1.一种基于光学方法的井下多波段实时黑炭浓度监测仪，包括壳体（2），所述壳体（2）为本安防爆型壳体，其防尘等级为IP68；壳体（2）上开设有主进气口（1）和主出气口；其特征在于，还包括主动卷筒（14）、从动卷筒（16）、步进电机（15）、滤膜带（8）、采样检测筒（13）、对照检测筒（17）、取样泵（6）、激光平行光管一（7）、激光平行光管二（12）、采样光度接收器（9）、对照光度接收器（10）和数据处理器；

所述主动卷筒（14）和从动卷筒（16）分别设置在壳体（2）内腔的左部和右部，且分别通过各自中心的旋转轴与壳体（2）可转动的连接；

所述步进电机（15）安装在壳体（2）的内腔中，且其输出轴与主动卷筒（14）中心的转轴连接；

所述滤膜带（8）的中段水平地设置在主动卷筒（14）下圆面和从动卷筒（16）下圆面的下部，其一端绕设连接在主动卷筒（14）上，其另一端绕设连接在从动卷筒（16）上；

所述采样检测筒（13）和对照检测筒（17）并排地设置在主动卷筒（14）和从动卷筒（16）之间的区域；采样检测筒（13）由尺寸相适配的上采样筒体（13‑1）和下采样筒体（13‑2）组成，且二者相对的一端均为敞口结构；对照检测筒（17）由尺寸相适配的上对照筒体（17‑1）和下对照筒体（17‑2）组成，且二者相对的一端均为敞口结构；上采样筒体（13‑1）和上对照筒体（17‑1）均与壳体（2）固定连接，二者的上端中心均开设有入射孔，且二者的下开口端均与滤膜带（8）的上表面滑动接触；下采样筒体（13‑2）和下对照筒体（17‑2）分别设置在上采样筒体（13‑1）和上对照筒体（17‑1）的下方，二者的下开口端均开设有检测孔，且二者的上开口端分别与上采样筒体（13‑1）和上对照筒体（17‑1）的下开口端相对应地设置；在上采样筒体（13‑1）的中部开设有进气孔（13‑3），在下采样筒体（13‑2）的中部开设有出气孔（13‑

4），所述进气孔（13‑3）通过进气管路与主进气口（1）连接；

所述取样泵（6）安装在壳体（2）的内部，其进气端通过连通管路与出气孔（13‑4）连接，其出气端通过排气管路与主出气口连接；

所述激光平行光管一（7）和激光平行光管二（12）的型号相同，其内部均具有波长为

420nm和880nm的激光二极管元件；所述激光平行光管一（7）和激光平行光管二（12）分别安装在上采样筒体（13‑1）和上对照筒体（17‑1）的上端，且激光平行光管一（7）和激光平行光管二（12）的发射面分别设置在上采样筒体（13‑1）和上对照筒体（17‑1）的入射孔中；

所述采样光度接收器（9）和对照光度接收器（10）分别安装在下采样筒体（13‑2）和下对照筒体（17‑2）的下端，且采样光度接收器（9）和对照光度接收器（10）的接收面分别设置在下采样筒体（13‑2）和下对照筒体（17‑2）的检测孔中，并分别对应激光平行光管一（7）和激光平行光管二（12）发射面的设置；

升降支架（11）由并排设置的两个直线电动推杆（18）组成；两个直线电动推杆（18）分别位于采样光度接收器（9）和对照光度接收器（10）的下方，两个直线电动推杆（18）的座体与壳体（2）固定连接，两个直线电动推杆（18）的杆端分别通过采样光度接收器（9）和对照光度接收器（10）与下采样筒体（13‑2）的下端和下对照筒体（17‑2）的下端连接，用于在同步伸缩过程中驱动下采样筒体（13‑2）和下对照筒体（17‑2）的同步上升和同步下降动作；

所述数据处理器分别与步进电机（15）、取样泵（6）、激光平行光管一（7）、激光平行光管二（12）、采样光度接收器（9）、对照光度接收器（10）和直线电动推杆（18）连接。

2. 根据权利要求1 所述的一种基于光学方法的井下多波段实时黑炭浓度监测仪，其特征在于，所述连通管路上串接有流量计，所述流量计与数据处理器连接。

3. 根据权利要求1 或2 所述的一种基于光学方法的井下多波段实时黑炭浓度监测

仪，其特征在于，所述壳体（2）上分别安装有显示屏（3）、控制面板（4）和开关（5），所述显示屏（3）、开关（5）和控制面板（4）均与数据处理器连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于光学方法的井下多波段实时黑炭浓度监测仪，其特征在于，所述主进气口（1）中设置有尼龙旋风分离器，所述尼龙旋风分离器与数据处理器连接。

5.一种基于光学方法的井下多波段实时黑炭浓度监测方法，采用如权利要求1至4任一项所述的一种基于光学方法的井下多波段实时黑炭浓度监测仪，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：获得柴油机尾气中颗粒物在880nm波长下光信号与在420nm波长下光信号的比值；

S11：将基于光学方法的井下多波段实时黑炭浓度监测仪置于仅具有柴油机尾气的测试空间中；通过数据处理器控制升降支架（11）向外部伸出设定长度，使下采样筒体（13‑2）和下对照筒体（17‑2）同步上升到靠近上采样筒体（13‑1）和上对照筒体（17‑1）的位置，并确保在上升动作后下采样筒体（13‑2）和上采样筒体（13‑1）之间形成的间隙、下对照筒体（17‑

2）和上对照筒体（17‑1）之间形成的间隙与滤膜带（8）的厚度相匹配；

S12：通过数据处理器控制取样泵（6）启动工作，利用取样泵（6）负压作用于采样检测筒（13），使样品流通过主进气口（1）、进气管路和进气孔（13‑3）进入到上采样筒体（13‑1）中，并通过滤膜带（8）进入到下采样筒体（13‑2）中，再通过出气孔（13‑4）、连通管路、取样泵（6）、排气管路和主出气口排出到外部；

同步地，控制激光平行光管一（7）发出880nm波长的激光，并利用位于采样检测筒（13）中的一段滤膜带（8）收集样品流中的颗粒物，同时，利用采样光度接收器（9）对通过气流后的一段滤膜带（8）进行光信号检测，并获得第一采样光信号，再将第一采样光信号转换为第一采样电信号后发送给数据处理器；

S13：通过数据处理器控制取样泵（6）停止工作，控制激光平行光管一（7）停止工作，并控制步进电机（15）启动工作，并在步进电机（15）顺时针旋转过设定角度后再控制其停止工作，该过程中，利用主动卷筒（14）的同步转动带动滤膜带（8）向左侧移动设定距离，使未使用过的一段滤膜带（8）进入到采样检测筒（13）中；

S14:通过数据处理器控制取样泵（6）启动工作，同步地，控制激光平行光管一（7）发出

420nm波长的激光，并利用位于采样检测筒（13）中的一段滤膜带（8）收集样品流中的颗粒物，同时，利用采样光度接收器（9）对通过气流后的一段滤膜带（8）进行光信号检测，并获得第二采样光信号，再将第二采样光信号转换为第二采样电信号后发送给数据处理器；

S15:通过数据处理器控制取样泵（6）停止工作、控制激光平行光管一（7）停止工作；

S16: 通过数据处理器根据所接收到的第一采样电信号和第二采样电信号获得柴油机尾气中颗粒物在880nm波长下光信号与在420nm波长下光信号的比值 ；

步骤二：获得煤尘中颗粒物在880nm波长下光信号与在420nm波长下光信号的比值；

S21：将基于光学方法的井下多波段实时黑炭浓度监测仪置于仅具有煤尘的测试空间中；

S22：通过数据处理器控制取样泵（6）启动工作，利用取样泵（6）负压作用于采样检测筒（13），使样品流通过主进气口（1）、进气管路和进气孔（13‑3）进入到上采样筒体（13‑1）中，并通过滤膜带（8）进入到下采样筒体（13‑2）中，再通过出气孔（13‑4）、连通管路、取样泵（6）、排气管路和主出气口排出到外部；

同步地，控制激光平行光管一（7）发出880nm波长的激光，并利用位于采样检测筒（13）中的一段滤膜带（8）收集样品流中的颗粒物，同时，利用采样光度接收器（9）对通过气流后的一段滤膜带（8）进行光信号检测，并获得第三采样光信号，再将第三采样光信号转换为第三采样电信号后发送给数据处理器；

S23：通过数据处理器控制取样泵（6）停止工作，控制激光平行光管一（7）停止工作，并控制步进电机（15）启动工作，并在步进电机（15）顺时针旋转过设定角度后再控制其停止工作，该过程中，利用主动卷筒（14）的同步转动带动滤膜带（8）向左侧移动设定距离，使未使用过的一段滤膜带（8）进入到采样检测筒（13）中；

S24: 通过数据处理器控制取样泵（6）启动工作，同步地，控制激光平行光管一（7）发出

420nm波长的激光，并利用位于采样检测筒（13）中的一段滤膜带（8）收集样品流中的颗粒物，同时，利用采样光度接收器（9）对通过气流后的一段滤膜带（8）进行光信号检测，并获得第四采样光信号，再将第四采样光信号转换为第四采样电信号后发送给数据处理器；

S25: 通过数据处理器控制取样泵（6）停止工作、控制激光平行光管一（7）停止工作；

S26: 通过数据处理器根据所接收到的第三采样电信号和第四采样电信号获得煤尘中颗粒物在880nm波长下光信号与在420nm波长下光信号的比值；

步骤三：获得柴油机尾气和煤尘气流所形成的混合气流在880nm波长下光信号和在

420nm波长下光信号的比值；

S31：将基于光学方法的井下多波段实时黑炭浓度监测仪置于井下的测试空间中，该测试空间中具有柴油机尾气和煤尘气流的混合气流；

S32：通过数据处理器控制取样泵（6）启动工作，利用取样泵（6）负压作用于采样检测筒（13），使样品流通过主进气口（1）、进气管路和进气孔（13‑3）进入到上采样筒体（13‑1）中，并通过滤膜带（8）进入到下采样筒体（13‑2）中，再通过出气孔（13‑4）、连通管路、取样泵（6）、排气管路和主出气口排出到外部；

同步地，控制激光平行光管一（7）发出880nm波长的激光，并利用位于采样检测筒（13）中的一段滤膜带（8）收集样品流中的颗粒物，同时，利用采样光度接收器（9）对通过气流后的一段滤膜带（8）进行光信号检测，并获得第五采样光信号，再将第五采样光信号转换为第五采样电信号后发送给数据处理器；

S33：通过数据处理器控制取样泵（6）停止工作，控制激光平行光管一（7）停止工作，并控制步进电机（15）启动工作，并在步进电机（15）顺时针旋转过设定角度后再控制其停止工作，该过程中，利用主动卷筒（14）的同步转动带动滤膜带（8）向左侧移动设定距离，使未使用过的一段滤膜带（8）进入到采样检测筒（13）中；

S34: 通过数据处理器控制取样泵（6）启动工作，同步地，控制激光平行光管一（7）发出

420nm波长的激光，并利用位于采样检测筒（13）中的一段滤膜带（8）收集样品流中的颗粒物，同时，利用采样光度接收器（9）对通过气流后的一段滤膜带（8）进行光信号检测，并获得第六采样光信号，再将第六采样光信号转换为第六采样电信号后发送给数据处理器；

S35: 通过数据处理器控制取样泵（6）停止工作、控制激光平行光管一（7）停止工作；

S36: 通过数据处理器根据所接收到的第五采样电信号和第六采样电信号获得混合气流中颗粒物在880nm波长下光信号与在420nm波长下光信号的比值 ；

步骤四：获得煤尘中颗粒物的百分比含量y与柴油机尾气中颗粒物的百分比含量x；

对于混合气流，数据处理器利用公式（1）和公式（2）计算出煤尘中颗粒物的百分比含量y与柴油机尾气中颗粒物的百分比含量x；

（1）；

（2）；

其中， 表示柴油机尾气中颗粒物在880nm波长下光信号与在420nm波长

下光信号的比值； 表示煤尘中颗粒物在880nm波长下光信号和在420nm波长

下光信号的比值； 表示柴油机尾气和煤尘气流所形成的混合气流在880nm波长下光信号和在420nm波长下光信号的比值；

步骤五：获得井下测试空间中气流的总颗粒物浓度C1；

S51：将基于光学方法的井下多波段实时黑炭浓度监测仪置于井下的测试空间中；

S52：通过数据处理器控制取样泵（6）启动工作，控制步进电机（15）以间歇的方式启动工作，并控制激光平行光管一（7）和激光平行光管二（12）发出同一波长的激光，利用取样泵（6）负压作用于采样检测筒（13），使样品流通过主进气口（1）、进气管路和进气孔（13‑3）进入到上采样筒体（13‑1）中，并通过滤膜带（8）进入到下采样筒体（13‑2）中，再通过出气孔（13‑4）、连通管路、取样泵（6）、排气管路和主出气口排出到外部；

该过程中，利用位于采样检测筒（13）中的一段滤膜带（8）收集样品流中的颗粒物；同时，利用对照光度接收器（10）对通过气流前的一段滤膜带（8）进行光信号检测，并获得对照光信号，再将对照光信号转换为对照电信号V0后发送给数据处理器；利用采样光度接收器（9）对通过气流后的一段滤膜带（8）进行光信号检测，并获得混合气流采样光信号，再将混合气流采样光信号转换为混合气流采样电信号V后发送给数据处理器；

S53：数据处理器利用公式（3）计算出气流的总颗粒物浓度C1；

（3）；

式中，K为单位浓度的颗粒气流消光系数，L为光穿过颗粒气流的厚度；

步骤六：获得混合气注中柴油机尾气中颗粒物的浓度CDIESEL和煤尘中颗粒物的浓度CCOAL；

数据处理器利用公式（4）计算出柴油机尾气中颗粒物的浓度CDIESEL，利用公式（5）计算出煤尘中颗粒物的浓度CCOAL；

（4）；

（5）。

6.根据权利要求5所述的一种基于光学方法的井下多波段实时黑炭浓度监测方法，其特征在于，在步骤五的S52中，利用流量计实时采集通过连通管路的流量信号并发送给数据处理器；在步骤六中，根据所接收到的流量信号获得气流的流速，根据内部的计时模块获得监测仪的工作时长，根据步进电机（15）所转过的角度匹配出滤膜带（8）的滤膜使用比，并将柴油机尾气中颗粒物的浓度CDIESEL、煤尘中颗粒物的浓度CCOAL、气流的流速、工作时长和滤膜使用比发送给显示屏（3）进行实时显示。