基于光散射法无动力粉尘质量浓度检测技术.pdf

第 48 卷增 1煤炭学报Vol.48Supp.12023 年4 月JOUNAL OF CHINA COAL SOCIETYApril2023基于光散射法无动力粉尘质量浓度检测技术陈建阁1，2，3，李德文2，3，许江1，刘国庆2，3(1重庆大学 资源与安全学院，重庆400044;2 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆400037;3中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400037)摘要:针对目前煤矿光散射法粉尘质量浓度传感器的易堵塞、维护难问题，提出了一种具有无堵塞、易维护特征的光散射法无动力粉尘质量浓度检测技术并开发光散射法无动力粉尘质量浓度传感器。首先通过分析光散射法粉尘质量浓度检测基本原理与目前光散射法粉尘质量浓度传感器的结构特征，设计了一种由激光器、光电二极管、遮光罩等部分组成的光散射法无动力粉尘质量浓度检测单元，并附上超低信号处理电路，设计了一种光散射法无动力粉尘质量浓度传感器。通过分析外界自然光对光散射法无动力粉尘质量浓度传感器的影响规律，设计一种传感器零点值动态检测的数据处理算法，消除了外界自然的干扰。然后通过分析光散法无动力粉尘质量浓度传感器光散射信号的分布特征，并且确定了光散法无动力粉尘质量浓度传感器检测初始值与实际粉尘质量浓度的数学关系，以粉尘质量浓度低于 120 mg/m3采用二次多项式曲线拟合，高于 120mg/m3采用线性拟合的方式，实现了无动力光散射法粉尘质量浓度传感器的精准标定。最后通过试验证明了基于光散射法无动力的粉尘质量浓度传感器低浓度误差低于 15%，高浓度误差低于 10%。无动力光散射法粉尘质量浓度检测技术检测精度满足标准要求，以无堵塞、易维护的优势增加了光散射法粉尘质量浓度传感器对恶劣环境的适应性，对煤矿粉尘质量浓度的精准在线检测技术的发展提出新思路。关键词:煤矿粉尘质量浓度;无动力;光散射法;零点值动态检测;分段多种曲线拟合中图分类号:TD714文献标志码:A文章编号:02539993(2023)S1014910移动阅读收稿日期:20220608修回日期:20220928责任编辑:王晓珍DOI:1013225/jcnkijccs20220861基金项目:重庆市自然科学基金资助项目(cstc2020jcyjmsxmX0681)作者简介:陈建阁(1987)，男，河北邢台人，助理研究员。Tel:[phone]，Email:geyu_520 163com通讯作者:李德文(1964)，男，四川岳池人，研究员。Tel:[phone]，Email:cqmkyldw 126com引用格式:陈建阁，李德文，许江，等 基于光散射法无动力粉尘质量浓度检测技术J 煤炭学报，2023，48(S1):149158CHEN Jiange，LI Dewen，XU Jiang，et al Detection technology of unpowered dust concentration based on lightscattering methodJ Journal of China Coal Society，2023，48(S1):149158.Detection technology of unpowered dust concentration based onlight scattering methodCHEN Jiange1，2，3，LI Dewen2，3，XU Jiang1，LIU Guoqing2，3(1 School of esources and Safety Engineering，Chongqing University，Chongqing400044，China;2 State Key Laboratory of Gas Disaster Detecting，Pre-venting and Emergency Controlling，Chongqing400037，China;3 Chongqing esearch Institute，China Coal Technology and Engineering Group，Chongqing400037，China)Abstract:Aiming at the problems of easy clogging and difficult maintenance of the current coal mine lightscattering dust concentration sensor，a light scattering unpowered dust concentration detection technology withthe characteristics of no clogging and easy maintenance was proposed，and a light scattering unpowered dust concen-tration sensor was developed Firstly，by analyzing the basic principle of light scattering dust concentration detectionand the structural characteristics of the current light scattering dust concentration sensor，a light scattering nondy-煤炭学报2023 年第 48 卷namic dust concentration detection unit composed of laser，photodiode，light shield and other parts wasdesigned With the addition of ultralow signal processing circuits，etc，a light scattering unpowered dust concentra-tion sensor was designed By analyzing the influence of external natural light on the sensor，a data processing algo-rithm for the dynamic detection of sensor point was designed，which eliminates the interference of external natureThen，byanalyzingthedistributioncharacteristicsofthelightscatteringsignalofthelight scatteringunpowered dust concentration sensor，the mathematical relationship between the initial detection value of the lightscattering unpowered dust concentration sensor and the actual dust concentration was determined When the dust con-centration was lower than 120 mg/m3，the quadratic polynomial curve was used for fitting，and the linear fitting meth-od was used for the dust concentration higher than 120 mg/m3，which realizes the accurate calibration of the nondy-namic light scattering dust concentration sensor Finally，it was proved by experiments that the low concentration errorof the dust concentration sensor based on the unpowered light scattering method was less than 15%，and the high con-centration error was less than 10%The detection accuracy of dust concentration detection technology by nondynamiclight scattering method meets the standard requirements With the advantages of non clogging and easymaintenance，the adaptability of the light scattering dust concentration sensor to harsh environments is increased，anda new idea is proposed for the development of accurate online detection technology of coal mine dust concentrationKey words:coal mine dust concentration;no power;light scattering method;dynamic detection of zero value;seg-mented multiple curve fitting煤矿生产过程中产生的粉尘是煤矿五大灾害之一12，大量聚集的煤尘容易引起煤矿粉尘爆炸34;另外，密集接触粉尘容易患有不可治愈的尘肺病56，据我国卫计委不完全统计，截至 2021 年底，全国累计报告职业性尘肺病患者 915 万人7，远超煤矿安全生产事故1。因此加强煤矿粉尘质量浓度的实时在线精准检测十分必要，为煤矿粉尘的治理与监管提供主要依据，对保障煤矿安全与工人健康具有重要意义。目前实现煤矿粉尘质量浓度连续在线检测的粉尘质量浓度传感器主要采用光散射法和静电感应法8。静电感应法受粉尘颗粒的静电特性影响比较大9，需要定期校准粉尘质量浓度传感器;光散射法的精度与灵敏度比较高，应用比较广泛，也是煤矿粉尘质量浓度传感器最早应用的技术1011。但是煤矿风速低、粉尘质量浓度高、水汽含量大等不良的环境因素，容易造成光散射法粉尘质量浓度传感器的抽尘管道被堵塞、散射光强感应元件被污染，使光散射法粉尘质量浓度传感器检测精度降低甚至失效，需要不断对粉尘传感器进行维护，且维护过程比较复杂，因此光散射法粉尘质量浓度传感器的易堵塞、易污染、难维护问题阻碍了光散射法粉尘传感器对煤矿粉尘质量浓度的精准检测。针对光散射法粉尘质量浓度检测技术所存在的易堵塞、易污染、难维护问题，国内外部分学者已开展了一系列研究，取得了一定的成果。SUNG 等12 研究光散射法粉尘质量浓度传感器应用于粉尘质量浓度较高的建筑工地，将颗粒物的重力法与光散射法相结合，分级测试粉尘质量浓度，减少光散射法粉尘质量浓度传感器的污染;LEE BOK JIN，HUANG 等1314 将 射线法与光散射法相结合，定期标定消除由于污染造成光散射法粉尘质量浓度传感器的误差。吴付祥15 研究一种无动力光散射法粉尘质量浓度检测仪，通过试验分析了无动力装置的结构尺度对输出信号的影响规律，并优化了无动力粉尘质量浓度检测仪;赵政等1617 将光散射法与静电感应法相结合，低浓度粉尘采用光散射法，减少光散射粉尘质量浓度检测单元的污染概率，延长了粉尘质量浓度传感器的维护时间;刘国庆18 将自适应控制算法融入无动力光散射法粉尘质量浓度检测技术中，提高了传感器的检测精度。根据目前相关研究成果，缺乏对光散射法无动力粉尘质量浓度检测技术的结构设计、微小信号处理电路设计、算法设计、试验验证等各方面全面分析，缺少易维护检测结构的设计与分析，缺少分析与消除外界自然光的干扰因素。因此笔者将根据光散射粉尘质量浓度检测的基本原理，将光散射法粉尘质量浓度检测单元由目前的暗室型改为开放式且易维护的无动力型结构，并设计了超低电流信号放大电路，构成了基于光散射法无动力煤矿粉尘质量浓度检测装置，通过试验分析自然光对传感器检测结果的影响规律，并设计了相关数据处理算法。最后通过制定传感器的分段多种曲线标定算法，保证了无动力光散射法粉尘质量浓度检测传感器检测误差满足 MT/T 1102051增刊 1陈建阁等:基于光散射法无动力粉尘质量浓度检测技术2009 煤矿用粉尘质量浓度传感器 的标准要求19。通过对无动力粉尘质量浓度检测技术的研究，设计了一种基于光散射法无动力煤矿粉尘质量浓度检测装置，具有无堵塞、易维护、高精度的优点，增加了光散射法粉尘质量浓度传感器对煤矿等恶劣环境的适应性，为煤矿粉尘质量浓度检测技术发展提供了新的研究视角。1光散射法粉尘质量浓度检测技术1.1光散射法粉尘质量浓度检测基本原理光散射法粉尘质量浓度检测技术的基本原理是基于 Mie 散射基本理论20，粉尘颗粒群对一定能量的入射激光束向四周发生散射作用，通过光电二极管对一定角度散射光强的检测，实现对粉尘颗粒群质量浓度的检测21。粉尘颗粒质量浓度的检测模型如图1 所示2223，激光器发出光波波长为 的完全偏振光沿 z 轴方向传播，设散射光强度为 IO，振动方向平行于 xz 平面，设各向同性的球形粉尘颗粒群位于原点附近处，对入射光源发生向四周的散射作用，为散射角，为入射光的振动平面与散射面之间的夹角，则距离粉尘颗粒群 r 处 p 点的光电二极管处散射光强 IS2425 为IS=KNn=1IO242r2I(，)()(1)式中，I(，)=|S1()|2sin2+|S2()|2cos2，S1()和 S2()为振幅函数，是与贝塞尔函数和汉克尔函数有关的函数;K 为粉尘颗粒群的复散射系数，粉尘质量浓度越高，粉尘颗粒间发生复散射系数增加;N 为散射区粉尘颗粒的数量。图 1粉尘颗粒群的散射模型Fig1Scattering model of dust particle swarm当参数，r，IO确定后，散射光强与粉尘颗粒的数量成正比，进而散射光强与粉尘质量浓度成正相关关系，通过分析散射光强的数值可准确表征散射区粉尘质量浓度。1.2目前光散射法粉尘质量浓度检测结构目前光散射法粉尘质量浓度传感器根据图 1 设计，各个学者所设计的粉尘质量浓度检测装置均如图 2 所示2629，粉尘颗粒在直流风机作用下，抽入到检测暗室，暗室装配有激光器、光电二极管、光陷阱，抽入的粉尘颗粒穿过激光束时，粉尘颗粒对入射激光发生散射作用，通过光电二极管检测散射光强度，实现粉尘质量浓度的检测。目前的光散射法粉尘质量浓度检测装置容易被粉尘堵塞抽尘管道，粉尘吸附在光电二极管与激光器表面，影响了粉尘质量浓度传感器的检测精度，需要将暗室打开，清除堵塞的管道与吸附在光电二极管、激光器表面的粉尘，操作比较繁琐。图 2目前光学法粉尘质量浓度传感器的结构示意Fig2Structure diagram of current optical dust massconcentration sensor1.3光散射法无动力粉尘质量浓度检测结构针对目前光散射法粉尘质量浓度传感器存在的问题，对其结构装置进行改变，设计了一种光散射法无动力的粉尘质量浓度检测结构，如图 3 所示。光散射法无动力粉尘质量浓度检测结构主要包括光电二极管、激光器、光陷阱和载体，省去了抽尘风机、抽气管路，将封闭的检测暗室改为开放空间，环境中粉尘自由扩散到开放空间的检测区域，与激光束发生散射作用，光电二极管检测散射光强，实现粉尘质量浓度的检测。由于检测区域是开放空间，比较容易清洗吸附在激光器与光电二极管表面的粉尘，传感器维护比较方便，且没有抽尘管路易堵塞的问题。相对目前的光散射法粉尘质量浓度传感器而言，151煤炭学报2023 年第 48 卷光散射法无动力粉尘质量浓度检测结构面临 2 个重大难点:一个是自由扩散到检测区的粉尘数目相对比较低，散射光强比较微弱，光电二极管产生的信号比较小，则微小信号的放大及有效提取难度比较大;另外，由于无动力粉尘质量浓度检测结构是开放式的，不可避免将受到外界自然光的干扰，则消除自然光干扰，保障检测结果稳定是另一个难点。图 3无动力光散射法粉尘质量浓度检测装置示意Fig3Schematic diagram of dust mass concentrationdetection device by unpowered light scattering method2光散射法无动力粉尘质量浓度传感器根据上述的光散法粉尘质量浓度检测原理和光散射法无动力粉尘质量浓度检测结构，设计了光散射法粉尘质量浓度传感器，包括了无动力光散射法粉尘质量浓度检测单元、超低电流信号处理电路、数字信号处理算法等。2.1传感器的电路设计由于粉尘颗粒在外界风流作用下自由扩散到检测区，对入射激光发生散射作用后，自由扩散到外界环境，相对目前抽入到暗室的粉尘质量浓度检测装置而言，光散射法无动力粉尘质量浓度检测装置检测区域的粉尘颗粒比较少、散射光强比较弱，需要设计共模抑制比、放大倍数、噪声抑制、输入阻抗比较高和偏置电流低的信号处理电路，选择灵敏度比较高的光电二极管。经过调查研究信号处理电路中 IV 转换电路的运算放大器选择 LMP7721 运算放大器，LMP7721 运算放大器具有较低的输入偏置电流 20 fA，并且具有较高的带宽增益积 17 MHz、较低的电压噪声、较高的共模抑制比。粉尘颗粒光散射作用下光电二极管感应电流经过 LMP7721 芯片转化为电压信号，电压信号再次经过放大电路，放大倍数 20，然后经过 16 位的 AD 转化电路，将模拟信号转化为数字信号，数值输入到单片机，进行相关数据算法处理得到粉尘质量浓度，模拟信号处理原理如图 4 所示。图 4信号处理电路Fig4Schematic diagram of the signal processing circuit光电二极管为 PC106TO5 型光电二极管，该光电二极管的特点是:10 mm2的感光面积，暗电流低至 02 nA，较高的 1 500 M 分流电阻，光电二极管的响应峰值对应激光波长约是 900 nm。由于激光器输出功率不宜过高，因此激光二极管选择 L904P010，输出的激光功率 10 mW，波长 904 nm。2.2传感器的结构设计根据图 3 可知，将选定的光电二极管、激光器、信号处理电路安装在绝缘载体上，并安装光陷阱。为了较少外界自然光干扰，在光电二极管低端安装有 904 nm 的滤光片，在检测区域外端装有遮光罩。方便粉尘可以随风流扩散到检测区，并且减 弱 外 界 自 然 光 的 干 扰，遮 光 罩 上 开 有 长20 mm、宽度 3 mm 的通气孔。遮光罩与绝缘载体采用磁铁吸附方式相互连接，便于遮光罩轻松取下，清除吸附在滤光片与激光器表面的粉尘，便于传感器的维护。在绝缘载体外端安装有不锈钢金属外罩，构成了光散射法无动力粉尘质量浓度检测单元，再加上数字信号处理单元、显示单元、通信单元、电源电路等部分，构成了光散射法无动力粉尘质量浓度传感器，传感器的结构如图 5 所示。251增刊 1陈建阁等:基于光散射法无动力粉尘质量浓度检测技术图 5无动力光学粉尘质量浓度传感器结构Fig5Structure diagram of unpowered optical dust mass concentration sensor3算法设计光散射法无动力粉尘质量浓度传感器的光电二极管接收到的光强为粉尘颗粒的散射光强与外界自然光光强的总和，表达式如式(2)所示。IO=IS+IW(2)其中，IS为表征光电二极管处粉尘颗粒的散射光强，是传感器的信号源;IW为光电二极管处外界自然光的光强，是随着外界环境光强的变化而变化，对传感器而言属于一种外界干扰信号，IW将影响到传感器的检测精度与稳定性。因此无动力光散射法粉尘质量浓度传感器结构设计中包括了滤光片、遮光罩，极大虚弱了外界自然光的干扰，但是为了保障粉尘可以自由扩散到检测区域，遮光罩上的通气孔不可避免造成少量的自然光进入检测区，以下通过设计试验分析自然光对传感器检测结果的影响规律。试验布置如图 6 所示，将无动力粉尘质量浓度传感器与光照度测试仪并排放在自然光照射下，环境中没有任何粉尘，图 6自然光影响测试试验示意Fig6Experiment layout of natural light impact test根据公式(2)可得，传感器光电二极管的接受光强为外界自然光光强，测试结果如图 7 所示。图 7自然光影响测试结果Fig7Test results for the influence of natural light由图 7 可得，传感器的输出模拟信号与外界的自然光光照度呈正相关关系，自然光光照度较小时影响比较显著，自然光光强较大时，传感器输出信号的电压与自然光光照度呈线性增加，可见外界自然光对光散射法无动力粉尘质量浓度传感器检测结果具有较大的影响。采用传感器的零点值动态检测的方法，消除外界自然光强的影响，传感器零点值是指环境中没有任何粉尘时，传感器的输出信号值。传感器动态检测的数据处理表达式如下:S0=SW(J=0)S1=SF+SW(J=1)(3)其中，J 为激光器的开关状态，0 代表激光器关闭，1代表激光器打开;S0、S1为不同状态下传感器的检测信号值;SW为外界自然光作用下传感器的检测信号值;SF为检测区域粉尘颗粒散射作用下传感器的检测信号值。忽略极短时间内外界环境自然光强的微小变化，则粉尘质量浓度 C 可以表示为C=k(S1 S0)(4)其中，k 为标定系数，具体标定算法将在 42 节描述。351煤炭学报2023 年第 48 卷实现式(3)、(4)算法的具体数据处理流程如图 8所示。图 8数据处理算法流程Fig8Flow chart of data processing algorithm为了消除外界自然光强对传感器检测结果的影响，需对传感器的零点值进行动态检测，传感器的零点值不是静态不变的，而是随着外界自然光强改变而改变。激光器被设计的脉冲驱动电路控制，高电平5 V，低电平0 V，频率为1 000 Hz，激光器开关时间各位 05 ms，激光器关闭时采集数据存储到数组 a1中、激光器打开时采集数据存储到 a2中，数组的长度均为 512，数据采集完成后，a2数组与 a1数组相同位置数据做差值运算，计算结果存到 a 数组中，然后对 a数组的数值做均值运算，最后计算结果乘以标定系数得到粉尘质量浓度值，然后对检测结果进行存储与对外通信。4试验测试与分析4.1试验装置根据第 2 章与第 3 章描述的光散射法无动力粉尘质量浓度传感器结构与算法的设计，装配了光散射法无动力粉尘质量浓度传感器。为了验证光散射法无动力粉尘质量浓度传感器测试效果，利用中煤科工集团重庆研究院瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室的粉尘传感器标定系统，试验如图 9 所示，主要包括连续发尘器、风硐、除尘器、抽出式风机、气体采样 器、直 流 稳 压 电 源。粉 尘 采 用 粒 度 不 超 过200 m的干燥煤粉，连续发尘器将煤粉连续均匀喷入风硐中，在风硐中稳定风流作用下，煤粉均匀分布到风硐中。为了减少待测传感器对风硐中粉尘流场的干扰，只将光散射法无动力粉尘质量浓度检测单元放到风硐中，传感器的主控板(数字信号及显示部分)放在风硐外部，采用直流稳压电源供电，电压 24V，主控板上显示传感器的检测值。采样器采集风硐中粉尘与气体的混合物，采用称重采样法(如 42 小中介绍)得到风硐中的实际粉尘质量浓度，作为标准参考值。图 9传感器试验测试装置Fig9Diagram of the laboratory test device without power sensor4.2传感器检测值标定基于图 9 的试验系统，在粉尘质量浓度不同的条件下，采集基于光散射法无动力粉尘质量浓度检测装置输出的电压信号，信号曲线如图 10 所示。由图 10 中的曲线分布规律可得，粉尘质量浓度为 0 时，曲线比较平滑且是一条直线，随着粉尘质量浓度的增加，粉尘颗粒散射作用产生的脉冲波形密度逐步增加，信号的整体平均值逐步升高。由于基于光散射法无动力粉尘质量浓度检测装置的粉尘颗粒是自由扩散形式，产生的散射信号具有随机性。因此为451增刊 1陈建阁等:基于光散射法无动力粉尘质量浓度检测技术了准确表征粉尘质量浓度，需统计散射信号一段时间内颗粒物散射信号的平均值而非瞬时值，表征环境中的粉尘质量浓度。调节试验装置的连续发尘器的发尘量，改变风硐中粉尘的分布浓度，待风硐中粉尘稳定后，进行试验数据采集，试验数据采集流程如图 11 所示，采样器采集风硐中的煤尘和气体的混合物，通过采样称重法得到风硐中实际粉尘质量浓度，作为标准参考值。光散射法无动力粉尘质量浓度传感器中颗粒物所产生的散射模拟电压信号通过 A/D 转换电路被转换为数字信号，A/D 转换的位数为 16 位，记为传感器初始值，数据采集频率 2 000 Hz，时间长度 2 s，采集 4 000 个数据，数据存储空间约 8 kbit。得到实际粉尘浓度与传感器的初始值间的曲线关系，如图 12 所示。图 10不同浓度粉尘的散射信号曲线Fig10Scattering signal curves of different concentrations of dust图 11试验数据采集流程Fig11Process of test data collection根据图 12 可得，光散射法无动力粉尘质量浓度传感器的初始值与实际粉尘质量浓度具有较好的正相关关系，根据曲线的分布特征，对曲线进行多种分段曲线拟合，确定光散法无动力粉尘质量浓度传感器的初始值与实际粉尘质量浓度的数学模型。粉尘质量浓度低于 120 mg/m3时，曲线的线性度较差，采用二次多项式拟合;粉尘质量浓度高于 120 mg/m3时，曲线具有较高的线性度，采用线性拟合。得到的光散射法无动力粉尘质量浓度传感器的初始值与实际粉尘质量浓度数学模型如下y=0003(x z0)2+01(x z0)x z1075(x z0)x z1(5)551煤炭学报2023 年第 48 卷其中，y 为传感器的标定值;x 为传感器初始值。z0传感器的零点值，当粉尘质量浓度为 0 时，传感器零点值是 880;z1为 2 种标定方程的临界判断值。即粉尘质量浓度为 120 mg/m3时传感器的初始值，数值为1 070。根据式(5)计算拟合曲线的误差如图13 所示。图 12传感器的初始值与粉尘质量浓度的曲线关系Fig12Curves relationship between initial value ofsensor and dust mass concentration图 13传感器的标定拟合曲线Fig13Calibration fitting curves of the sensor根据图 13 可得，低浓度时的二次多项式拟合和高浓度的线性拟合均具有较好的拟合效果，2均大于 099，拟合数值与检测值具有较低的误差，误差均小于 15%。4.3传感器的检测精度测试分析为了测试标定后的光散射法无动力粉尘质量浓度传感器检测精度，根据 41 小节的试验系统，将光散射法无动力粉尘质量浓度传感器放入风硐内，同时记录、对比光散射法无动力粉尘质量浓度传感器的检测结果和采样称重法所得标准粉尘质量浓度，并计算光散射法无动力粉尘质量浓度传感器的相对误差，见表 1。表 1无动力光散射法粉尘质量浓度传感器检测精度统计Table 1Statistical table of detection accuracy of dust massconcentration sensor by unpowered light scattering method编号实际粉尘质量浓度/(mgm3)传感器测试的粉尘质量浓度/(mgm3)相对误差/%100122320130431121010714202315005444645567580667798917148120130833917118687710220230455112802986431233635453613387391103144504412001552156074916668645344177787612191888586127119960995365根据表 1 可得，光散射法粉尘质量浓度传感器检测精度均满足 MT/T 11022009 煤矿用粉尘质量浓度传感器 标准要求，误差低于 15%。在粉尘质量浓度比较低时，检测误差较高，大于 10%，主要是由于光散射法无动力粉尘质量浓度传感器检测的粉尘是自由扩散方式到检测区域，相对有风机的光散射法粉尘质量浓度传感器存在测试粉尘量比较少、测试信号比较弱、信号处理难度大的难题，造成测试误差偏大，651增刊 1陈建阁等:基于光散射法无动力粉尘质量浓度检测技术但是其误差仍能满足标准要求。粉尘质量浓度较高时，光散射法无动力粉尘质量浓度传感器的检测精度较高，测试误差均低于 10%，具有较好的检测效果。5结论(1)设计了由激光器、光电二极管、遮光罩等结构组成的光散射法无动力粉尘传感器的检测单元，相对目前光散射法粉尘质量浓度传感器减少了抽气管路、风机，避免了光学粉尘质量浓度传感器的管道堵塞问题，遮光罩可轻松取下，方便清除光电二极管的吸附粉尘，具有维护便捷、方便的优势。(2)为了便于粉尘自由扩散到检测区域，遮光罩表面附有通气孔，不可避免产生外界自然光干扰，设计了动态检测算法，消除了外界自然光的干扰，保证了检测精度与稳定性。(3)通过试验测试结果可得，环境实际粉尘质量浓度与无动力光散射法粉尘质量浓度传感器检测结果具有较好的正相关关系，粉尘质量浓度低于120 mg/m3采用二次多项式拟合，检测误差低于15%;粉尘质量浓度高于 120 mg/m3采用线性拟合，检测误差低于 10%，均可满足 MT/T 11022009煤矿用粉尘质量浓度传感器 标准的要求。参考文献(eferences):1袁亮 煤矿粉尘防控与职业安全健康科学构想J 煤炭学报，2020，45(1):17YUAN Liang Scientific conception of 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