专利名称：一种可监测呼吸性粉尘的智能化传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于高浓度粉尘作业环境中，检测环境粉尘浓度，实时采集、远程监控联网的一种智能化传感器，属于工业环境检测技术领域。
背景技术：
近年来，我国的安全生产形势不容乐观，重特大事故时有发生，给国家和社会造成巨大的经济损失和社会影响。然后，在安全生产的另一重灾区，职业卫生领域尘肺病的死亡人数，亦出现上升趋势。尘肺病的�：Τ潭龋谀持殖潭壬洗笥诠ど怂劳鍪鹿�。我国的粉尘作业场所十分普遍，特别是矿山企业和建材企业的粉尘�：κ盅现�。尘肺病患者为世界之最。尽管我国制定了相关作业环境粉尘浓度允许卫生标准，但是由于测定方法落后，不能实时掌握作业环境的粉尘浓度信息，因此，难以监管。所以迫切需要解决这一技术难题。
目前，我国制定的作业环境粉尘浓度检测方法是定时采样称重法。采用的仪器主要以粉尘采样器为主要仪器。而此类一起仅能采集一时段内的粉尘平均数据，而且随机性很大，不能真实反映作业场所环境粉尘浓度。国外在作业场所粉尘浓度测定方法主要是两种方法，一种是采样计重法，另一种是快速测尘法(测尘仪)。主要仪器有英国的MRE113型粉尘测定仪，没过的MSA个体采样器，德国的TM测尘仪，日本的P-5测尘仪和TR采样器。由于国外在粉尘作业场所的监控管理相当严厉，所以，粉尘的治理和预防措施有效，环境粉尘浓度较低，以上仪器仅适用于低浓度作业环境监测，不适合在我国使用。我国粉尘作业场众多，浓度高。特别是矿山企业和建材企业问题更为严重。按我国现行的卫生标准去监管企业的作业环境粉尘浓度，应该说是可以控制尘肺病的发生，但是由于监测方法和技术的落后，无法实时采集粉尘作业场所的数据。本发明就是针对我国工业卫生领域粉尘监测的现状和需求，发明设计了该粉尘传感器，解决了这一领域的技术空白，为安全监管部门提供了一种先进的检测技术手段。
发明内容
本发明提供一种可检测呼吸性粉尘的智能粉尘传感器一套，它可实时采集工矿企业粉尘作业环境检测。本发明采用的技术方案是
一种可监测呼吸性粉尘的智能化传感器包括粉尘采样分离模板，红外监测�？�、RAM微处理器�？椋ㄐ拍？椋缭茨？椋�
所述的红外监测�？橛珊焱夤庠矗曜技觳馐遥鄢炯觳馐遥獾缂觳馐遥靶藕诺骼淼缏纷槌桑缓焱饧觳饽？槭怯晒庠捶⒊龅墓獗环治芰烤鹊牧绞皇ü曜技觳馐易魑迹硪皇ü鄢炯觳馐遥饬绞饩妇稻劢乖谔讲馄鞯慕邮彰嫔希觳夤獾缭獾缧藕抛怀傻缧藕牛�
分离粉尘采样分离�？椋鄢咀饕党∷肪持械淖芊鄢窘杏行Х掷耄蛔掷牒蟮暮粑苑鄢舅腿牒焱饧嗖饽？椋獾缂觳馐腋莨馕障凳谋浠傻缧藕攀涑觯� 数据处理电信号经A/D转换后送入微处理器进行数据处理，微处理器对采集的数据进行统计、计算，并换算成环境的相对粉尘浓度值，送显示器显示数值，同时存入存贮器中，微处理器根据系统安排，确定数据的发送方式和传送时间；
通信�？楦萑范ǖ耐ㄐ欧绞浇辛涫荩嗫刂行目墒凳被袢」た笃笠底饕党∷姆鄢九ǘ惹榭觯阌诩喙芊治�。所述的粉尘采样分离模块由�？橛尚绶掷肫鳎髁看衅鳎槠茫酒鳎髁靠刂频缏罚藕诺骼淼缏纷槌桑恍绶掷肫鹘掌械梅鄢玖Ｗ樱掷氤闪讲糠郑徊糠质呛粑苑鄢荆硪徊糠质欠呛粑苑鄢荆涣髁看衅骱土髁靠刂频缏肺榷ú裳髁浚Ｖし掷胄屎筒裳龋Ｖず愣ú裳髁浚涣髁烤藕诺骼淼缏反砗螅腿階/D转换，并与RAM微处理器�？榱樱蒖AM微处理器�？槎圆裳萁蟹治�、处理，并输出相应D/A量给流量控制电路，控制气泵流量，从而达到恒定流量。所述的RAM微处理系统模块由RAM系列处理器、A/D模数转换器、D/A数模转换器、LCD彩色显示屏、键盘、通信接口组成；A/D模数转换器、D/A数模转换器由RAM微处理器自带，LCD彩色显示屏由RAM微处理器直接驱动连接，键盘对整个终端进行操作和控制，通信接口利用RAM微处理器自身标准接口。其工作原理
粉尘采样�？�(图1-1)，将粉尘作业场所环境中得总粉尘进行有效分离，将分离后的呼吸性粉尘送入红外检测室(图1-2)，光电检测室根据光吸收系数的变化，转化成电信号输出。电信号经A/D转换后送入微处理器(图1-3)进行数据处理，微处理器对采集的数据进行统计、计算，并换算成环境的相对粉尘浓度值，送显示器显示数值，同时存入存贮器中，微处理器根据系统安排，确定数据的发送方式和传送时间。通信�？�(图1-4)根据确定的通信方式进行联网传输数据，监控中心可实时获取工矿企业作业场所的粉尘浓度情况，便于监管分析。有益效果
(I)本发明针对我国工业卫生领域粉尘监测的现状和需求，发明设计了该粉尘传感器，解决了这一领域的技术空白，为安全监管部门提供了一种先进的检测技术手段。(2)可实时采集工矿企业粉尘作业环境检测。(3)本发明具有一个微型旋风分离器，能对�：θ颂宓暮粑院头呛粑苑鄢窘蟹掷耄掷胄史瞎蔅MRC标准。(4)本发明可适用于各类粉尘作业环境中，是一种可连续实时采集作业场所的粉尘数据，并能基于有线或无线方式联网传送数据。该发明解决了粉尘监测技术中得技术难题，是物联网应用体系架构中符合相关标准的智能化传感器。
图I是本发明智能化粉尘传感器的原理方框图。图2是本发明粉尘采样分离�？榈脑砜蛲�。其中，2_1—旋风分尚器；2_2—流量传感器；2_3—抽气泵；2_4—集尘器；2_5—流量控制器。图3是本发明红外监测�？榈脑砜蛲�。图4是本发明RAM微处理器�？榈南低匙槌稍砜蛲�。图5是本发明通信�？榈脑砜蛲�。图6是本发明电源模块的原理框图。图7-1是本发明微型旋风分离器的实施结构示意图。
图7-2是图7-1的A-A剖视图。图8是本发明软件总体设计的主程序流程图。
具体实施例方式对照附图对本发明作进一步说明
图2是粉尘采样分离�？樵砜蛲�。粉尘采样分离�？槭潜痉⒚鞯墓丶际踔唬媚？橛晌⑿托绶掷肫�(2-1 )，采样流量传感器，抽气泵，集尘器，流量控制电路，信号调理电路(图2)等组成。微型旋风分离器是将空气中的粉尘粒子，分离成两部分，一部分是呼吸性粉尘， 以上的粉尘粒子，图7-1与图7-2是其实施结构图，分离器必须符合以下四个最佳尺
寸条件
(I)进气口宽度等于内外圆筒之间的环隙宽度
Dc—do B=-
上式，Dc为外圆筒的直径(图7)，do为内圆筒的插入器直径(图7)
(2 )进气口高度为一个气流螺距，才能使气流在旋风器内不形成死角。(3)进气口截面为长边平行四体轴线的矩形，因为在入口截面积相同时，只有这种入口造成的外层漩涡厚度最小。这样缩短了颗粒的沉降时间，分离效率最高。(4)内筒插入器内的长度S与其内直径do之比等于I. 25为最佳。实验证明
S/de < I. 0时，S对分离效率影响最大。S/de = 1.0时，分离效率最高。S/de > I. 0时，则随S的伸长，效率又缓慢下降。满足了以上四个条件后，旋风分离器的效率，压力降就仅仅取决于内外圆筒直径之比。R = de/Dc
最佳尺寸比R如果得到确定，则能使次级流动最弱，分离能力最强，能量消耗最小。为了避免节流效应，必须使出气管的有效流通截面不小于进气口截面。就减小局部流动而言，以两者相等为最好。
abAi/Ae= -rde2 = 251-R) 0. 64
~~ - <
4Hk1 —
式中=K1 >0.5Ai —进气口面积 Ae —出气口面积
为了避免底部夹带，必须具有稳定的漩涡流动这就要求整个漩涡的旋转速度足够高。这可由Re数判断，同时通过减小旋转半径的办法而使不同轴向位置的水平截面上流体平均转速保持恒定，从而得到稳定的旋风中心。由计算可得 du = 0. 321 Dc du = 0.595 de Hk = 2. 51 de
He = I. 66 Dc (旋风自然长)
根据以上选择原则，即可实现本发明的粉尘分离效率。并可符合BMRC标准。(国际卫生组织公布的呼吸性粉尘的分离曲线标准)。微型旋风分离器的制作材料，必须采用金属材料，而且是要抗静电的。采样流量传感器和流量控制电路是稳定采样流量的关键环节，为了保证分离效率和采样精度，必须恒定采样流量。本发明中，流量传感器(2-2)采用MEMS流量芯片技术，该流量传感器(2_2)具有微功耗，无压损，灵敏度高，响应时间快等特点，其流量转换信号，经信号调理(2-6)电路处理后，送入A/D转换，并与RAM微处理器连接，由RAM微处理器对采样数据进行分析、处理，并输出相应D/A量给流量控制器(2-5)，控制抽气泵(2-3)流量，从而达到恒定流量的目的。经过抽气泵(2-3)控制的粉尘流量最终接检测室出口。经过流量传感器(2-2)的一部分粉尘流量直接接检测室入口。抽气泵(2-3)可采用往复泵或刮板泵。集尘器(2-4)主要是收集呼吸性粉尘，用于对粉尘性质和二氧化硅含量的分析。图3是红外检测�？樵砜蛲迹媚？橛珊焱夤庠赐�3-0，标准检测室图3-1，粉尘检测室图3-2，光电检测图3-3，图3-4，及信号调理电路图3-5，图3_6等组成。下面作详细说明
本发明设计采用红外检测技术进行物理量转化，是针对我国高浓度粉尘作业环境中监测技术的一种创新。红外光源由单色光组成，频谱选择在2 以下，当含尘空气经过检测室时，光能减弱。而光能减弱的程度与含尘气体浓度和光线在检测室中经过的路程有关，这个关系服从朗伯-比尔定律，利用这种特性，就可以按本发明的检测方法来实现对作业环境中粉尘浓度的实时连续监测。红外粉尘检测装置的光路设计十分重要，它的合理性直接影响到测量精度。本发明设计采用单波长双光路差分检测的方法对粉尘浓度进行检测。如图3所示，光源(图3-0)发出的红外光经分束镜和反射镜被分为能量均等的两束，一束通过标准室(图3-1)作为基准，另一束则通过含尘的检测室(图3-2)两路输出的光强分别为
11( A ) = I0 ( A ) K1D1(I)
12(入)=I0 (入)K2D2exp (- ct CL)( 2 )
式中
I。(入)一光源的初始强度权利要求
1.一种可监测呼吸性粉尘的智能化传感器，其特征在于包括粉尘采样分离模板，红外监测模块、RAM微处理器�？椋ㄐ拍？椋缭茨？椋� 所述的红外监测�？橛珊焱夤庠矗曜技觳馐遥鄢炯觳馐遥獾缂觳馐遥靶藕诺骼淼缏纷槌桑缓焱饧觳饽？槭怯晒庠捶⒊龅墓獗环治芰烤鹊牧绞皇ü曜技觳馐易魑迹硪皇ü鄢炯觳馐遥饬绞饩妇稻劢乖谔讲馄鞯慕邮彰嫔希觳夤獾缭獾缧藕抛怀傻缧藕牛� 分离粉尘采样分离�？椋鄢咀饕党∷肪持械淖芊鄢窘杏行Х掷耄� 转化将分离后的呼吸性粉尘送入红外监测�？椋獾缂觳馐腋莨馕障凳谋浠傻缧藕攀涑觯� 数据处理电信号经A/D转换后送入微处理器进行数据处理，微处理器对采集的数据进行统计、计算，并换算成环境的相对粉尘浓度值，送显示器显示数值，同时存入存贮器中，微处理器根据系统安排，确定数据的发送方式和传送时间； 通信模块根据确定的通信方式进行联网传输数据，监控中心可实时获取工矿企业作业场所的粉尘浓度情况，便于监管分析。
2.根据权利要求I所述的智能化传感器，其特征在于所述的粉尘采样分离�？橛赡？橛尚绶掷肫鳎髁看衅鳎槠茫酒鳎髁靠刂频缏罚藕诺骼淼缏纷槌桑恍绶掷肫鹘掌械梅鄢玖Ｗ樱掷氤闪讲糠郑徊糠质呛粑苑鄢荆硪徊糠质欠呛粑苑鄢荆涣髁看衅骱土髁靠刂频缏肺榷ú裳髁浚Ｖし掷胄屎筒裳龋Ｖず愣ú裳髁浚涣髁烤藕诺骼淼缏反砗螅腿階/D转换，并与RAM微处理器�？榱樱蒖AM微处理器�？槎圆裳萁蟹治�、处理，并输出相应D/A量给流量控制电路，控制气泵流量，从而达到恒定流量。
3.根据权利要求I所述的智能化传感器，其特征在于所述的RAM微处理系统模块由RAM系列处理器、A/D模数转换器、D/A数模转换器、IXD彩色显示屏、键盘、通信接口组成；A/D模数转换器、D/A数模转换器由RAM微处理器自带，IXD彩色显示屏由RAM微处理器直接驱动连接，键盘对整个终端进行操作和控制，通信接口利用RAM微处理器自身标准接口。
全文摘要
本发明提供了一种可监测呼吸性粉尘的智能化传感器，涉及的是一种用于高浓度粉尘作业环境中，检测环境粉尘浓度，实时采集、远程监控联网的一种智能化传感器。包括粉尘采样分离模板，红外监测模块、RAM微处理器�？椋ㄐ拍？椋缭茨？椋豢墒凳辈杉た笃笠捣鄢咀饕祷肪臣觳�。本发明针对我国工业卫生领域粉尘监测的现状和需求，发明设计了该粉尘传感器，解决了这一领域的技术空白，为安全监管部门提供了一种先进的检测技术手段。
文档编号G01N15/06GK102654445SQ20121002268
公开日2012年9月5日 申请日期2012年2月2日 优先权日2012年2月2日
发明者姚鸿熙, 常宁 申请人:姚鸿熙
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
