【光电倍增管在井下粉尘浓度检测中的应用】 粉尘浓度检测

　　【摘要】基于粉尘粒子的光辐射原理、Mie理论，利用光电倍增管本身的特性，外加电子测量电路对粉尘浓度的检测做了原理性探究。 　　【关键词】光电倍增管;粉尘浓度;检测;灵敏度
　　
　　0.引言
　　煤矿井下粉尘含量高，成分有害。工人长期在粉尘条件下工作，容易患尘肺病；粉尘中含有易燃成分，有爆炸的危险；高浓度粉尘会加速机械磨损，缩短仪器设备的使用寿命。井下光线很暗，环境特殊，当前常见的的检测装置有机械转动部分或者结构复杂。
　　1.解决方案
　　煤矿井下环境恶劣，光线很弱，普通光电管产生的光电流很小，只有零点几微安，很不容易进行探测。而光电倍增管的灵敏度很高，不能受强光照射，否则将会损坏，因此井下黑暗的环境适合光电倍增管工作。光电倍增管可感受不同粉尘浓度下的微弱光线，将产生不同的而且很大的电流，将电流引出，利用外加测量电路进行测量。
　　2.原理阐述
　　将井下粉尘做一单一的，各向同性的球形微粒的理想模型处理。
　　根据Mie理论，在夫琅禾费凸起范围之内，在一束光强为I0的平行光下散射光强的空间分布为：
　　I(a,D)=I0 (1)
　　式中I(a,D)――前向角a方向上的散射光强
　　D――粉尘微粒直径
　　f――收集透镜的焦距
　　?姿――入射光波长
　　当粉尘微粒群含有总粒子数位n时，在一光束照射下在a角度方向下的总散射光强为
　　I(a)=I(a,D)n(D)dD(2)
　　式中 n(D)――粒子粒径分布函数
　　粒子总数为n的多分布粒子群，其散射光强可以近似表示为
　　I(a)≈nI(I0,a,D)(3)
　　则单位体积离子浓度为?籽的多分散粒子群散射光强为：
　　式中 K――与粉尘特性有关的物理常数
　　因此，光强I的大小可以反映粉尘浓度。
　　图1 光电倍增管的光照特性
　　如图1，光电倍增管的光谱特性反应光电倍增管的阳极输出电流与照射在光电阴极上的光通量之间的函数关系在一定范围内是线性的。因此阳极电流可以反映粉尘浓度。
　　外加的照射到光电倍增管的光线，要经过滤光片的滤光，经通风道到达阴极。此通风道可以在侧方加风扇，使井下含有粉尘的空气送入通道内，时所测数据能实时准确。
　　各倍增级的电压是有玢岩电阻获得的，阳极电流流经负载电阻后得到输出电压，经后续测量电路测得数据。光电倍增管的阳极、各倍增级、阴极之间存在又搞到低的电位分布。当微光照射在阴极时，在满足一定条件下将会逸出电子，电子在电场作用下加速、聚焦，打在第一倍增极上。每个电子在倍增级上产生3-6个二次电子，这些电子又射向第二倍增极。最后阳极收集到的电子数是阴极发射机的105-106倍。这样大量电子在阳极负载上建立电信号，通过阻抗匹配作用将信号送到电子仪器中去。
　　综上所述，利用光电倍增管，在外加电子测量电路的帮助下便实现了对粉尘浓度的检测。
　　3.结论
　　在井下恶劣的环境下，利用粉尘粒子和光电倍增管的特性，并借助微光这一条件，对危害极大的粉尘浓度的检测，以供相关部门做数据参考。本方案没有机械转动部分，运行可靠。然而，本方案对井下粉尘微粒做了理想化处理，与实际不符。另外，外加的光源会随着时间本身会有所变化，还有传输途径会受到环境的影响，有待改进。
　　
　　【参考文献】
　　［１］童敏明，唐守锋.检测与转换技术.徐州：中国矿业大学出版社，2008：182-185．
　　［２］张思玲，董成富，原振东，古中道.低功耗和快速补偿的光电倍增管偏置电路.核电子学与探测技术.2000,20(3)：236-239．
　　［３］田国政，孙继平，朱建铭，贾天水.光散射粉尘传感器的尘染补偿方法及光强分布的研究.煤炭学报.1997，22(6)：632-636．
　　［４］王文，桂祥友，王国君.煤矿井下粉尘污染与防治.煤炭技术，2002,21(1)：43-45．
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