1.一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪,包括粉尘采集单元,其特征在于,还包括粉尘浓度检测单元(10)、新风除尘单元、光室清洁单元和控制器;
所述粉尘采集单元由十字管(3)、进气管(1)、旋风除尘器(2)、第一滤膜(4.1)、第二滤膜(4.2)、流量传感器(5)、鞘流结构管道(6)和一号电磁阀(7)组成;所述十字管(3)由呈十字形排布的上分支段(3.1)、左分支段(3.2)、右分支段(3.3)和下分支段(3.4)相互连通组成,所述上分支段(3.1)的进气端与进气管(1)的出气端连接,所述左分支段(3.2)和右分支段(3.3)的管径均大于下分支段(3.4)的管径;所述旋风除尘器(2)串接在进气管(1)的中部;所述第一滤膜(4.1)、第二滤膜(4.2)分别设置在左分支段(3.2)、右分支段(3.3)的中部;所述流量传感器(5)串接在下分支段(3.4)的中部;所述鞘流结构管道(6)由呈T字形的外鞘管(6.3)和毛细方管(6.2)组成,所述外鞘管(6.3)由位于中部的主鞘管(6.4)和位于两侧的两个侧支管(6.1)相互连通组成,所述毛细方管(6.2)的下部通过开设在外鞘管(6.3)顶部中心的开口穿设于主鞘管(6.4)的内部中心,毛细方管(6.2)的上部管径较其下部管径大,且其进气端与下分支段(3.4)的出气端连接,两侧的两个侧支管(6.1)的进气端分别与左分支段(3.2)和右分支段(3.3)的出气端连接;所述一号电磁阀(7)串接在主鞘管(6.4)的中部;
所述粉尘浓度检测单元(10)设置在粉尘采集单元的下方,其由光室(10.1)、椭球反射镜(10.4)、激光源(10.2)、椭面镜(10.3)、硅光电池(10.5)和信号处理电路组成;所述光室(10.1)的中心具有竖向设置的光敏中心(10.6),其上端中心和下端中心分别连接有与光敏中心(10.6)连通的上进气管路(10.7)和下进气管路(10.8);所述椭球反射镜(10.4)和激光源(10.2)左右相对的固定连接在光室(10.1)左侧壁面和右侧壁面的内部,椭球反射镜(10.4)用于接收由激光源(10.2)发出并经椭面镜(10.3)透射的光,并将所接收的光向外侧的四周进行反射;所述椭面镜(10.3)通过固定件固定在激光源(10.2)的左侧,且其与椭球反射镜(10.4)和激光源(10.2)均同轴的设置,椭面镜(10.3)用于将激光源(10.2)发出的激光聚集到光敏中心(10.6)处;一对硅光电池(10.5)对称的分布于椭球反射镜(10.4)的上下两侧,且固定连接在光室(10.1)左侧壁面上,硅光电池(10.5)与信号处理电路的输入端连接;所述硅光电池(10.5)用于接收由椭球反射镜(10.4)所反射出的光,并将所接收的光能转化为电能;
所述新风除尘单元设置在粉尘采集单元和粉尘浓度检测单元(10)之间,其由三通(8)、新风进气管路(15)、第三滤膜(4.3)、二号电磁阀(9)、过滤装置(14)和气泵(13)组成;所述三通(8)上下相对的第一和第二接口分别与主鞘管(6.4)的出气端和上进气管路(10.7)的进气端连接;所述新风进气管路(15)的出气端与三通(8)侧面的第三接口连接,所述第三滤膜(4.3)设置在新风进气管路(15)的进气端内部,所述二号电磁阀(9)串接在新风进气管路(15)的中部;所述过滤装置(14)连接在下进气管路(10.8)的出气端,所述气泵(13)的吸气口通过吸气管路与下进气管路(10.8)中部的排气口连接;
所述光室清洁单元由超声换能振动装置(12)和超声振荡发生装置(11)组成,一对超声换能振动装置(12)相对的安装在光室(10.1)左侧壁和右侧壁的外侧面上,超声换能振动装置(12)包括喇叭口(12.4)、声阻抗特性层(12.6)、二号铜片(12.8)、二号压电陶瓷(12.7)、一号铜片(12.2)、一号压电陶瓷(12.1)、压板(12.3)和螺丝(12.5);所述喇叭口(12.4)的小口端、声阻抗特性层(12.6)、二号铜片(12.8)、二号压电陶瓷(12.7)、一号铜片(12.2)、一号压电陶瓷(12.1)和压板(12.3)依次贴合的连接,所述螺丝(12.5)依次穿过压板(12.3)的中心孔、一号压电陶瓷(12.1)的中心孔、一号铜片(12.2)的中心孔、二号压电陶瓷(12.7)的中心孔、二号铜片(12.8)的中心孔和声阻抗特性层(12.6)的中心孔,并与设置在喇叭口(12.4)小口端的螺纹孔通过螺纹配合固定连接;一对超声振荡发生装置(11)分别对应安装在一对超声换能振动装置(12)的外侧;所述超声振荡发生装置(11)的两个输出端分别与对应的超声换能振动装置(12)中的一号铜片(12.2)和二号铜片(12.8)连接;
所述控制器的输入端分别与流量传感器(5)和信号处理电路的输出端连接,其输出端分别与一号电磁阀(7)、激光源(10.2)、旋风除尘器(2)、二号电磁阀(9)、气泵(13)和超声振荡发生装置(11)连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪,其特征在于,所述控制器为PLC控制器。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪,其特征在于,还包括控制按键,所述控制按键与控制器连接,用于在操作人员的控制下向控制器发出旋风除尘器控制信号、一号电磁阀控制信号、二号电磁阀控制信号和气泵控制信号。
4.根据权利要求3所述的一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪,其特征在于,所述下进气管路(10.8)中部的排气口处安装有过滤网。
5.一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪的监测方法,包括如权利要求1至4任一项所述的一种具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:将具有光室清洁作用的大量程粉尘监测仪放置在需要被检测的环境中,并使进气管(1)的进气口对准所需要检测的物质;
步骤二:通过控制器控制一号电磁阀(7)打开,控制二号电磁阀(9)关闭,控制旋风除尘器(2)启动工作,使空气环境中的高浓度颗粒物通过进气管(1)进入到旋风除尘器(2)中,并利用旋风除尘器(2)将粒径允许通过的颗粒物供应到十字管(3)中;
该过程中,利用流量传感器(5)采集进入到下分支段(3.4)内尘流的流量信号一,并实时发送给控制器,控制器根据流量信号一获得初始流量值Q1;
步骤三:利用管径大小的差异,使进入到十字管(3)中的尘流大部分进入到左分支段(3.2)和右分支段(3.3)中,并使尘流的小部分进入到下分支段(3.4)中,同时,利用第一滤膜(4.1)、第二滤膜(4.2)分别对进入到左分支段(3.2)、右分支段(3.3)中的尘流进行过滤,使其形成新鲜空气气流,并分别进入到两个侧支管(6.1)中,同时,利用毛细方管(6.2)将进入到下分支段(3.4)中的尘流导流到主鞘管(6.4)中;
该过程中,利用流量传感器(5)采集进入到下分支段(3.4)中的尘流流量信号二,并实时发送给控制器,控制器根据流量信号二获得过程流量值Q2;
步骤四:利用由两个侧支管(6.1)汇聚的新鲜空气气流作为推动力,将进入到主鞘管(6.4)中的尘流以层流状态进行输送,并通过上进气管路(10.7)进入到光室(10.1)中,再通过下进气管路(10.8)外排;
步骤五:通过控制器控制激光源(10.2)产生激光,并利用椭面镜(10.3)使产生的激光聚集到光室(10.1)的光敏中心(10.6),并通过椭球反射镜(10.4)将通过光敏中心(10.6)的激光反射到一对硅光电池(10.5)上,利用硅光电池(10.5)将所接收的光信号转换为电流信号,再通过信号处理电路将电流信号转换为电压信号,最后输送给控制器获得对应的电压值;
该过程中,利用经过光敏中心(10.6)的尘流使聚集光发生散射,改变硅光电池(10.5)所接收的光强度,进而改变电压信号的大小,再利用控制器根据改变电压值的大小匹配出实际测量粉尘浓度C1;
步骤六:利用十字管(3)中左分支段(3.2)、右分支段(3.3)和下分支段(3.4)的管道形状、管径面积关系,获得初始流量值Q1和过程流量值Q2的关系式,进而获得实际测量粉尘浓度C1与初始粉尘浓度C2的线性关系;
步骤七:在完成监测作业后,通过控制器控制超声振荡发生装置(11)启动工作设定时间,对一号铜片(12.2)和二号铜片(12.8)发出振荡信号,使超声换能振动装置(12)内的一号压电陶瓷(12.1)和二号压电陶瓷(12.7)带动喇叭口(12.4)振动,从而使光室(10.1)的壁面反复振动,使光室(10.1)内壁上的极细颗粒相互碰撞并凝聚,再沉淀至光室(10.1)的底部;
在超声振荡发生装置(11)工作设定时间后,通过控制器控制一号电磁阀(7)关闭,控制二号电磁阀(9)打开,控制气泵(13)打开,利用负压的作用吸入外界大气,并通过第三滤膜(4.3)对进入到光室(10.1)中的空气进行过滤,利用进入到光室(10.1)中的空气将散落的粉尘颗粒带入到过滤装置(14)中。