一種激光粉塵傳感器的粉塵濃度測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及粉塵測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光粉塵傳感器的粉塵濃度測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，霧靄天氣對(duì)人們的生活和健康造成了不良影響，對(duì)于顆粒物檢測(cè)技術(shù)研究已經(jīng)刻不容緩，目前粉塵濃度檢測(cè)方法有震蕩天平法、β射線吸收法、光散射法等。一般激光粉塵傳感器工作方式是通過風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)令采樣空氣均勻的通過密閉的風(fēng)道，激光器發(fā)射一束單色光直射在采樣空氣上，激光遇到采樣空氣中的顆粒物會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象，用光敏管采集此時(shí)的散射光強(qiáng)，根據(jù)散射光強(qiáng)計(jì)算出顆粒物濃度。
[0003]目前，采用的粉塵濃度測(cè)量方法存在以下缺點(diǎn):
[0004](1)紅外激光不間斷工作會(huì)導(dǎo)致紅外激光器壽命短而且長時(shí)間工作使紅外激光器功率衰減，導(dǎo)致粉塵濃度測(cè)量準(zhǔn)確度較差；
[0005](2)由于風(fēng)扇轉(zhuǎn)速受外界溫度影響很大，外界溫度發(fā)生變化會(huì)導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)通過光束的采樣空氣流量發(fā)生改變從而導(dǎo)致粉塵濃度測(cè)量值出現(xiàn)偏差；激光粉塵傳感器工作時(shí)間較長時(shí)，風(fēng)扇的潤滑效果變差，阻力變大，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變小，從而導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)通過光束的采樣空氣流量變小，使得粉塵濃度測(cè)量值變??；
[0006](3)在大規(guī)模生產(chǎn)中，由于激光管功率誤差、電源噪聲干擾、半導(dǎo)體器件不一致性，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)一致性差，從而導(dǎo)致合格率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種粉塵傳感器的粉塵濃度測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法。
[0008]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
[0009]基于本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種粉塵傳感器的粉塵濃度測(cè)量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括激光器、光敏管、MCU、PID控制器以及風(fēng)扇；
[0010]所述MCU，用于控制激光器的激光閃爍工作頻率，以及設(shè)定風(fēng)扇的恒定轉(zhuǎn)速，且通過PID控制器使風(fēng)扇維持所述設(shè)定的恒定轉(zhuǎn)速；還用于對(duì)光敏管發(fā)送的第一散射光強(qiáng)信號(hào)和第二散射光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行處理分析，得到粉塵顆粒物個(gè)數(shù)η與粉塵濃度值ΡΜ的關(guān)系曲線；
[0011]所述光敏管，用于當(dāng)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)在恒定轉(zhuǎn)速下，采集激光器在所述工作頻率工作時(shí)的第一散射光強(qiáng)信號(hào)以及激光器不工作時(shí)的第二散射光強(qiáng)信號(hào)，并將所述第一散射光強(qiáng)信號(hào)和所述第二散射光強(qiáng)信號(hào)傳輸至所述MCU。
[0012]基于本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種采用粉塵傳感器的粉塵濃度測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行粉塵濃度測(cè)量的方法，所述方法包括:
[0013]SUMCU設(shè)定風(fēng)扇的恒定轉(zhuǎn)速且通過PID控制器使風(fēng)扇維持所述設(shè)定的恒定轉(zhuǎn)速，以及控制激光器的激光閃爍工作頻率；
[0014]S2、當(dāng)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)在恒定轉(zhuǎn)速下，光敏管采集激光器在所述工作頻率工作時(shí)的第一散射光強(qiáng)信號(hào)以及激光器不工作時(shí)的第二散射光強(qiáng)信號(hào)，并將所述第一散射光強(qiáng)信號(hào)和所述第二散射光強(qiáng)信號(hào)傳輸至所述MCU ;
[0015]S3、MCU對(duì)光敏管發(fā)送的第一散射光強(qiáng)信號(hào)和第二散射光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行處理分析，并利用差分算法得到粉塵顆粒物個(gè)數(shù)η與粉塵濃度值PM的關(guān)系曲線。
[0016]本發(fā)明提供的一種粉塵傳感器的粉塵濃度測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法，通過MCU控制激光器的工作頻率，是激光器閃爍工作，避免激光器不間斷工作導(dǎo)致激光器壽命短而且長時(shí)間工作使激光器功率衰減，導(dǎo)致粉塵濃度測(cè)量準(zhǔn)確性較差；通過MCU和PID控制器維持風(fēng)扇恒速，可避免風(fēng)扇由于溫度以及長時(shí)間工作對(duì)采樣空氣流量造成的影響進(jìn)而使粉塵濃度測(cè)量值變?。涣硗?，采用差分算法，對(duì)粉塵顆粒物個(gè)數(shù)η與粉塵濃度值ΡΜ的關(guān)系曲線進(jìn)行修正，得到更準(zhǔn)確的粉塵濃度測(cè)量結(jié)果。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的一種粉塵傳感器的粉塵濃度測(cè)量系統(tǒng)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的一種粉塵傳感器的粉塵濃度測(cè)量方法流程圖；
[0019]圖3為實(shí)施例中維持風(fēng)扇恒速的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0021]實(shí)施例1、一種粉塵傳感器的粉塵濃度測(cè)量系統(tǒng)。以下結(jié)合圖1對(duì)本實(shí)施例提供的粉塵濃度測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0022]參見圖1，本實(shí)施例提供的粉塵測(cè)量系統(tǒng)包括激光器、光敏管、MCU、PID控制器以及風(fēng)扇。所述MCU，用于控制激光器的激光閃爍工作頻率，以及設(shè)定風(fēng)扇的恒定轉(zhuǎn)速，且通過PID控制器使風(fēng)扇維持所述設(shè)定的恒定轉(zhuǎn)速；還用于對(duì)光敏管發(fā)送的第一散射光強(qiáng)信號(hào)和第二散射光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行處理分析，得到粉塵顆粒物個(gè)數(shù)η與粉塵濃度值ΡΜ的關(guān)系曲線。所述光敏管，用于當(dāng)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)在恒定轉(zhuǎn)速下，采集激光器在所述工作頻率工作時(shí)的第一散射光強(qiáng)信號(hào)以及激光器不工作時(shí)的第二散射光強(qiáng)信號(hào)，并將所述第一散射光強(qiáng)信號(hào)和所述第二散射光強(qiáng)信號(hào)傳輸至所述MCU。
[0023]其中，光敏管米集的第一散射光強(qiáng)信號(hào)和第二散射光強(qiáng)信號(hào)為電流信號(hào)，本實(shí)施例提供的粉塵濃度測(cè)量系統(tǒng)還包括:信號(hào)轉(zhuǎn)換器，用于將光敏管采集的電流形式的第一散射光強(qiáng)信號(hào)和第二散射光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓形式的第一散射光強(qiáng)信號(hào)和第二散射光強(qiáng)信號(hào)；電壓放大器，用于對(duì)電壓形式的第一散射光強(qiáng)信號(hào)和第二散射光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行電壓放大，并將放大后的第一散射光強(qiáng)信號(hào)和第二散射光強(qiáng)信號(hào)傳輸至MCU。
[0024]實(shí)施例2、一種采用激光粉塵傳感器的粉塵濃度測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行粉塵濃度測(cè)量的方法。以下結(jié)合圖2和圖3對(duì)本實(shí)施例提供的粉塵濃度測(cè)量方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0025]參見圖2，SUMCU設(shè)定風(fēng)扇的恒定轉(zhuǎn)速且通過PID控制器使風(fēng)扇維持所述設(shè)定的恒定轉(zhuǎn)速，以及控制激光器的激光閃爍工作頻率。
[0026]具體的，圖3為維持風(fēng)扇恒速的流程圖，MCU設(shè)定風(fēng)扇的恒定轉(zhuǎn)速Να，并通過風(fēng)扇反饋的轉(zhuǎn)速信號(hào)獲取風(fēng)扇實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速Nr，并獲取上一時(shí)間風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隊(duì)。計(jì)算風(fēng)扇的第一轉(zhuǎn)速誤差ERR0R1 = NA-Nr和風(fēng)扇的第二轉(zhuǎn)速誤差ERR0R2 =凡-隊(duì)，并計(jì)算電平改變量Λ PWM =KP*ERR0R1+K:* (ERR0R1-ERR0R2)。根據(jù)所述上一時(shí)間的占空比PWM1計(jì)算脈沖信號(hào)當(dāng)前需要的占空比PWM2 = PWM1+ Δ PWM，并將PWM2輸出給PID控制器以使PID控制器向風(fēng)扇輸出PWM2的脈沖信號(hào)進(jìn)而使風(fēng)扇維持設(shè)定的恒定轉(zhuǎn)速。一個(gè)具體的例子:MCU將風(fēng)扇轉(zhuǎn)速恒速到6500轉(zhuǎn)/min，而MCU控制器檢測(cè)當(dāng)前轉(zhuǎn)速7100轉(zhuǎn)/min，上Is風(fēng)扇轉(zhuǎn)速6400轉(zhuǎn)/min，MCU 控制器電平變化量Λ PWM = (0.00027* (6500-7100) +0.000058* (6500-6400))/100=-10.4%，即假設(shè)MCU控制器當(dāng)前PWM占空比80%，此時(shí)為使轉(zhuǎn)速達(dá)到6500轉(zhuǎn)/min，MCU控制器需輸出 PWM = 80% -10.4%= 69.6%。
[0027]為了避免激光器長期工作導(dǎo)致激光器功率衰減而減少激光器的壽命，本實(shí)施例采用激光閃爍方法，因此，MCU設(shè)定激光器的工作頻率，以控制激光器按照設(shè)定的工作頻率進(jìn)行激光閃爍，可延長激光器的工作壽命，避免激光功率衰減。
[0028]S2、當(dāng)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)在恒定轉(zhuǎn)速下，光敏管采集激光器在所述工作頻率工作時(shí)的第一散射光強(qiáng)信號(hào)以及激光器不工作時(shí)的第二散射光強(qiáng)信號(hào)，并將所述第一散射光強(qiáng)信號(hào)和所述第二散射光強(qiáng)信號(hào)傳輸至所述MCU。
[0029]具體的，風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)在恒定轉(zhuǎn)速下，MCU控制激光器按照設(shè)定的工作頻率工作一段時(shí)間，比如，工作500ms，在這段時(shí)間內(nèi)，光敏管采集激光器的散射光強(qiáng)信號(hào)，該散射光強(qiáng)信號(hào)為電流信號(hào)，因此經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換器將電流形式的散射光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓形式的散射光強(qiáng)信號(hào)，并經(jīng)過電壓放大器后得到電壓值\。同樣MCU控制激光器不工作一段時(shí)間，同樣，在500ms內(nèi)不工作，在這段時(shí)間內(nèi)，光敏管采集激光器的散射光強(qiáng)信號(hào)，同樣經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換并經(jīng)過放大得到電壓值νΒ。并將放大后的電壓值VJP電壓值V B傳輸至MCU。
[0030]S3、MCU對(duì)光敏管發(fā)送的第一散射光強(qiáng)信號(hào)和第二散射光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行