摘要：為了擴(kuò)大粉塵測(cè)量?jī)x的測(cè)量范圍，采用一種自適應(yīng)的測(cè)量方法，即根據(jù)被測(cè)環(huán)境粉塵的濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)傳感器的接收靈敏度，并結(jié)合相應(yīng)的軟件算法，使高、低濃度的粉塵都能得到有效測(cè)量。在設(shè)計(jì)過(guò)程中運(yùn)用PID算法對(duì)測(cè)量過(guò)程進(jìn)行控制，使測(cè)量?jī)x在運(yùn)行中進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，以降低測(cè)量數(shù)據(jù)的振蕩。通過(guò)對(duì)煙霧釋放出粉塵的濃度測(cè)量，運(yùn)用Matlab對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到了平滑的響應(yīng)曲線。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該方法有效地?cái)U(kuò)大了測(cè)量范圍，使測(cè)量范圍達(dá)到了0.01～48 mg/m3。

　　關(guān)鍵詞：自適應(yīng);粉塵測(cè)量;PID;數(shù)字濾波

　　隨著我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，空氣中粉塵的污染越來(lái)越嚴(yán)重。目前我國(guó)一些環(huán)保部門仍采用“濾膜稱重法”測(cè)量粉塵濃度，這種方法不能實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)測(cè)量，且測(cè)量誤差較大。國(guó)外均采用基于光散射理論的在線測(cè)量，該技術(shù)已非常成熟。目前我國(guó)也展開(kāi)了基于光散射測(cè)量粉塵技術(shù)的研究，但與國(guó)外技術(shù)相比，還有很大差距。在多年對(duì)光散射法測(cè)量粉塵濃度的研究中體會(huì)到這種方法的測(cè)量范圍小，儀器數(shù)據(jù)顯示不穩(wěn)定，本文提出一種自適應(yīng)測(cè)量方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該方法能有效擴(kuò)大測(cè)量范圍，減小振蕩。

　　1 儀器的總體設(shè)計(jì)

　　測(cè)量?jī)x主要由光學(xué)傳感器、氣路系統(tǒng)、光/電轉(zhuǎn)換、放大器、A/D轉(zhuǎn)換、微機(jī)控制與管理系統(tǒng)、電源系統(tǒng)組成，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。儀器的工作過(guò)程如下：

　　由半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光波穿過(guò)具有粉塵的被測(cè)區(qū)域后，光學(xué)傳感器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。為確保能對(duì)信號(hào)直接進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，提高信號(hào)的抗干擾能力和儀器的靈敏度，還必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。調(diào)理后的電信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后再傳送到微處理器，通過(guò)微處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析再顯示。

　　2 自適應(yīng)測(cè)量的實(shí)現(xiàn)

　　2.1 自適應(yīng)調(diào)節(jié)原理

　　采用一般傳感器測(cè)量粉塵濃度，其測(cè)量范圍約為0～3 mg/m3。為保證高濃度和低濃度的測(cè)量準(zhǔn)確性，擴(kuò)大儀器的測(cè)量范圍，本文提出了一種通過(guò)調(diào)節(jié)傳感器接收靈敏度來(lái)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)的算法(調(diào)節(jié)原理如圖2所示)，即當(dāng)被測(cè)環(huán)境的粉塵濃度較低時(shí)，提高傳感器的接收靈敏度;當(dāng)被測(cè)環(huán)境的粉塵濃度較高時(shí)，降低傳感器的接收靈敏度，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)這種方法進(jìn)行了驗(yàn)證，圖3是軟件控制流程圖。

　　2.2 實(shí)現(xiàn)電路

　　圖4是光電轉(zhuǎn)換原理圖，Rf是程控的電阻調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)對(duì)Rf值的調(diào)節(jié)，改變傳感器的接收靈敏度，使不同信號(hào)值均能得到有效測(cè)量。其功能實(shí)現(xiàn)如下：當(dāng)儀器進(jìn)入測(cè)量時(shí)，微處理器發(fā)出控制命令，使傳感器處于接收靈敏度最高狀態(tài)。讀取數(shù)據(jù)后判斷傳感器是否處于最佳工作狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)溢出或不在最佳工作狀態(tài)，則改變傳感器的接收靈敏度，使其進(jìn)入最佳的工作狀態(tài)。為了使測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)一，通過(guò)軟件對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。