基于PID控制粉塵濃度測量?jì)x的實(shí)現

摘要：為了擴大粉塵測量?jì)x的測量范圍，采用一種自適應的測量方法，即根據被測環(huán)境粉塵的濃度自動(dòng)調節傳感器的接收靈敏度，并結合相應的軟件算法，使高、低濃度的粉塵都能得到有效測量。在設計過(guò)程中運用PID算法對測量過(guò)程進(jìn)行控制，使測量?jì)x在運行中進(jìn)行實(shí)時(shí)調節，以降低測量數據的振蕩。通過(guò)對煙霧釋放出粉塵的濃度測量，運用Matlab對測量數據進(jìn)行擬合，得到了平滑的響應曲線(xiàn)。實(shí)測結果表明，該方法有效地擴大了測量范圍，使測量范圍達到了0．01～48 mg／m3。
關(guān)鍵詞：自適應；粉塵測量；PID；數字濾波

隨著(zhù)我國現代工業(yè)的發(fā)展，空氣中粉塵的污染越來(lái)越嚴重，這一污染嚴重危害著(zhù)人類(lèi)健康，因此粉塵濃度的測量在治理環(huán)境污染，保護人類(lèi)健康領(lǐng)域中意義重大。粉塵濃度的測量方法多種多樣，目前我國一些環(huán)保部門(mén)仍采用“濾膜稱(chēng)重法”測量粉塵濃度，這種方法不能實(shí)現在線(xiàn)連續測量，且測量誤差較大。國外均采用基于光散射理論的在線(xiàn)測量，該技術(shù)已非常成熟。目前我國也展開(kāi)了基于光散射測量粉塵技術(shù)的研究，但與國外技術(shù)相比，還有很大差距。在多年對光散射法測量粉塵濃度的研究中體會(huì )到這種方法的測量范圍小，儀器數據顯示不穩定，本文提出一種自適應測量方法，通過(guò)實(shí)驗驗證，該方法能有效擴大測量范圍，減小振蕩。

1 儀器的總體設計
測量?jì)x主要由光學(xué)傳感器、氣路系統、光／電轉換、放大器、A／D轉換、微機控制與管理系統、電源系統組成，其總體結構如圖1所示。儀器的工作過(guò)程如下：

由半導體激光器發(fā)出的光波穿過(guò)具有粉塵的被測區域后，光學(xué)傳感器將接收到的光信號轉換成電信號。為確保能對信號直接進(jìn)行A／D轉換，提高信號的抗干擾能力和儀器的靈敏度，還必須對信號進(jìn)行調理。調理后的電信號通過(guò)A／D轉換后再傳送到微處理器，通過(guò)微處理器對數據進(jìn)行處理分析再顯示。

2 自適應測量的實(shí)現
2．1 自適應調節原理
采用一般傳感器測量粉塵濃度，其測量范圍約為0～3 mg／m3。為保證高濃度和低濃度的測量準確性，擴大儀器的測量范圍，本文提出了一種通過(guò)調節傳感器接收靈敏度來(lái)實(shí)現自適應調節的算法(調節原理如圖2所示)，即當被測環(huán)境的粉塵濃度較低時(shí)，提高傳感器的接收靈敏度；當被測環(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)驗對這種方法進(jìn)行了驗證，圖3是軟件控制流程圖。