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    LDM-100激光烟尘检测仪

    型号:LDM-100 访问量:104发布时间:2019/4/28 单位:聚光科技(杭州)股份有限公司

    1
    产品概述

    尹婵月 www.ademin.cn

        为了满足各行业日益增长的环境?;さ募嗖庑枨?,聚光科技(FPI)结合多年激光测量产品开发和应用经验,推出了LDM-100激光烟尘检测仪。该产品具有粉尘浓度测量、报警设置、自动校准等功能,可满足除尘器除尘效率、脱硫脱硝过程烟尘以及对固定污染源排放烟尘的监测需求,符合国家环保法规和相关行业技术规范要求。
         LDM-100激光烟尘检测仪是通过测定激光透射烟气后的光强与原来入射光强的比值,实现对各类过程管道、排放烟道中的烟气浊度、消光度和烟尘浓度进行实时、连续检测。

    2
    组成单元

     LDM-100 激光烟尘检测仪主要由发射单元、反射单元、连接单元和吹扫单元构成,如图1 所示。发射单元驱动半导体激光器发射出探测激光束,在穿过被测环境后,由反射单元的光学单元将激光束反射至发射单元的传感???,进行光电转换后经过微处理器分析,计算得到测量结果。 
    1 LDM-100 激光烟尘检测仪示意图

    基于激光透射式检测技术的 LDM-100 激光烟尘检测仪具有响应速度快、检测灵敏度高等诸多优点,其检测方式为原位(In-Situ)测量,LDM-100 激光烟尘检测仪的发射单元和反射单元通过连接单元直接安装在烟道上,仪器的相关尺寸如图 2 所示。
     图2 LDM-100激光烟尘检测仪尺寸图
    发射单元
    LDM-100 激光烟尘检测仪的发射单元由人机界面、中央处理???、半导体激光器、传感器和精密光学元件等器件组成,主要实现半导体激光发射、传感信号处理和人机交互等功能,其外形见图3。发射单元以锁箍方式与连接单元连接,连接单元仪表由吹扫接口、光路调整机构和法兰等组成。


    图3 LDM-100 发射单元实物图
     
    反射单元
    LDM-100 激光烟尘检测仪的反射单元由旋转马达、激光反射??楹途芄庋г槌?,其外形见图4。反射单元能准确地将发射单元发出的激光束反射至发射单元的传感器。通过光学回返设计使 LDM-100 激光烟尘检测仪的有效测量光程加倍,具备了更高的检测灵敏度。同时,为了实现高效稳定、抗振动能力强的光学反射,LDM-100 反射单元选用了的特殊反射材料和安装结构,大大提高了反射单元的有效性和均匀性。与发射单元相同,反射单元也是通过连接锁箍与连接单元连接,连接单元仪表由吹扫接口、光路调整机构和安装法兰等组成。
    4  LDM-100 反射单元实物图
    吹扫单元
    在恶劣的现场测量环境下,为了保证 LDM-100 激光烟尘检测仪能够长期连续运行,LDM-100 激光烟尘检测仪需用干净的吹扫气体对发射和反射单元上的光学视窗进行吹扫,避免测量环境中的烟尘或其它污染物对视窗造成污染,影响测量。
    LDM-100 激光烟尘检测仪的吹扫单元由吹扫气泵、过滤器和气路连接??榈茸槌?,可为 LDM-100 激光烟尘检测仪提供稳定流量的吹扫气源。图5是 LDM-100 激光烟尘检测仪吹扫单元的接口定义和尺寸图。

    5 LDM-100 吹扫单元接口定义和尺寸图

    3
    测量原理

     
    图6 LDM-100 激光烟尘检测仪工作原理

    LDM-100激光烟尘检测仪采用光透射法对烟尘浓度进行测量,其基本工作原理(见图6)是以半导体激光器作光源,在探测激光束经过分光镜后,反射光被参考探测器检测,形成参考信号;透射光经过含有烟尘的被测环境,照射到反射??榈奶厥夥垂獠牧仙?,反射光束再次穿越被测环境后,由检测探测器检测,形成测量信号。通过对参考信号和测量信号的参比,即可获取由于烟尘造成的透过率信息,其数学表达公式为: 
               T=I/I0                                                         公式 (1-1) 
    公式(1-1)中,T 为透过率, I 为测量光强, 0 I 为参考光强,同时其他用于表征烟尘对光强影响的物理量有:
                浊度:
                     O = 1− T                                 公式(1-2)
                        消光度:
                             E=log(1/T)                                公式(1-3)

    根据光与物质的相互作用和Lambert-Beer规律,可知:
                             I=I0exp(− c k L)                       公式(1-4)
    式中c 为烟尘浓度, k 为消光系数, L 为光程长度??傻玫窖坛九ǘ鹊募扑愎轿?
                                       c = K E                         公式(1-5)
    式中                               K=2.3/kL                          公式(1-6)

     
    如果烟尘颗粒粒径一致且颗粒分布均匀,烟尘浓度(mg/m3)与消光度成线性关系。(见图7)
     
    图7 消光度与烟尘浓度关系

    烟尘颗粒粒径、烟尘分布、密度和不同工况均影响光透过率,进而影响消光度,所以,烟尘浓度与消光度呈现出一定的非线性关系,LDM-100 激光烟尘检测仪使用的关系公式为:

           Concentration = cons0 + cons1⋅ E + cons2 ⋅ E 2       公式(1-7)
    式中cons0 、cons1、cons2 分别为基值、线性和平方关系系数,其基本计算方法如下:通过采用比重法等测量方法获取三组不同的烟尘浓度及其对应的消光度值,得到不同烟尘浓度对应的消光度值,获得如下方程组:
                 公式(1-8)

    经过变换可得,三个浓度系数为:
    公式(1-9)

    LDM-100 激光烟尘检测仪的出厂设的标准系数为cons0 = 0,cons1 = 1,cons2 = 0 。







    4
    产品特点

     LDM-100 激光烟尘检测仪采用了反射式光学设计,在增加测量光程、提高测量灵敏度
    的同时,还使得所有光电器件(传感器、激光器)处于相同的环境温度下,进一步提高仪器
    的稳定性?;诟咝У姆垂獠牧系姆瓷涔庋杓?,降低了光学系统的调节要求,增强了抗振
    动能力。
    1、 运用激光透射法,透过率、消光度和烟尘浓度多参量同时监测;
    2、 原位安装方式,在粘性尘、高温等非理想条件下快速、高精度测量;
    3、 高效反射材料技术,检测灵敏度高、测量稳定性好;
    4、 测量探头自带操作界面,集中度高,操作方便;
    5、 ??榛杓?,各功能单元替换简单、维护方便;
    6、 配备吹扫系统,适应各类工程应用。 

    5
    技术参数

    表1 LDM-100 激光烟尘检测仪技术参数指标
     

    6
    现场安装

    图8示意了 LDM-100 激光烟尘检测仪的现场使用情况。LDM-100 激光烟尘检测仪的 现场安装工作主要包括固定法兰的焊接、发射单元和反射单元的安装、吹扫装置的安装、光 路的调节和电气连接等。

    图8 LDM-100 激光烟尘检测仪现场安装示意图

    7
    软件操作

     为了实现 LDM-100 激光烟尘检测仪的快响应、高精度、智能化的检测要求,LDM-100激光烟尘检测仪的内部集成了多块高性能的微处理单元,并实现多个微处理单元不同分工、协调处理的工作模式。
     LDM-100激光烟尘检测仪内嵌的软件能实现信号处理、数据计算、实时监控以及人机界面中的键盘操作和 LCD 液晶显示、报警、设置等功能。此外,该软件还可以通过 RS485、GPRS等方式实现与 LDM-100激光烟尘检测仪服务端软件的数据通讯。 
    操作面板
    LDM-100 激光烟尘检测仪的操作面板包括 LCD 液晶屏和四个按键。LCD 液晶屏显示LDM-100 激光烟尘检测仪的各种信息;按键用于完成所有用户操作。仪器操作面板外观如图9所示。 

    图9 LDM-100 激光烟尘检测仪操作面板图

    操作面板上共设计了四个按键。各个按键的功能如下:
     “SET”键为功能键。主要用于进入下一级子菜单或者输入确认键;
     “<”为方向键。主要用于移动当前的光标位置向上或向左;
     “>”为方向键。主要用于移动当前的光标位置向下或向右;
     “ESC”键为功能键。主要用于退出子菜单返回到上一级菜单或者输入取消键。
    系统模式
    在按照本手册第三章对 LDM-100 激光烟尘检测仪完成正确的安装、调节和连线之后,
    LDM-100 激光烟尘检测仪便可投入连续在线测量。在测量过程中,根据运行状况,LDM-100
    激光烟尘检测仪会处于以下三种工作模式:
     启动模式
     正常模式
     故障模式
    启动模式
    仪器上电后,LDM-100 激光烟尘检测仪进入自检状态,检查仪器内部各功能??榈墓?
    作状态是否正常, 如果一切正常的话,此过程大概要持续两分钟。图 4.2 为仪器自检时 LCD
    液晶屏显示的界面,界面有“自检中…”的提示, 提示下方的进度条表示当前的自检进度。
    若一切正常,仪器自检完毕后进入正常工作模式。 
    正常模式
    在该模式下 LDM-100 激光烟尘检测仪执行测量任务,并可能处于正常和警告两种工作
    状态。
    正常工作状态:仪器正常地进行测量工作,操作面板上的 LCD 将显示测量值及其他仪
    器信息;LCD 右上角显示“正常”字样。模拟量输出端口(4-20)mA 输出对应的测量值。
    警告工作状态:当 LDM-100 激光烟尘检测仪检测到透过率过低等情况时将自动切换至
    警告工作状态。在此状态下,操作面板上 LCD 显示屏将显示相应的警告信息(在主显示界
    面和屏保界面中还能看到警告标志 ),并通过(4-20)mA 输出(具体报警的解决办法请参
    见第五章报警信息)。
    故障模式
    当 LDM-100 激光烟尘检测仪检测到一些可能会永久性损坏仪器的故障(如仪器内温度
    过高;激光器温度异常等)时,仪器将从上述启动或正常模式立即转入故障模式。在此模式
    下,仪器将停止烟尘浓度测量和大部分系统功能进入?;ぷ刺?,操作面板上 LCD 将显示相
    应的错误信息(在主显示界面和设置界面中还能看到故障标志 ,在主显示界面按“>”键
    还可以查看具体报警信息),外部输出端口(模拟量和数字量)将输出报警信息。

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    注意事项

    操作任何激光产品均须小心谨慎,确保安全。下面列出使用 LDM-100 激光烟尘检测仪的注意事项:
    1、不得擅自打开仪器的任何部件(发射单元和反射单元);
    2、将 LDM-100 激光烟尘检测仪安装在人流较少的地方;
    3、在对 LDM-100 激光烟尘检测仪操作前务必阅读并充分理解本操作说明;
    4、安装、调试、操作和维护过程中严格遵循本说明书中给出的指导或联系本公司客户服务部;
    5、注意并遵循 LDM-100 激光烟尘检测仪上的警告标志;
    6、在不超过规定允许的条件下,使用 LDM-100 激光烟尘检测仪;
    7、在安装和维护仪器的发射和反射单元时一定要注意对激光束的防护,详细的安装和 维护过程请仔细阅读本手册中各相应章节或联系本公司客户服务部。 

    9
    运行维护

     维护
    LDM-100 激光烟尘检测仪内置了高性能微处理器,自动化程度非常高,操作简单。由 于没有使用易磨损的运动部件和其他需要经常更换的部件,仪器维护工作量非常小。日常预 防性维护工作主要局限于:目测检查和清洁光学视窗和优化系统测量光路。 LDM-100 激光烟尘检测仪设计了吹扫装置来?;し⑸?、反射单元上的光学视窗不受被测环境中烟尘、固体颗粒物等污染,保证稳定、清洁的吹扫气是实现这一目标的关键。另外, 在长时间的运行过程中测量环境中的烟尘等污染物还是可能逐渐污染光学视窗,使光学透过率下降,影响仪器的正常工作,因此需要周期性地清洁这些光学部件。发射和反射单元的光路在长时间的工作后,也可能会漂离最佳工作状态,需要适时地优化光路调整。在对仪器进行上述维护的时候也请检查仪器的泄漏、腐蚀和各种连接是否松动等。对于大多数的应用场合,清洁光学视窗的维护周期通常超过三个月。即使对于高烟尘含量的应用场合,在设置了合适的吹扫气流量后,也可以较长时间地保持光学视窗的清洁。建议一般情况下每 6 个月清洗一遍光学视窗,以保证仪器的长时间连续、正确工作,减少计划外维护工作。如果吹扫系统出现故障,也请检查光学视窗的污染情况。
    光学视窗的清洁步骤如下:
    1. 松开锁箍,把反射单元和发射单元从仪器法兰上分别拆下,在此过程必须保持发射
    单元、反射单元和仪器中央单元间的电缆连接;
    2.检查光学视窗的污染情况,认真查看可能的损坏(如裂痕)。若发现任何损坏,必
    须更换光学视窗;
    3.用干净的擦镜布或擦镜纸清洁光学视窗,确保光学视窗表面无明显污迹;
    4.如果光学视窗不能完全清洗干净,应该更换新的光学视窗;
    5.重新安装好发射和反射单元,并重新打开仪器电源。
    透过率归一化
    所有的 LDM-100 激光烟尘仪出厂前均经过准确校准和标定,但随着电子元器件的老化、光学性能变化会导致分析仪参数的缓慢漂移,影响测量准确性,通过 LDM-100 激光烟尘检测仪提供的透过率归一化功能可周期性进行校准,确保测量精度。由于分析仪的准确测量取决于标定的准确性,用户在标定前需认真考虑是否确有必要进行标定。当确认有必要进行标定时,一定要保证标定过程各步骤的准确性。标定可通过发射端操作键盘来进行,也可使用一台 PC 机通过RS485 接口与中央分析仪器通讯进行。
    具体操作步骤如下:
    1.在标定前确保烟道里无大量烟尘,烟道处于停气状态;
    2.松开锁箍,卸下发射单元和反射单元,认真查看光学视窗上是否有裂痕或灰尘/污渍等,如果没有, 继续下一步。否则,请参照维护中程序先维护光学视窗;  
    3.心地将发射、反射单元安回原位,并用螺栓、螺母拧紧;
    4.调节两仪器的同轴性。
    5.在仪器归一化前,需预热仪器至少 15 分钟;
    6.通过操作面板或服务端软件设定仪器的测量光程,在观察透过率测量数据稳定后,执行透过率归一化操作;
    7.归一化结束后,请重新开启电源。

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