专利名称：大流量工业粉尘分布式快速测量系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及工业污染监测领域，尤其涉及一种大流量工业粉尘分布式快速测量系 统。
背景技术：
环境问题已成为危害人们健康、制约经济发展和社会稳定的重要因素。随着社会 经济的发展，环境问题已经作为一个不可回避的重要问题提上了各国政府的议事日程。保 护环境、减轻环境污染、遏制生态恶化趋势成为政府社会管理的重要任务。我国环境保护目 前形势更加严峻，环境污染和生态破坏严重制约了经济的可持续发展，影响了人类的生存 环境。因此，必须加强对环境的监控力度，建立完善的监控、管理体系，环境(包括水质和大 气)监测仪器既是环境信息的源头，又是环境质量评价、监控及环境科学管理的手段，为了 预防环境污染，在环保部门和各个易引起环境污染的单位配备先进、智能在线监测仪器成 为必然的要求。目前在矿山开采、火力发电、水泥制造及玻璃制造等行业中，由于产品本身或者燃 料使用及输运过程中存在有大量的尘埃粒子飘扬于空气中，给现场工作人员带来了极大的 健康危害。这些行业的作业现场必须装备相应的除尘装置，当空气中尘埃浓度超标时，打开 除尘装置进行除尘，而空气质量达标时则关闭除尘装置，以实现在保护环境的同时，达到节 约能源、降低厂家成本的目标。此外一些先进的制造行业如集成电路、生物制药等产品质量直接和制造车间的空 气洁净度密切相关，在新的技术条件下，这些行业对空气洁净度的要求也越来越高，集成电 路在Ium技术工艺水平下，洁净度要求是10级(每立方英尺体积内含有0. 5um粒径的尘埃 粒子数在10个以内)，0. 5um工艺技术，洁净度要求是1级甚至更高，而在0. 25um技术工艺 水平下，洁净度要求是0. 1级以上，受控的最大颗粒直径则都要到0. Ium以内。随着集成电 路内建可靠性的广泛应用，适应于其洁净度要求的尘埃粒子计数器和粉尘浓度测定仪成为 必须的测试仪器。在技术水平不断提高的条件下，对空气粉尘测试仪器的要求也在不断提高，不仅 要有其速度快、精度高、灵敏度高等特点，还要求具有使用寿命长，测量范围广、无二次污 染、体积小等一些列其他指标要求。。
发明内容
本发明目的在于针对一定区域内多点的环境粉尘浓度同时测量并实现统一监控 的粉尘浓度测量系统。本发明的技术方案大流量激光粉尘测定仪光学传感器作为核心部件，并使用32位ARM为核心处理 器，将大流量激光粉尘测定仪光学传感器输出信号经过前置放大与二级放大后，采集进高 精度模拟/数字口，然后32位ARM对数据进行特殊算法的处理，将粒子浓度(个/m3)换算成粉尘浓度(mg/m3)，再将运算结果通过并行接口实时送入主处理器，主处理器在接收到粉 尘浓度数据后，随之将数据送入GPRS模组，粉尘浓度数据通过无线网络实时发送给远端监 控中心。监控中心可实时检测同时在线测试粉尘浓度的所有终端的信息，并实时显示在监 控中心的软件界面上。目前粉尘浓度测量设备多数只能实现单点测量，不能实现一定区域的连接处理与 实时监控，且不能实现大流量的快速测量。本发明是以便携式大流量激光粉尘测定仪光学 传感器为核心部件，并以32位ARM处理器来实现复杂算法处理，实现大流量工业粉尘的快 速测量。最后主处理器通过GPRS模组将粉尘浓度信息实时发送到监控中心，最终实现监控 中心对区域现场范围内的所有粉尘浓度测量终端实现远距离的分布式实时监控。本发明的优点1、以高性能的大流量工业粉尘传感器为核心部件，在传感器的结构设计中增加了 反吹装置，保护光学镜头面不受粉尘污染。2、以高速度的32位ARM系列嵌入式CPU作为测量装置的控制核心，实现复杂算法 运算，快速处理传感器的转换信号，实现工业粉尘浓度的快速测量。3、测量装置配备RS485通信、GPRS模块，可实现分布式、实时在线远程监测。
附图1是大流量工业粉尘分布式快速测量终端的电路图框图；附图2是大流量工业粉尘传感器原理框图；附图3是前置放大电路；附图4是二级放大电路；附图5是副处理器电路图；附图6是整个系统工作框图；附图7是大流量粉尘测量终端的副处理器软件工作流程图；附图8是c主处理器软件处理流程图；附图9是监控中心监控软件工作流程图；附图10是系统大流量粉尘测量终端电源框图；附图1中1是主处理器，是32位ARM9核，型号是LPC3130。2是副处理器，是32 位ARM-Cortex核，型号是STM32F103。3是便携式大流量激光粉尘测定仪光学传感器。4 是前置放大电路。5是二级放大电路。6是副处理器的12位16通道的ADC输入接口。7是 内存(SDRAM)芯片。8是16X2液晶屏(LCM)。9是SPI FLASH芯片。10是GPRS无线数据发送模块。11是485总线接口电路。12是按键接口电路。13是USB接口。14是SD卡接口。15反吹装置。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。实施例1如附图1中所示，便携式大流量激光粉尘测定仪光学传感器3输出的微弱电信号， 经过前置放大电路4，再经过二级放大电路5后输入进AD模数转换接口 6，副处理器2对AD
4模数转换口 6输入的数据进行快速转换，然后再采用η极连分式算法与卡尔漫滤波算法，后 得出粉尘浓度数据，副处理器2再将粉尘浓度数据通过并行接口(HPI)送入主处理器1，主 处理器1在接收到粉尘浓度数据后则对数据进行打包处理，然后再将打包后数据通过串行 口(UART)送入无线数据传输模块IO(GPE)发往远端监控中心。在数据发送成功后，主处 理器1再将粉尘浓度数据实时显示在液晶屏(LCM)上。同时检测USB接口 13是否有USB 设备插入或SD卡接口 14是否有SD卡插入，如有则将打包数据存入U盘或者SD卡。图中SDRAM芯片7是为了扩展主处理器1的数据空间和代码空间使用。SPI FLASH 芯片9是主处理器1的启动芯片，用于存放主处理器1的启动代码使用，并可存储系统运行 中的一些标志信息等。此芯片可按照地址进行存取，掉电内容不丢失。485总线接口 11是为了主处理器1联机固定区域内的其它终端使用，以实现所有 粉尘测量设备都能同一实时发送数据到监控中心。信息输入按键12的作用是为了对终端 输入相关身份编号信息以及其他基本信息使用。反吹装置15，是为了防止光学传感器镜头受到粉尘的污染，增加反吹装置可延长 传感器镜头的使用寿命。实施例2如附图2所示，是上述便携式大流量激光粉尘测定仪光学传感器的原理框图，该 便携式大流量激光粉尘测定仪光学传感器是利用空气中的粉尘通过采样通道口 34时把入 射光散射形成一个光脉冲信号，经过雪崩型光电二极管38的作用，线性地转化为相应幅度 电脉冲信号的过程来进行粉尘数量和等效直径的检测，以采样通道内流过的粉尘散射的光 强所转化电脉冲幅值与无粒子散射时的本底基准电平作比较，电脉冲信号的大小与微粒等 效直径大小成正比，脉冲个数则反映微粒个数，由于上述方法检测到微粒子的光散射信号 非常微弱，本研究中采用了雪崩型光敏二极管作为照射光源，并设计了用于水平方向增强 聚焦的柱面透镜33，增强散射光有效聚集度的聚焦透镜32，和非球面短焦距透镜组35。本传感器包括半导体激光器31，聚焦透镜32，柱面透镜33，粉尘采样通道34，非球 面短焦距透镜组35，椭球反射镜36，消光器37和雪崩型光敏二极管38。其工作过程为，以 半导体激光器31作为照射光源，并设计了用于水平方向增强聚焦的聚焦透镜32和柱面透 镜33，当空气中的粉尘通过粉尘采样通道34时，再经过非球面短焦距透镜组35和椭球反射 镜36以及消光器37对粉尘入射光影的作用，使入射光散射到雪崩型光敏二极管38，在雪崩 型光电二极管38的作用下，线性地转化为相应幅度电脉冲信号，此电脉冲信号可体现出粉 尘数量和等效直径。其中采用雪崩光敏二极管38不仅对光电流具有放大作用而且对宽范 围波长的光有较高灵敏度，且暗电流小。实施例3如附图3所示，前置放大电路4采用了 JFET结型场效应运算放大电路，与样气通 过时粉尘产生的散射光脉冲的速率相匹配。本检测电路中是雪崩型光敏二极管38作为光 电探测器来完成光一电流的转换，雪崩型光敏二极管在低偏压下漏电流很小，约在IO-kiA数 量级，响应速度快，约10_7S，响应频带宽度IOGHz左右，雪崩型光敏二极管的输出电流较小， 为微安级，所以需要通过前置放大电路4将此微弱电流转换成与之成比例的电压信号。雪 崩型光敏二极管相当于电流源，设光生电流为Ip，理想运放的输入阻抗为无穷大，反馈电阻 &，根据运放电路分析规则，若运放的开环增益为Au。，则可计算运放的等效输入阻抗为Rin=Rf/(l+Auo)由于Au。为开环放大倍数，数值极大，所以可知等效输入阻抗的值很小，所以 进一步可得到此运放的输出为V。= ΙΡΧ&。雪崩型光敏二极管38接收散射光信号并将其转化成的电流信号，此电流信号是 光电二极管表面接收的光能与雪崩型光敏二极管响应度的乘积。&可将此电流信号转换成 输出电压V。，由此来完成光一电流一电压的转换。气体中粉尘所产生的散射光经过光电转 换及放大电路转换成具有对应幅度的脉冲电压信号，其后续的处理精度多半依赖于检测放 大器输出的电信号的精度，因而这种前置放大器电路的设计与研制是本传感器中的重要部 分。实施例4如附图4所示为二级放大电路5的原理图，因前置放大电路输出的信号比较稳定， 信噪比也较高，但脉冲幅度较小，所以仍需要进行二级放大，在二级放大电路中，每一级放 大倍数基本定在10倍，实验证明放大倍数在10倍时信噪比最高，放大电路各级之间采用电 容耦合，在放大电路中，采用JFET作输入级具有比较高的带宽、阶跃时间极短、输入偏置电 流低、失调电流及电压低等优点，十分适合于粒子光散射传感器电路的低噪声应用。为了实 现较高的信噪比和灵敏度，在放大器电路中选用LF357作为放大器，电路中均选择经过筛 选的金属膜电阻，电容选用高频性能好的瓷片电容，极性电容选用钽电容器。实施例5如附图5所示为副处理器2电路原理图，具有12位16通道的模数转换接口。本 电路专用于快速转换传感器的模拟输入信号，并进行η极连分式算法与卡尔漫滤波算法， 后得出粉尘浓度数据。附图6体现了分布式远程无线监控系统的基本架构。附图7为是副处理器2工作流程图。其主要过程为数据模拟到数字转换，然后再 进行η极连分式算法与卡尔漫滤波算法，最后得出精确粉尘浓度数据。附图8为主处理器1工作流程图。主处理器1主要作用是数据无线发送控制以及 液晶屏的显示和其他输入输出接口的控制等。附图9为监控中心监控软件工作流程图。可实现对远端多点的粉尘测量终端实现 监控，并可在线显示与控制。附图10为粉尘测量终端装置的系统电源架构图，体现了系统电源的输入情况以 及各部分电路电压的分布状况。本发明在环境现场的粉尘测量中，使用32位ARM为核心处理器，并配合相关软件 算法，实现了大容量粉尘浓度的快速测量，以及分布式测量粉多点尘浓度，并进行远程分布 式实时无线监控。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.大流量工业粉尘分布式快速测量系统，其特征在于，包括监测终端和远端监控中心， 所述监测终端用于监测获得环境的粉尘浓度数据，并将所述粉尘浓度数据上传至检控中 心；其中所述监测终端包括光学传感器、前置放大电路、二级放大电路、AD模数转换接口、 副处理器和主处理器；所述光学传感根据工作环境的粉尘浓度输出微弱电信号，经过前置 放大电路，再经过二级放大电路后输入进AD模数转换接口，副处理器对AD模数转换口输入 的数据进行快速数模转换，然后再采用η极连分式算法与卡尔漫滤波算法，得出粉尘浓度 数据，副处理器再将所述粉尘浓度数据送入主处理器，主处理器在接收到所述粉尘浓度数 据后对数据进行打包，将打包后数据送入无线数据传输模块发往远端监控中心。
2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，在所述打包后数据发送成功后，主处 理器还将粉尘浓度数据实时显示在液晶屏上。
3.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于，主处理器还检测USB接口是否有USB 设备插入或SD卡接口是否有SD卡插入，如有则将打包数据存入U盘或者SD卡。
4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述主处理器采用32位ARM。
5.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，还包括反吹装置，防止光学传感器镜 头受到粉尘的污染。
6.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述前置放大电路采用JFET结型场 效应运算放大电路。
7.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述二级放大电路中选用LF357作为 放大器。
全文摘要
本发明公开了一种大流量工业粉尘分布式快速测量系统，包括监测终端和远端监控中心，所述监测终端用于监测获得环境的粉尘浓度数据，并将所述粉尘浓度数据上传至检控中心；其中所述监测终端包括光学传感器、前置放大电路、二级放大电路、AD模数转换接口、副处理器和主处理器；所述光学传感根据工作环境的粉尘浓度输出微弱电信号，经过前置放大电路，再经过二级放大电路后输入进AD模数转换接口，副处理器对AD模数转换口输入的数据进行快速数模转换，然后再采用n极连分式算法与卡尔漫滤波算法，得出粉尘浓度数据，副处理器再将所述粉尘浓度数据送入主处理器，主处理器在接收到所述粉尘浓度数据后对数据进行打包，将打包后数据送入无线数据传输模块发往远端监控中心。
文档编号G01N15/06GK102121894SQ20101058198
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者刘传洋, 杨利娟, 樊楷, 肖金球 申请人:江苏盛仕达重型机械装备有限公司, 苏州科技学院