一种透射式烟度计
阅读说明：本技术 一种透射式烟度计 (A kind of transmission-type smoke meter ) 是由 张帆 于 2019-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种透射式烟度计,其中,包括盒体、在盒体两侧设有的反射镜,在盒体一侧设有的检测机构、在盒体上设有与盒体内部相通的三通阀,及在盒体上设有与盒体内部相通的风扇。本发明具有利用光路多次穿过烟光通道的方法,使达到相同的有效光通道长度比传统方法所需空间大大缩小,有效的解决了现有技术体积庞大、重量大和耗电大的问题。(The invention discloses a kind of transmission-type smoke meters, wherein, including box body, the reflecting mirror being equipped in box body two sides, the testing agency that is equipped in box body side is equipped with the triple valve communicated with tray interior on box body, and is equipped with the fan communicated with tray interior on box body.The present invention has the method for repeatedly passing through cigarette optical channel using optical path, make to reach identical useful luminous flux road length and be substantially reduced than space needed for conventional method, the effective solution problem that the prior art is bulky, weight is big and power consumption is big.)
技术领域
本发明涉及属于测烟计领域，特别涉及一种透射式烟度计。
背景技术
目前，市面上的烟度计都是根据《中华人民共和国国家计量检定规程JJG 976—2010》(以下简称《检定规程》)中的烟度计原理示意图设计(参见图1所示为单程光路烟度计)。所以单通道式和原路反射式结构的透射式烟度计，
传统的烟度计属于单程透射式，存在体积庞大、外加的转速测量装置、下位机与上位机之间需配置长长的适配线、总重超过12公斤、耗电高达200瓦以及必须使用220伏电源等缺陷。在实际的公路边查车时，必须与发电机或逆变器配合使用。如果长时间使用逆变器必须采用汽车本身的电池给逆变器供电，而且要保证供电的汽车在使用过程中不能熄火。使用非常不方便。
现在出现一种烟度计，是依据《检定规程》中的原路反射来回计程的检定标准设计的，将光通道有效长度缩短了50％(参见图2 所示为双程光路烟度计)，但整体尺寸仍然很大，无法克服体积大的缺陷。虽然原路反射式将通道有效长度从0.430m缩短为0.215m，但是对于手持设备整体尺寸还是过大。
发明内容
名词解释：
烟光通道——烟气与光束共同通过的区域。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种利用光路多次穿过烟光通道8的方法，使达到检定规程规定有效光通道长度 0.430m所需空间大大缩小，配合多种改进措施，有效地解决了现有透射式烟度计体积庞大、重量大和耗电大问题。
为实现上述目的，本发明提供的一种透射式烟度计，其中，包括盒体、在盒体一侧设有的检测机构、在盒体上设有与盒体内部相通的三通阀21，及在盒体上设有与盒体内部相通的风扇22。
所述的三通阀21两端上分别有烟气入口2和空气入口1；
所述的盒体包括外壳、在外壳两侧分别设有的第一反射镜15和第二反射镜16，及在外壳内设有将内部分成两个空间的隔板；
所述隔板一侧的空间为与风扇22相通的空气通道23，另一侧的空间为与三通阀21相通的烟光通道8；
所述的隔板两侧与第一反射镜15和第二反射镜16之间的位置分别设置有与空气通道23相通的风帘喷口4；所述的烟光通道8两侧与第一反射镜15和第二反射镜16之间的位置分别设置有与风帘喷口4和烟光通道8相通且与风帘喷口4相垂直的烟气出口3；在对应两侧尾出口位置的外壳上设置有与烟气出口3和外部相通的风帘出口5；所述的第一反射镜15两端分别设置有透光窗32；
所述的检测机构包括在第一反射镜15的第一透光窗32一侧设有的光源10和在第一反射镜15的第二透光窗32一侧设有的透射光接收器18；
所述的光源10产生的光线在烟光通道8内经过第一反射镜15 和第二反射镜16之间多次反射之后到达透射光接收器18。
所述的隔板上设置有与三通阀21相通的三角形突壳25。
所述的透光窗32与光源10之间的位置设置有将光源10光束分离为入射光11束与参比光14的分光镜17；所述参比光14照射的位置上设置有接收参比光14的参比光14接收器19。
所述的透射光接收器18与参比光14接收器19在同一侧。相互靠近，有助于进一步抑制温度漂移。
所述的风帘出口5上设置有喇叭口7。加大对烟气的吸力，减少风帘6耗电量。
所述外壳底部的透光窗32上设置有标准滤光卡位。
所述的第一反射镜15和第二反射镜16均由透明玻璃30，及在外壳内侧的透明玻璃30上设有的吸光涂层33和在外壳外侧的透明玻璃30上设有的反光镀膜31组成。在透明玻璃30上需要反光和透光的部位没有吸光涂层33。优点是吸光效果非常好，缺点是在清洁透明玻璃30时容易损坏吸光涂层33。
进一步，所述的第一反射镜15和第二反射镜16均由透明玻璃 30，及在外壳外侧的透明玻璃30上设有的反光镀膜31和在反光镀膜31外侧表面设有的吸光涂层33组成。在透明玻璃30上只有在需要反光的部位有反光镀膜31，透光的部位没有吸光涂层33。优点清洁透明玻璃30时不会损坏反光镀膜31和吸光涂层33。
再进一步，所述的第一反射镜15和第二反射镜16均由透明玻璃30，及在外壳外侧的透明玻璃30上设有吸光涂层33。在透明玻璃30上需要反光和透光的部位没有吸光涂层33。再将反光镀膜31 沉积在背面，然后将保护涂层34涂布于反光镀膜31外侧并留出透光部位。最后将透光部位的反光镀膜31溶掉。效果与上一个方法相同，生产效率大大提高，只是比上一种方法多一张丝网。
所述光线在烟光通道8内经过第一反射镜15和第二反射镜16 之间反射的次数为至少反射三次以上。
本发明的有益效果是具有利用之字形光路多次穿过烟光通道8的方法，使达到检定规程规定有效光通道长度0.430m所需空间大大缩小，解决了现有技术体积庞大、重量大和耗电大等问题。具体如下：(1)本发明放弃了常规反射式光线原路返回的方法，采用之字形光路多次穿越灌有汽车烟气的烟光通道8，在不减小烟光通道8有效长度的前提下，大大减小了烟光通道8宽度尺寸。例如将穿越次数提高到10次，单次穿过烟道的长度就可以缩小到 0.043m，提高到20次，单次穿过烟道的长度就可以缩小到0.0215m，这就保证了烟度计既能符合单通道透射式烟度计就检定规程，还能解决手持式设备对体积限制的问题。(2)国标中只允许标准中性滤光片透射比分别为71％、50％、34％以及原路返回式的84％、71％、58％，并规定了光吸收系数K、标准光通道有效长度Ls和标准光通道有效长度的吸收比Ns的算法，也就是说不管采用什么尺寸只要最终数据符合国标即可。由此可知之字形光路多次穿过的烟度计,国标为提到但原则上允许，本发明的标准中性滤光片透射比分别为 71％、50％、34％)。(3)由于经过多次反射，所以对玻璃表面污染特别敏感，必须要经常校准。虽然可以采用将采样管接入空气的方法进行校准，但需要将采样管从汽车排气管拔出，待完全排空采样管中的烟气至少要10秒钟，通过三通阀21切换校准状态或测量状态，即：需要校准时跳过采样管直接入空气入口1，需要检测时烟气入口2。校准一般可在1秒钟内完成。最大的好处是开机即可测量，无需预热等待仪器稳定，却能实现极高的测量精度。另外现有技术广泛使用的恒温加热应对光源10和光敏器件温漂的方式，因为这种方式需要漫长的等待时间才能稳定，实践证明不用恒温比用恒温节省90％的等待时间。由于温漂是客观存在的，就是不开恒温也要至少等待3至5分钟。
附图说明
图1为现有技术1的结构示意图；
图2为现有技术2的结构示意图；
图3为本发明的结构示意图；
图4为本发明另一视角的结构示意图；
图5为本发明的内部结构示意图；
图6为图5中A-A的剖视结构示意图；
图7为图5中D-D的剖视结构示意图；
图8为本发明的俯视结构示意图；
图9为图8中B-B的剖视结构示意图；
图10为图9中A的局部放大结构示意图；
图11为本发明中盒体上位于入射光11处的结构示意图；
图12为图11中A-A的剖视的结构示意图；
图13为图12中B的局部放大结构示意图；
图14为本发明中盒体上位于参比光14处的结构示意图；
图15为图14中B-B的剖视的结构示意图；
图16为图15中C的局部放大结构示意图；
图17为本发明中盒体上位于三通阀21的结构示意图；
图18为图17中C-C的剖视的结构示意图；
图19为图18中D的局部放大结构示意图；
图20为本发明内部的烟气和空气流体形态水平剖面示意图；
图21为本发明内部的烟气和空气流体形态垂直剖面示意图；
图22为本发明内部截面的烟气和空气流体形态示意图。
图23为本发明信号处理流程图。
1.空气入口、2.烟气入口、3.烟气出口、4.风帘喷口、5.风帘出口、 6.风帘、7.喇叭口、8.烟光通道、9.反射镜、10.光源、11.入射光、 12.透射光、13.往返光、14.参比光14、15.第一反射镜、16.第二反射镜、17.分光镜、18.透射光接收器、19.参比光14接收器、20.标准滤光片卡位、21.三通阀、22.风扇、23.空气通道、24.烟气通道、 25.三角形突壳、30.透明玻璃、31.反光镀膜、32.透光窗、33.吸光涂层、34.保护涂层。
具体实施方式
下面结合附图对发明作进一步详细的说明。
如图2-22所示,一种透射式烟度计，包括盒体、在盒体一侧设有的检测机构、在盒体上设有与盒体内部相通的三通阀21，及在盒体上设有与盒体内部相通的风扇22。所述的三通阀21两端上分别有烟气入口2和空气入口1；所述的盒体包括外壳、在外壳两侧分别设有的第一反射镜15和第二反射镜16，及在外壳内设有将内部分成两个空间的隔板；所述隔板一侧的空间为与风扇22相通的空气通道 23，另一侧的空间为与三通阀21相通的烟光通道8；所述的隔板两侧与第一反射镜15和第二反射镜16之间的位置分别设置有与空气通道23相通的风帘喷口4；所述的烟光通道8两侧与第一反射镜15 和第二反射镜16之间的位置分别设置有与风帘喷口4和烟光通道8 相通的烟气出口3；在对应两侧尾出口位置的外壳上设置有与烟气出口3和外部相通的风帘出口5；所述的第一反射镜15两端与外壳之间分别设置有透光窗32；所述的检测机构包括在外壳底部的透光窗 32一侧设有的光源10和在外壳顶底部的透光窗32一侧设有的光接收器；所述的光源10产生的光线在烟光通道8内经过第一反射镜15 和第二反射镜16之间多次反射之后到达光接收器。所述的隔板上设置有与三通阀21相通的三角形突壳25。所述的透光窗32与光源10 之间的位置设置有将光源10光束分离入射光11束与参比光14的分光镜17；所述参比光14照射的位置上设置有接收参比光14的参比光14接收器19。所述的光接收器与参比光14接收器19在同一侧。所述的风帘出口5上设置有喇叭口7。所述外壳底部的透光窗32上设置有标准滤光卡位。所述的第一反射镜15和第二反射镜16均由透明玻璃30，及在外壳内侧的透明玻璃30上设有的吸光涂层33和在外壳外侧的透明玻璃30上设有的反光镀膜31组成。所述光线在烟光通道8内经过第一反射镜15和第二反射镜16之间反射的次数为至少反射三次以上。
透光窗32一侧对应光源10发出的入射光11位置设置有将入射光11分离出一道光束的分光镜17；光束为参比光14；所述的参比光14照射的位置上设置有接收光束的参比光14接收器19，参比光 14接收器19消除温度漂移对测量的影响。
三通阀21主要用于两次测量的瞬间进行校准，确保每次测量前都是初始校准的状态。倘若在测量效率要求不高的设计中不使用上述三通阀21。三通阀21占空间比较大，需要专门的驱动装置，比较复杂，但与参比光14抗温度漂移方法相比，不仅抗温度漂移，还能对抗光路污染，可以大大延长仪器清洁维护周期，能够实现不间断在线监测，使用效果更好。光接收器与参比光14接收器19在一侧。
注意：根据流体力学特性，通道长度应按上部长度计算，如图 22。有效光路长度是光束在烟气中经过的总长度，为了演示方便为 10次穿过通道，每次穿过的距离是43mm，总共430mm。具体穿过次数取决于烟度计的尺寸限制，尺寸越小次数越多，安装精度要求越高，对污染越敏感。
为了彻底解决温漂问题，本发明利用分光镜17产生一个参比光14在参比光14接收器19，通过光源10与参比光14接收器19 连接，之后利用反馈电路调节光源10输出强度，使参比光14接收器19接收到的信号强度恒定。由于参比光14接收器19与透射光接收器18处于同一环境，型号相同参数相近，因此可以抵消99％以上的漂移。确保开机就测，测了就准，无需等待。国内大部分厂商利用检定标准中的一个漏洞，采用零点锁定手段应对零点漂移，即：当设备校零后，自动锁定零点，只有信号变化较大时才显示数值。当***滤光片时，零点锁定功能失效，漂移问题暴露无遗。本发明应用参比技术不用零点锁定，可轻松实现在30min中，烟度计的N值漂移不超过1.0％的标准。
三通阀21的目的是在每次测量之前的瞬间进行校准，以确保每次测量前都是刚刚校准过的。通过三通阀21将光通道直接通大气，光通道内的烟气在1秒内就可以完全排空，整个校准时间在测量效率要求不是特别高的设计中不使用三通阀21。不使用三通阀21要在取样装置远离烟气5至10秒后才能将取样管内的烟气排空并校准。
有关风帘6的说明：风帘6的主要作用就是在烟气与反射镜之间形成屏障，保护镜片不受烟气污染。还有一个作用就是在流过烟气出口3时产生负压，将烟气吸出。为了加大吸力，可将烟气出口3 下侧缩进0.2-1毫米，并在风帘出口5接喇叭口7，不仅可以减小风帘6阻力，还可以增加烟气吸出量。风帘6的耗电量占总耗电量的 80％以上，是降低能耗的关键部位。
关于信号处理电路有很多，是相关技术人员必备的基础知识，具体电路在此就不详述，仅对信号处理流程(图23)加以说明：
首先用一个受控高频信号源激励光源10，这个光源10一般用绿色激光头，使光源10发出高频脉冲信号，经过分光镜17分离出参比光14和入射光11，经过参比光14接收器19和检波放大器与基准电压进行比较(使用基准电压可以完全克服激光管输出功率不稳定的问题)，根据误差修正频信号源激励光源10的幅值，即：调幅放大(调制光源10系统对环境光线变化不敏感，可大大提高测量准确度。)。由于透射光接收器18与参比光14接收器19型号相同参数非常接近，安装位置又非常接近，温差可以忽略，温漂微乎其微。整个流程将激光管功率不稳定、环境光干扰和光接收器温漂这三个问题完美解决。
反射镜(图11-19)是关键部件，推荐按权利要求8或9实施，好处是清洁维护时不会损伤反射镜，虽然步骤多，但每一步都很容易实现，有利于大批量生产，可以在一大块玻璃上制作反射镜阵列，然后切割成单个反射镜，效率非常高。
从属权利要求8具体流程为1.准备一片洁净的玻璃。2.用银镜反应沉积反光镀膜31。3.在需要反光的部位丝网印刷保护膜。4.固化或烘干。5.用稀硝酸浸泡洗去没有保护膜部位的反光镀膜31。6. 洗净烘干。7.除透光窗32以外丝网印刷吸光涂层33。8.固化或烘干。9.切分质检。
从属权利要求9具体流程为1.准备一片洁净的玻璃。2.丝网印刷吸光涂层33。3.固化或烘干。4.用银镜反应沉积反光镀膜31。5. 洗净烘干。6.丝网印刷保护膜。7.固化或烘干。8.用稀硝酸浸泡洗去透光窗32部位的反光镀膜31，使其透光。9.洗净烘干。10.切分质检。
吸光涂层33除了减少散射光的干扰，主要用途就是确保反射次数准确，如果反射次数不对，就会导致光束照到吸光涂层33，信号无法到达透射光接收器18，从而避免生产过程中犯错误。
显示与控制部分与现有烟度计没有本质区别，就不再赘述。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。