一种具有强抗干扰能力的电荷感应法粉尘浓度检测装置的制作方法

专利2022-05-10  3



1.本发明属于粉尘浓度检测技术领域,涉及粉尘传感器的设计,具体涉及一种具有强抗干扰能力的电荷感应法粉尘浓度检测装置。


背景技术:

2.目前采用的粉尘传感器主要是光学法和静电感应法,光学法粉尘浓度传感器存在光学窗口污染、管路堵塞等问题,需要频繁维护,因此需要开发免维护、成本低、结构简单、灵敏度高等特点的静电感应法粉尘浓度传感器。
3.静电感应法粉尘浓度检测技术基本原理是基于静电感应机理,带电的粉尘颗粒与静电探测电极的相互作用,在探测电极表面感应出变化的电荷量,通过分析电荷量的变化确定粉尘浓度的大小。根据目前的产品、现有文献对静电感应法粉尘传感器的描述及使用情况,静电感应法粉尘浓度检测技术存在检测结果不稳定、检测精度不高的问题,主要由以下几个原因所造成:(1)外界电磁干扰影响,外界的变化的电磁场将对检测结果产生影响,如人体的静电干扰、开关闭合产的电磁干扰、变频器产生的干扰等;(2)检测区域内的颗粒物的流速对检测结果产生较大的影响,随着颗粒物流速的增加,传感器的检测结果要增加,使静电感应法粉尘浓度传感器的检测误差增加;(3)环境中的温湿度对颗粒物的静电特性产生影响,当环境中的温度和湿度发生变化,粉尘颗粒所带电荷量将发生变化,进而影响到传感器的检测结果。


技术实现要素:

4.有鉴于此,本发明的目的在于提供一种具有强抗干扰能力的电荷感应法粉尘浓度检测装置,提高在线检测技术的精度和稳定性,排除外界电磁干扰,消除颗粒物流速变化产生的影响,避免环境温度、湿度的变化造成检测误差增大的现象,实现粉尘颗粒的准确稳定在线检测。
5.为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
6.一种具有强抗干扰能力的电荷感应法粉尘浓度检测装置,包括外壳1和内筒12,以及设置在内筒12和外壳1之间的内盖板2、信号处理电路4、温湿度传感器5、感应片ⅰ~ⅲ(9~11)和屏蔽套8;
7.所述感应片ⅰ~ⅲ(9~11)嵌入在内筒12的内壁内;所述屏蔽套8设置在内筒12内外壁之间,罩在感应片上;所述信号处理电路4设置在内筒12外壁上;所述温湿度传感器5设置在内筒12壁上,用于采集经过内筒中空部分的粉尘环境温度;所述内盖板2罩在信号处理电路4和温湿度传感器5外部;所述屏蔽套8和内盖板2均与温湿度传感器5的负极连接;
8.所述信号处理电路4分别与感应片和温湿度传感器5连接,用于处理分析采集的粉尘电信号和环境的温湿度信息。
9.优选的,所述感应片可选多个。
10.优选的,该装置还包括设置在内筒12一端的风机6。
11.优选的,所述外壳1呈长方体,并在柱体侧面开设有出线孔;所述内盖板2固定在内筒12上,且与出线孔匹配。
12.优选的,在所述内筒12和外壳1之间还设置有报警器,用于粉尘浓度超标报警。
13.优选的,所述内盖板2和屏蔽套8均采用金属材料,如不锈钢。
14.进一步,该电荷感应法粉尘浓度检测装置的检测方法具体包括以下步骤:
15.s1:感应片ⅰ~ⅲ(9~11)作为静电探测电极,在风机6的作用下环境中的粉尘颗粒通过检测区域,通过检测区域的粉尘颗粒在探测电极表面感应出变化的感应电荷,感应片后端连接的3个感应信号处理电路,对各路感应信号进行提取、放大、滤波和ad转换,输出3个信号x1、x2、x3;
16.s2:将x1与x2、x2与x3经过互相关运算,得到颗粒物的流速v1、v2;对v1、v2求平均值得到颗粒物流速v;
17.s3:将x1、x2、x3经过1.5阶中心矩处理得到s1、s2、s3,通过函数f确定输出检测值s=f(s1、s2、s3);
18.s4:通过温湿度传感器获得环境的温度t和湿度h,并结合颗粒物流速v和检测值s,计算得到颗粒物浓度值c。
19.进一步,步骤s1中,感应片ⅰ~ⅲ作为静电探测电极感应出3个感应信号为x1、x2、x3,采样频率为2khz,各采集1024个数据,即:
20.x1={n1,n2,n3,...,n
1024
}
21.x2={m1,m2,m3,...,m
1024
}
22.x3={p1,p2,p3,...,p
1024
}
23.x1、x2、x3经过1.5阶中心矩处理后,得到3组信号的处理结果s1、s2、s3::
[0024][0025][0026][0027]
进一步,步骤s3中,所述检测值s的计算公式为:
[0028][0029]
其中,
[0030]
进一步,步骤s4中,颗粒物浓度值c的计算公式为:
[0031][0032]
其中,k为颗粒物流速对粉尘浓度检测结果的影响系数,w为颗粒物温湿度对粉尘检测结果的影响系数。
[0033]
本发明的有益效果在于:本发明装置在感应片(即探测电极)和信号处理电路外端增加了起屏蔽作用的屏蔽套和内盖板,避免了探测电极与信号处理电路之间的干扰。本发
明提高了静电感应法粉尘浓度在线检测技术的精度和稳定性,排除外界电磁干扰,消除颗粒物流速变化产生的影响,避免环境温度、湿度的变化造成检测误差增大的现象,实现粉尘颗粒的准确稳定在线检测。
[0034]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0035]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作优选的详细描述,其中:
[0036]
图1为本实施例中电荷感应法粉尘浓度检测装置的平面示意图;
[0037]
图2为图1的a

a剖面示意图;
[0038]
图3为图1的b

b剖面示意图;
[0039]
图4为本实施例中电荷感应法粉尘浓度检测装置的检测方法流程图;
[0040]
附图标记:1

外壳,2

内盖板,3

螺钉,4

信号处理电路,5

温湿度传感器,6

风机,7

下盖板,8

屏蔽套,9~11

感应片ⅰ~ⅲ,12

内筒,13

出线孔,14

报警器。
具体实施方式
[0041]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0042]
其中,附图仅用于示例性说明,表示的仅是示意图,而非实物图,不能理解为对本发明的限制;为了更好地说明本发明的实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0043]
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中,需要理解的是,若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0044]
请参阅图1~图4,其中图1~图3所示为本实施例设计的一种具有强抗干扰能力的电荷感应法粉尘浓度检测装置,包括外壳1、内筒12、风机6、下盖板7,以及设置在内筒12和外壳1之间的内盖板2、信号处理电路4、温湿度传感器5、感应片ⅰ~ⅲ(9~11)和屏蔽套8。
[0045]
其中,感应片ⅰ~ⅲ(9~11)间隔嵌入在内筒12的内壁中;屏蔽套8设置在内筒12内
外壁之间,罩在感应片ⅰ~ⅲ(9~11)上;信号处理电路4设置在内筒12外壁上;所述温湿度传感器5设置在内筒12壁上,用于采集经过内筒中空部分的粉尘温度;所述内盖板2罩在信号处理电路4和温湿度传感器5外部;屏蔽套8与感应片ⅰ~ⅲ(9~11)和温湿度传感器5的负极连接。信号处理电路4分别与感应片ⅰ~ⅲ(9~11)和温湿度传感器5连接,用于处理分析采集的粉尘电信号和环境的温湿度信息。屏蔽套8和内盖板2均与感应片ⅰ~ⅲ(9~11)和温湿度传感器5的负极连接,形成屏蔽罩。外壳1呈圆柱状,并在圆环侧面开设有出线孔;所述内盖板2固定在内筒12上,且与出线孔匹配。风机6设置在内筒12的一端。
[0046]
本实施例中,内盖板2和屏蔽套8可选用不锈钢材料,对感应片和信号处理电路起屏蔽作用。而目前常用的粉尘检测装置中,直接将外壳作为屏蔽罩,因此容易出现检测信号之间的干扰。
[0047]
本实施例中,螺钉3采用十字槽盘头螺钉。
[0048]
如图4所述,本实施例中电荷感应法粉尘浓度检测装置的检测方法为:
[0049]
步骤s1:感应片ⅰ~ⅲ(9~11)作为静电探测电极,在风机6的作用下环境中的粉尘颗粒通过检测区域,通过检测区域的粉尘颗粒在探测电极表面感应出变化的感应电荷,即感应出3个感应信号为x1、x2、x3(采样频率为2khz,各采集1024个数据,x1={n1,n2,n3,...,n
1024
},x2={m1,m2,m3,...,m
1024
},x3={p1,p2,p3,...,p
1024
}),感应片后端连接的3个感应信号处理电路,对各路感应信号进行提取、放大、滤波和ad转换,输出3个信号s1、s2、s3为:
[0050][0051][0052][0053]
其中,|
·
|
1.5
表示1.5阶中心矩。
[0054]
步骤s2:将s1与s2、s2与s3互相关运算,得到颗粒物的流速v1、v2;对v1、v2求平均值得到颗粒物流速v。
[0055]
步骤s3:结合感应信号s1、s2、s3,通过函数f确定输出检测值,通过函数f确定输出检测值其中
[0056]
步骤s4:通过温湿度传感器获得环境的温度t和湿度h,并结合颗粒物流速v和检测值s,计算得到颗粒物浓度值其中,k为颗粒物流速对粉尘浓度检测结果的影响系数,w为颗粒物温湿度对粉尘检测结果的影响系数。
[0057]
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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