摘 要：在生產(chǎn)和研究等領(lǐng)域內(nèi)需要高級(jí)別的潔凈室。潔凈室依靠高效過(guò)濾器來(lái)維持室內(nèi)空氣的潔凈，因此過(guò)濾器的效率對(duì)潔凈室至關(guān)重要。早期的測(cè)試系統(tǒng)往往采用模擬電路，使測(cè)試煩瑣、穩(wěn)定性差。介紹一種用單片微機(jī)實(shí)現(xiàn)過(guò)濾器效率測(cè)試的系統(tǒng)，能在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)過(guò)濾器效率進(jìn)行測(cè)試。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是成本低、精度高、測(cè)試準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試效果完全達(dá)到使用要求。

關(guān)鍵詞：潔凈室；過(guò)濾器效率；測(cè)試系統(tǒng)；單片微機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004-373X(2008)02-175-02

Implementation of Live Measurement of Filters′ Efficiency in Classification Area

MA Lixing，ZOU Lixin，JI Jingjing，JIANG Xinghui，SUN Ping

(Physics Science and Technology Institute，Soochow University，Suzhou，215006，China)[HJ1*3][HJ]

[HJ*2]Abstract：The classification area is required in many instances such as manufacture，study and so on.Efficient filters are used to keep the air pure in the classification area，so the efficiency of the filters is concerned to the classification area.Analog circuits are used in early testing systems，which makes the tests troublesome and insecure.A system of measurement of filters efficiency，which is controlled by microprocessor is introduced.The system can test the efficiency of filter live.Characteristics of the system are low cost，high precision，exact mensuration and easy operation.The system has been used in a classification workshop，and the results are satisfied to the requirement of using.

Keywords：classification;filter efficiency;testing system;single chip computer

在醫(yī)藥、電子、食品、化學(xué)化工、國(guó)防等許多生產(chǎn)部門(mén)，對(duì)空氣中的塵埃粒子數(shù)有相當(dāng)高的要求，必須達(dá)到某個(gè)潔凈等級(jí)［1］。目前潔凈室保持潔凈的方法是采用鼓風(fēng)機(jī)，使空氣流通，在流通過(guò)程中，通過(guò)過(guò)濾器不斷地過(guò)濾流入潔凈室內(nèi)的空氣，從而使?jié)崈羰覂?nèi)的空氣動(dòng)態(tài)地達(dá)到潔凈級(jí)別的要求，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。因此過(guò)濾器的過(guò)濾效率決定著潔凈室潔凈等級(jí)，一旦過(guò)濾器破損，則潔凈室肯定會(huì)被污染，有時(shí)可能因此導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。所以定期對(duì)過(guò)濾器逐個(gè)進(jìn)行過(guò)濾效率的測(cè)試是潔凈室的日常維護(hù)工作之一。采用操作方便、測(cè)試準(zhǔn)確的過(guò)濾器效率測(cè)試儀對(duì)這些部門(mén)顯得尤為重要。介紹了一種操作簡(jiǎn)單，測(cè)試準(zhǔn)確，讀數(shù)清晰的過(guò)濾器效率測(cè)試系統(tǒng)。

1 設(shè)計(jì)思想

對(duì)空氣過(guò)濾效率測(cè)試，首先要測(cè)試未經(jīng)過(guò)濾空氣中（圖1中的“外界空氣”）的塵埃粒子濃度和經(jīng)過(guò)過(guò)濾后空氣中（圖1中的“潔凈室”）的塵埃粒子濃度。此兩者的比值為塵埃粒子的通過(guò)率，用“1”減去通過(guò)率，即為過(guò)濾效率。如式（1）所示。

目前用于潔凈室潔凈度測(cè)試的儀器，基本均采用光散射法原理。光散射法是目前微粒子濃度和顆粒數(shù)測(cè)試中應(yīng)用較為廣泛的方法。雖然測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)造各不相同，但其基本理論均是利用了微粒子的光散射原理。即光源發(fā)出一束光入射到氣流通道，被微粒散射至各個(gè)方向，其各方向散射光強(qiáng)的大小決定于微粒大小及光的波長(zhǎng)。如果微粒在其空間上均勻分布，且濃度不高，此時(shí)進(jìn)行光強(qiáng)度測(cè)試可發(fā)現(xiàn)在一定方向上的某一立體角內(nèi)接收到的散射光能量與粉塵濃度成正比，這就是光散射法測(cè)塵的原理，光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

由于測(cè)試系統(tǒng)存在本底噪聲，即在沒(méi)有粒子通過(guò)時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的白噪聲仍然會(huì)被光電轉(zhuǎn)換器接收，從而有電信號(hào)輸出。另外電路的溫漂等也會(huì)產(chǎn)生噪聲。由于每次測(cè)試時(shí)的各種條件都存在著差異，如溫度等，會(huì)使這些噪聲有差異，因此每次測(cè)試都應(yīng)進(jìn)行調(diào)零處理。可以把這些噪聲看作一個(gè)常量，用修正因子NE表示。在采樣空氣測(cè)試塵埃粒子數(shù)之前，先測(cè)試本底NE，并將其記錄下來(lái)，對(duì)測(cè)試值進(jìn)行修正。式（1）經(jīng)過(guò)修正后，如式（2）所示。

通?？蓪⑿拚蜃营E稱(chēng)為本底。在傳統(tǒng)的測(cè)試電路中，這些噪聲是通過(guò)模擬電路，如減法電路，在硬件上對(duì)其進(jìn)行處理。由于其調(diào)節(jié)電路復(fù)雜，調(diào)節(jié)程序多，因此很難得到滿意的結(jié)果。本文介紹的測(cè)試系統(tǒng)采用了微處理器完成數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示，省去了繁瑣的調(diào)節(jié)過(guò)程。測(cè)試系統(tǒng)首先測(cè)試系統(tǒng)的本底噪聲（NE），然后分別測(cè)試未經(jīng)過(guò)濾空氣中的塵埃粒子濃度（NF）和測(cè)試經(jīng)過(guò)濾空氣中的塵埃粒子濃度（NB），最后用式（2）計(jì)算出該過(guò)濾器的效率。整個(gè)系統(tǒng)顯示出其智能化特點(diǎn)。

2 硬件系統(tǒng)

測(cè)試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。系統(tǒng)由Atmel公司的AT89C52微處理器控制。整個(gè)系統(tǒng)包括信號(hào)調(diào)理及A/D轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)器、顯示、鍵盤(pán)、氣泵驅(qū)動(dòng)等部分組成。

從光學(xué)傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后，由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送微處理器AT89C52。為了達(dá)到較高的轉(zhuǎn)換精度，A/D轉(zhuǎn)換器選用7135四位半A/D轉(zhuǎn)換器，該A/D轉(zhuǎn)換器雖然轉(zhuǎn)換速度較慢，但轉(zhuǎn)換精度高，價(jià)格低廉。而本系統(tǒng)則不需要進(jìn)行高速轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口如圖4所示。為了長(zhǎng)時(shí)間保存相關(guān)數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)的本底噪聲（NE），系統(tǒng)擴(kuò)展了8 kB非易失性靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（Nonvolatile SRAM），當(dāng)系統(tǒng)掉電后，其內(nèi)部的電池仍能將數(shù)據(jù)保持。系統(tǒng)采用LED數(shù)碼塊顯示測(cè)試結(jié)果，4位LED數(shù)碼塊可以顯示過(guò)濾器的過(guò)濾效率范圍為0.00%～99.99%，足以滿足使用要求。為了操作簡(jiǎn)便，系統(tǒng)僅設(shè)置3個(gè)鍵（測(cè)本底、測(cè)前級(jí)、測(cè)后級(jí)），當(dāng)按下測(cè)本底鍵后，系統(tǒng)進(jìn)行本底噪聲測(cè)試，系統(tǒng)抽取經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾后的潔凈空氣進(jìn)行測(cè)試，1 min后完成測(cè)試，并將結(jié)果存入內(nèi)存，供以后計(jì)算使用。按測(cè)前級(jí)鍵后，系統(tǒng)將抽取未經(jīng)過(guò)濾的空氣進(jìn)行測(cè)試，并即時(shí)顯示測(cè)試結(jié)果。按測(cè)后級(jí)鍵后，系統(tǒng)將抽取已經(jīng)過(guò)濾的空氣進(jìn)行測(cè)試，微處理器將測(cè)試所得的數(shù)據(jù)用式（2）進(jìn)行計(jì)算，并將過(guò)濾效率顯示。當(dāng)過(guò)濾效率達(dá)不到設(shè)置的數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)將通過(guò)蜂鳴器報(bào)警提示。

3 軟件設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)使用的軟件使用模塊化設(shè)計(jì)，軟件模塊主要分為初始化模塊、鍵處理模塊、顯示模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和測(cè)量模塊等。系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，微處理器處理的是隨機(jī)信號(hào)，干擾信號(hào)可被測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理。采取抗干擾措施，測(cè)試系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)中加強(qiáng)抗干擾設(shè)計(jì)外，還在各程序模塊中融入相應(yīng)的抗干擾措施。如顯示模塊中采用重復(fù)刷新技術(shù)，避免了顯示錯(cuò)誤信息。數(shù)據(jù)處理模塊中采用滑動(dòng)平均濾波法處理數(shù)據(jù)。圖5中(a)~(c)分別表示A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)模塊、后級(jí)測(cè)量模塊和顯示模塊的程序流程圖。

4 結(jié) 語(yǔ)

以上介紹的過(guò)濾器效率測(cè)試系統(tǒng)具有成本低、精度高、測(cè)試準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，給潔凈車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)檢查過(guò)濾器的過(guò)濾效率帶來(lái)極大的方便，同時(shí)該測(cè)試系統(tǒng)還可供過(guò)濾器生產(chǎn)廠家使用，用于過(guò)濾器效率測(cè)試。該測(cè)試系統(tǒng)經(jīng)蘇州華達(dá)儀器設(shè)備有限公司使用，測(cè)試效果優(yōu)良。

參 考 文 獻(xiàn)[HJ*2]

［1］中華人民共和國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部.潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范[S].GB50073-2001.2001.

［2］張春明.100級(jí)潔凈洗衣房的潔凈空調(diào)設(shè)計(jì)[J].潔凈與空調(diào)技術(shù)，2002(4):65-68.

［3］馮樹(shù)根.生物安全實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)高效過(guò)濾器檢漏方法探討[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2006(2):92-93.

［4］張麗，劉春梅.潔凈區(qū)高效過(guò)濾器檢漏測(cè)試[J].黑龍江醫(yī)藥，2006，19(2):111-112.

［5］趙擇卿，陸大年，楊定超.光散射技術(shù)[M].北京：紡織工業(yè)出版社，1989.

［6］陳景賢，陳志生.基于AT89S52與PIC16F877A的在線編程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30(13):154-156.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。