量工业生产烟道中粉尘的浓度。运用该系统对山西铝厂回转窑烟道中不同浓度的AlO粉尘进行实时监测，实验数据与等速抽滤采样法标定结果比较误差不超过15％，结果表明，所设

2、计的装置能用于工业生产作业场所粉尘浓度的监测。关键词激光散射；粉尘监测；光电传感器；数据采集系统中图分类号：TD679文献标识码：B文章编号：1672—0652(2015)04—0009—03现代社会，随着工业的发展，排放到空气中的粉的。当光通过介质时，一部分光被介质吸收，另一部尘越来越受到关注。空气中的粉尘危害人类健康，腐分光被散射，余下部分按原传播方向继续前进。光经蚀古代建筑，还会阻碍植被光合作用，抑制其生长；另过厚度为的均匀介质的吸收层后，光强由，n减少外，在一定条件下粉尘还会发生爆炸，造成严重的事为，．根据朗伯定律：，=10e～，k为吸收系数，是波长故。

3、为了降低空气中粉尘浓度，应该从污染源抓起，的函数。如果均匀介质是溶液，则吸收系数与浓度对工业生产用以排放废气的烟道中的粉尘浓度进行C成正比：k=aC．监测和控制变得意义重大，已成为近些年的研究热根据比尔定律：，=Ioe一．当光通过气体中的尘点¨』。现有测量粉尘浓度的方法有很多：过滤称重粒时，由于粉尘粒子的不均匀结构破坏了次波的相干法]、超声波法]、压电晶体感应法和电荷感应法J性而产生廷德尔散射。当平行光通过厚度为的粉等。其中，过滤称重法是最基本的方法，缺点是不能尘介质时，光强由，n减弱为由于吸收和散射的影连续监测粉尘浓度；超声波法还处于研究阶段；压电响：，=Io

4、e～，为散射系数。晶体感应法只适合用在粉尘浓度低的场所；电荷感应与普通光源相比，激光沿一条直线传播，发散角法利用置于高压交替电场中传感器的感应电压感知很小。激光的谱线单一，相干长度可达数百米。由于粉尘从而测得浓度，但是不能用来测量电弧炉所产生光束细，功率密度特别大。基于激光的上述特点，适的粉尘，容易受电弧炉高温和强磁场的干扰。本合用作测尘传感器的光源。本文选用5mw的氦氖文基于光散射法建立了一套激光粉尘连续自动测定激光器，其波长为632．8nm．系统，并对山西铝厂回转窑烟道中的A1：O，粉尘浓度1．2系统装置及工作原理进行了实时测量研究。该自动测定系统测量粉尘浓

5、所设计的粉尘浓度自动测定系统装置见图1，其度范围大，适用粉尘类型广泛。各部分如下：1一氦氖激光器。2一两片相同厚度、相1结构设计与工作原理同材料的防护镜。与传感器外壳相连，起密封防尘作1．1光在粉尘中的特性用。3一直角反射镜。通过两个反射面将穿过烟道的没有一种介质对任何波长的电磁波是完全透明激光束原方向反射回去。4一双面旋转反射镜。由一收稿日期：2014—03—10作者简介：任燕卿(1979一)，男，山西吕梁人，2004年毕业于华中科技大学，政工师，太原理工大学在读硕士研究生，主要从事光电传感器在工业粉尘测定中的应用研究，(E—mail)yulong27@soh

6、u．com山西焦煤科技2015年第4期由于、X、O／,／3、k在具体测量时都为常数，则浓度可写为：c=。lnUo+6(4)由工业中常用的等速抽滤采样法测得同时刻的烟气浓度，与单片机对同时刻的与的采样值相比较，经多次标定后即可确定常数o、b的值。二兰，2数据采集与处理光电接收传感器输出周期性的脉冲信号，实时性j+r土+，f一—强，需要单独的一片单片机来完成数据的采集。单片机1对电压信号进行采集，采样周期为1ms，连续采200个数后通过RS232接口传给单片机2．单片机对所有数据分析比较，取出所有相邻的脉冲峰值，大值为，小值为，代入式(4)即可得出每个周期内的烟尘浓

7、度，然后传给LED实时显示出来。数据采集系统示意图见图3．图3数据采集系统示意图3现场工况处理要使激光传感器在工业现场长期工作，需要对传感器做密封处理，以免内部光学器件污染。对于与外』2』t界直接接触的防护镜镜片，采用压缩空气长期吹扫镜图2传感器输出电压曲线图片以防止灰尘污染。对于Uo、U与烟尘浓度C的关系：假设反光镜反4测量结果射系数相同，均为，=．两片防护镜材料相同，厚通过山西铝厂，用所设计的粉尘浓度自动测定装度都为．对于单一波长的激光束，其吸收系数k为置，在直径为5m的氧化铝回转窑烟囱上针对不同浓常数，每穿过一次防护镜，=Ioe-kxl~对于烟道中的烟度粉

8、尘进行多次连续测量实验。