能进行背景光补偿的后散射粉尘测量系统、方法及系统与流程

本公开涉及粉尘监测，尤其涉及能进行背景光补偿的后散射粉尘测量系统、方法及系统。

背景技术：

1、随着工业的快速发展，工业生产活动中向大气所排放的工业废气和烟尘已经造成环境污染，成为了一个需要注意的问题。并且当空气或排放粉尘的烟道中的粉尘浓度达到了某个临界浓度时，还极其容易发生爆炸事故。所以在粉尘排放过程中对粉尘浓度进行监控和分析是具有重要意义的。

2、目前在电力、石化、水泥、钢铁、垃圾焚烧、生物制药等领域均需实时监测烟道(烟道是指电力、石化、水泥、钢铁、垃圾焚烧、生物制药等工业生产场所或住宅的厨房卫生间等生活场所所用的废气和烟雾排放的管状装置)中的粉尘浓度。粉尘浓度几种典型的测量方法包括：滤膜称重法、压电晶体法、β射线吸收法、微量振荡天平法、黑度法、光透射法、光散射法、差分吸收光谱法、摩擦起电法。

3、光散射法是通过测量被测颗粒受光照射后所发出的散射光信号大小来计算颗粒物的粒径大小和质量浓度。光散射法具有测量速度快、重复性好、测量的粒子尺寸宽及适于在线非接触测量等优点。但是，在后散射测量中，由激光器发射的光通过多次的反射和散射在测量的烟道中产生背景光，背景光叠加散射光后对粉尘浓度测量的准确性产生不良影响，进而烟道变形和腐蚀等外在情况均会影响粉尘浓度测量的准确性。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本公开的目的在于提供能进行背景光补偿的后散射粉尘测量系统、方法及系统。

2、本公开第一方面提供一种能进行背景光补偿的后散射粉尘测量系统，用于测量烟道中的粉尘浓度，包括：光传感器、光学成像系统、光束发生器、光束限制元件、控制单元；所述光束发射器，设置在所述光束限制元件和所述光学成像系统之间，用于向被测量的烟道中发射准直光束；所述光束限制元件，用于限制所述光传感器的视场，所述光束限制元件的孔径是根据所述光传感器的高度、光学成像系统的直径、测量体积的像距和背景壁的像距之差与所述测量体积的像距的比值得到的，所述背景壁是烟道中远离所述能进行背景光补偿的后散射粉尘测量系统一侧的烟道壁，所述测量体积的像距等于所述光传感器到所述光学成像系统之间的距离；所述光学成像系统，以预设角度设置在所述能进行背景光补偿的后散射粉尘测量系统中，用于将经烟道后产生的背景光和散射光分开并将所述背景光和散射光聚焦到所述光传感器上，使得所述光传感器的第二光敏单元接收到所述散射光和背景光，所述光传感器的第一光敏单元仅接收到所述背景光或者接收到所述背景光和比第二光敏单元少的散射光；所述光传感器，设置在所述光学成像系统的像方，用于将所述第一光敏单元接收的背景光转换为第一电信号，将所述第二光敏单元接收的背景光和散射光号转换为第二电信号；所述控制单元，与所述光传感器电连接，用于利用所述第二电信号和第一电信号的电信号差值计算所述烟道中的粉尘浓度。

3、在第一方面的一些实施例中，所述光学成像系统包括至少一个透镜或至少一个凹面镜。

4、在第一方面的一些实施例中，根据所述光传感器的高度、光学成像系统的直径、测量体积的像距和背景壁的像距之差与所述测量体积的像距的比值得到所述光束限制元件的孔径的步骤包括：根据公式hblende＝-hdet+(bmv-bhg)/bmv(a/2+hdet)，计算所述光束限制元件的孔径hblende，其中，hdet是所述光传感器的高度、a是所述光学成像系统的直径、bhg是背景壁的像距，bmv是测量体积的像距。

5、在第一方面的一些实施例中，所述背景壁的像距bhg和测量体积的像距bmv是根据所述光学成像系统的焦距f、背景壁的物距ghg和测量体积的物距gmv得到的。

6、在第一方面的一些实施例中，所述光束发射器为固体激光发射器。

7、在第一方面的一些实施例中，还包括：位置调节单元，所述位置调节单元在所述控制单元的控制下调整所述光学成像系统的角度。

8、在第一方面的一些实施例中，还包括：在所述背景壁上设置背景光吸收装置。

9、在第一方面的一些实施例中，还包括：开设在所述能进行背景光补偿的后散射粉尘测量系统外壳上的吹扫接口，所述吹扫接口与吹扫系统连接，以供所述吹扫系统对所述能进行背景光补偿的后散射粉尘测量系统进行吹扫。

10、本公开第二方面提供一种后散射粉尘测量方法，由如第一方面中任一项所述的能进行背景光补偿的后散射粉尘测量系统中的控制单元执行，包括：获取光传感器中第一光敏单元输出的第一电信号以及第二光敏单元输出的第二电信号，其中，所述第一电信号是所述第一光敏单元根据其接收的背景光进行转换得到的或者所述第一电信号是所述第一光敏单元根据其接收的背景光和比第二光敏单元少的散射光进行转换得到的，所述第二电信号是所述第二光敏单元根据其接收的背景光和散射光进行转换得到的；根据所述第一电信号和第二电信号，得到电信号差值；根据所述电信号差值和粉尘浓度计算公式，得到烟道中的粉尘浓度。

11、本公开第三方面提供一种粉尘排放系统，包括烟道和如第一方面中任一项所述的能进行背景光补偿的后散射粉尘测量系统。

12、如上所述，本公开实施例中提供能进行背景光补偿的后散射粉尘测量系统、方法及系统，能进行背景光补偿的后散射粉尘测量系统用于测量烟道中的粉尘浓度，包括：光传感器、光学成像系统、光束发生器、光束限制元件、控制单元；所述光束发射器，设置在所述光束限制元件和所述光学成像系统之间，用于向被测量的烟道中发射准直光束；所述光束限制元件，用于限制所述光传感器的视场，所述光束限制元件的孔径是根据所述光传感器的高度、光学成像系统的直径、测量体积的像距和背景壁的像距之差与所述测量体积的像距的比值得到的，所述背景壁是烟道中远离所述能进行背景光补偿的后散射粉尘测量系统一侧的烟道壁；所述测量体积的像距等于所述光传感器到所述光学成像系统之间的距离；所述光学成像系统，以预设角度设置在所述能进行背景光补偿的后散射粉尘测量系统中，用于将经烟道后产生的背景光和散射光分开并将所述背景光和散射光聚焦到所述光传感器上，使得所述光传感器的第二光敏单元接收到所述散射光和背景光，所述光传感器的第一光敏单元仅接收到所述背景光或者接收到所述背景光和比第二光敏单元少的散射光；所述光传感器，设置在所述光学成像系统的像方，用于将所述第一光敏单元接收的背景光转换为第一电信号，将所述第二光敏单元接收的背景光和散射光转换为第二电信号；所述控制单元，与所述光传感器电连接，用于利用所述第二电信号和第一电信号的电信号差值计算所述烟道中的粉尘浓度。利用两个光敏单元的电信号差值计算粉尘浓度，降低了背景光对测量的影响，使得在长时间的使用过程中烟道变形和腐蚀等情况均不会影响测量结果；并且，在烟道的背景壁上设置光陷阱等背景光吸收装置，可以进一步降低背景光对测量的影响；进一步，通过在能进行背景光补偿的后散射粉尘测量系统外壳上开设有吹扫接口，可以供吹扫系统通过所述吹扫接口对所述能进行背景光补偿的后散射粉尘测量系统进行吹扫，降低长时间使用灰尘等杂质对光学成像系统的影响，进一步提高了测量的准确率以及能进行背景光补偿的后散射粉尘测量系统的使用效率。