便携式粉尘测试仪的设计

南京理工大学

毕业设计(论文)开题报告

学生姓名：学号：

专业：测控技术与仪器

设计(论文)题目：便携式粉尘测试仪的设计

指导教师:

2011年 3 月 6 日

开题报告填写要求

1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；

3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；

4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—2005《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。

毕业设计（论文）开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：

文献综述

一．课题研究的背景

粉尘是指在生产过程中产生并能较长时间悬浮于气体中的固体颗粒。现代工业的迅速发展不仅给人类带来现代化的生活,同时也给自然环境造成了极大污染,而大气中悬浮颗粒物的超标是环境污染中的一个重要方面。空气中的悬浮颗粒物（又称“粉尘”）能较长时间悬浮在空气中。环境保护部门将空气动力学当量直径>10um 的悬浮颗粒称为可见粉尘。它们在静止空气中会快速沉降；空气动力学当量直径≤10um的悬浮颗粒称为可吸入颗粒物。这些小粒径颗粒物能长时间漂浮于空气中,难以沉降到地面,易被吸入人体呼吸道,且粒径越小,进入人体呼吸道的位置越深,对人体的危害越大,因而研究大气粉尘含量的测量方法意义重大[1]。

煤矿粉尘影响矿井安全生产，威胁职工身体健康，是煤矿五大灾害之一。在煤矿开采过程中，如钻眼,爆破，掘井及采煤作业，顶板管理,煤的装载运输等各个环节，都会产生大量的粉尘。各环节产生的粉尘量的比例大致为：采煤工作面约占 45%～8O%。掘进工作面约占2O%～ 38%。锚喷作业点约占10%～15%，运输通风巷道约占5%～10%，其他作业点约占2%～5%。煤矿粉尘危害人体健康，轻者会患呼吸道疾病，重者会患尘肺病；引发爆炸，煤尘的爆炸浓度下限30～50g/m3,上限为1000～2000g／m3；降低工作场所的能见度；增加工伤事故的发生；加速机械磨损【2】。所以研制了一种能实现在线测量,具有自动连续取样，实时显示，体积小，重量轻，便携式的粉尘浓度测量仪，对保护环境，防止大气污染，具有非常重要的意义。

二．便携式粉尘测试仪的现状及其发展趋势

2.1.粉尘测试仪的发展现状

目前，随着煤矿开采强度和机械化水平的提高，在提高煤炭产量的同时，产尘量和矿井作业场所的粉尘浓度也大大增加。粉尘给作业人员和安全生产造成极大危害。粉尘浓度过高可能导致粉尘爆炸。除了《煤矿安全规程》对各作业场所的粉尘检测、粉尘治理以及粉尘有关指标做了明确规定外，国家煤矿安全监察局于2003年还相继颁布了3

ln (n 0／n)=( µ／ρ)·d (1)

式中：d = m ／A (mg ／cm 2 )，是粉尘的表面质量；n 0，n 分别代表采样粉尘前后，计数

器每分钟以电流脉冲方式所记录下来的β粒子数，这个脉冲计数率表征了放射穿透强度；(µ／ρ)是质量衰减系数，该系数是介质层衰减系数与介质层密度的比值，受粉尘粒子化学成分的影响，与电子密度有关。对于β射线粉尘测量仪使用的特定场所来说，该系数是个常值，因此由式(1)得到粉尘的绝对质量表达式(2)，即：

m=A(ρ/µ)ln （n 0/n ） (2)

式中：m 是粉尘的绝对质量，单位mg ；A 为粉尘分布的表面积，单位cm 2。

粉尘绝对质量m 和气体采样体积Q 的比值，就是粉尘浓度C ，关系式(3)所示：

C= m ／Q (3)

2）光散射技术粉尘测试仪的原理

理论和实验研究表明， 在粉尘性质一定的条件下，粉尘的散射光强度与其质量浓度成某种比例关系。粉尘浓度测量仪正是依据这一理论进行设计，它以悬浮颗粒物（粉尘）在光束中产生的光散射现象为原理，直接准确测量空气中悬浮颗粒物的相对质量浓度根据光散射原理，当尘埃颗粒的半径r 小于光的波长入时满足:

式中；N 为单位体积内的粒子数；ε为空气中的介电常数；ε0为真空中的介

电常数；θ为散射角；R 为光敏感区到光电转换器的距离；r 为粒子的半径；I 0为入射光强；λ为光源的波长；H 为与测量系统几何尺寸有关的一个常数。

显然, 在某一测量系统中λ，ε，ε0 ，θ，R ，H ，I O 可以认为是常数，由于进行质量浓度测量时， 尘埃颗粒是数颗一起通过光敏感区，,因此在入射光强保持不变的情况下，散射光强I θ与V,N 相关。

3）光透法粉尘测试仪的原理

采用光透法的便携式粉尘测试仪的系统框图如图1所示，系统设计中引入了消光度概念。令E=T 1lg ，根据伯朗公式：T=o I I =e K X C -，lnT=2.3lgT ，故：C=K X T ln -=K X E .32 (4) 式中:C 为粉尘浓度；X 为测光光程；K 为衰减系数。

由式（4）可知，光强的衰减量与粉尘浓度成反比，根据对光强衰减量的测量间接测得

毕业设计（论文）开题报告

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题的研究对象是便携式粉尘浓度测试仪，要研究或解决以下几个问题：

1.它可以方便地用于煤矿开采，砖瓦厂等粉尘作业场所、也可以用于对大气环境

的污染情况进行监测以及办公室和某些公共场所的空气污染程度进行方便快捷的检测。

2.可以通过外接键盘设定报警阀值并当超过预设浓度时可以实现声光报警提示。

3.通过LCD显示测量浓度。

4.利用基于单片机的主控器、显示电路、报警电路等总体电路的设计及编程。

本课题主要采用的研究手段为：

一．粉尘浓度的测量方法有过滤称重法，ß射线法，压电振动法，光散射法，光透法等。对于本课题选用光透法对粉尘浓度进行测量。

二. 便携式粉尘测试仪主要由光电转换，信号调理，LCD显示和键盘，报警等组成。

三．系统设计

3.1系统硬件设计

测试仪硬件电路由不同模块组成，包括电源模块，单片机模块，光电转换模块，信号调理模块，LCD显示及键盘模块，报警模块和RS-232通信模块。

3.1.1电源模块

便携式仪器是低功耗仪器，要求电源模块的转换效率高且需常见的电源提供的电压，可以选用DC-DC升压芯片MAX1678作为电源模块，他的转换效率高达90%，采用1到2节常用碱性电池就可以输出系统所需要的5V电压。

3.1.2单片机模块

单片机模块采用AT89S52单片机，它是一款低功耗，高性能的COMS 8位单片机，