專利名稱：：對多種介質(zhì)的濃度進(jìn)行測量的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及光學(xué)測量領(lǐng)域，尤其涉及一種對多種介質(zhì)的濃度進(jìn)行測量的方法和裝置。
背景技術(shù)：
：在礦井環(huán)境中，粉塵的危害性很大，會(huì)誘發(fā)塵肺病，同時(shí)煤塵可導(dǎo)致燃燒和爆炸。并且，在礦井中，粉塵和瓦斯、二氧化碳等有害、易燃?xì)怏w同時(shí)混合于空氣中，會(huì)降低粉塵和氣體各自的爆炸極限。因此，對礦井中的粉塵和氣體的濃度進(jìn)行測量對礦井的安全生產(chǎn)至關(guān)重要。對氣體的濃度進(jìn)行測量在環(huán)境保護(hù)、防火防爆和故障檢測等方面也非常重要。現(xiàn)有技術(shù)中的第一種對粉塵的濃度進(jìn)行測量的方法為取樣測量法。從待測區(qū)域中抽出部分具有代表性的一定體積的含塵氣樣，對該含塵氣樣進(jìn)行過濾處理，獲取該含塵氣樣中包含的塵粒。根據(jù)過濾后塵粒的質(zhì)量，以及含塵氣樣的體積，計(jì)算出待測區(qū)域中的氣體中的粉塵濃度。經(jīng)進(jìn)一步分析檢測后可得塵粒的粒徑分布、物理化學(xué)性質(zhì)等。上述現(xiàn)有技術(shù)中的第一種對粉塵的濃度進(jìn)行測量的方法的缺點(diǎn)為對采樣操作要求高，需要做到等速采樣，并且保證含塵氣樣在輸送過程中盡可能減少損失。由于采樣法為點(diǎn)測量，每次只能采集某一點(diǎn)處的氣樣，因此為了獲得整個(gè)含塵區(qū)域中粉塵濃度的平均濃度值，就需要采用在多點(diǎn)處進(jìn)行測量。從而導(dǎo)致測量過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，自動(dòng)化程度低，很難實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，這樣無疑會(huì)大大增加測量工作量?，F(xiàn)有技術(shù)中的第二種對粉塵的濃度進(jìn)行測量的方法為光吸收法和光散射法。光波經(jīng)過待測區(qū)域中的含有粉塵的空氣后，會(huì)發(fā)生衰減。光波衰減的原因有兩個(gè)粉塵對光的吸收和散射。光吸收法的測量原理為粉塵對光波的吸收作用遵循Lambert-Beer定律，透過粉塵的光強(qiáng)與入射光強(qiáng)的關(guān)系為二7/wexp(-"c丄)(公式i)上述公式1中的^^為透射光強(qiáng)，7^為入射光強(qiáng)，c為粉塵濃度，丄為光波與粉塵相互作用的光程。"為粉塵的衰減系數(shù)，由粉塵對光的吸收和散射作用共同決定。"只與光波的波長和粉塵的性質(zhì)有關(guān)，如粉塵顆粒的粒徑、折射率等，與粉塵的濃度無關(guān)。在a和丄確定的情況下，通過測量入射光強(qiáng)和透射光強(qiáng)可以得到粉塵濃度。光散射法的測量原理為粉塵對光波的散射作用與入射光的波長、粉塵顆粒的粒徑大小及其粒徑分布有關(guān)。當(dāng)粉塵顆粒的大小與波長的比值不同時(shí)，分別發(fā)生瑞利散射、米散射或衍射。利用在不同光學(xué)現(xiàn)象下散射光強(qiáng)與粉塵濃度之間的關(guān)系，通過測量散射光強(qiáng)就可以測算出粉塵濃度。而測量散射光強(qiáng)需要先獲取粉塵粒徑信息。上述現(xiàn)有技術(shù)中的第二種對粉塵的濃度進(jìn)行測量的方法的缺點(diǎn)為利用光吸收法所測量出的粉塵濃度是待測區(qū)域中的各種粒徑的粉塵的總的濃度，該方法不能測量出待測區(qū)域中的不同粒徑范圍的粉塵所分別對應(yīng)的濃度，不能測量出待測區(qū)域中和粉塵同時(shí)存在的有害氣體的濃度。在利用光散射法進(jìn)行測量時(shí)，需要先獲取粉塵粒徑信息，實(shí)現(xiàn)起來比較困難。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明實(shí)施例提供了一種對多種介質(zhì)的濃度進(jìn)行測量的方法和裝置，可以解決現(xiàn)有測量方法實(shí)現(xiàn)困難、測量結(jié)果的準(zhǔn)確度和精確度不高的問題。本發(fā)明實(shí)施例是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種對多種介質(zhì)的濃度進(jìn)行測量的方法，確定待測量區(qū)域中的需要測量濃度的多種介質(zhì)，所述方法具體包括獲取具有不同波長的多個(gè)測量光波在所述待測量區(qū)域中的入射光強(qiáng)和透射光強(qiáng)，并且，獲取所述多種介質(zhì)分別在每個(gè)所述測量波長下的衰減系數(shù)；根據(jù)所述獲取的入射光強(qiáng)、透射光強(qiáng)和衰減系數(shù)信息，同時(shí)計(jì)算出所述多種介質(zhì)分別在所述待測量區(qū)域中的濃度。一種對多種介質(zhì)的濃度進(jìn)行測量的裝置，包括介質(zhì)確定模塊，用于確定待測量區(qū)域中的需要測量濃度的多種介質(zhì)；光強(qiáng)信息獲取模塊，用于將具有不同波長的多種測量光波透過所述待測量區(qū)域中，獲取每個(gè)測量光波在所述待測量區(qū)域中的入射光強(qiáng)和透射光強(qiáng)；介質(zhì)濃度計(jì)算模塊，用于根據(jù)光強(qiáng)信息獲取模塊所獲取的每個(gè)測量波長對應(yīng)的入射光強(qiáng)、透射光強(qiáng)，以及每種介質(zhì)在每個(gè)測量波長下的衰減系數(shù)和透射光波在所述待測量區(qū)域中的有效作用光程，通過設(shè)定的計(jì)算方法，同時(shí)計(jì)算出每種介質(zhì)分別在所述待測量區(qū)域中的濃度。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例通過將不同粒徑范圍的粉塵和不同種類的有害氣體分別作為不同的介質(zhì)，可以對礦井等工業(yè)場所中的不同粒徑范圍的多種粉塵和多種有害、易燃?xì)怏w同時(shí)進(jìn)行濃度測量，并且，測量過程自動(dòng)化程度高，容易實(shí)現(xiàn)。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的對多種介質(zhì)的濃度進(jìn)行測量的方法的處理流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的對多種介質(zhì)的濃度進(jìn)行測量的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；應(yīng)用實(shí)例示意圖；圖4為本實(shí)施例提供的開放式氣室的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式在本發(fā)明實(shí)施例中，將待測量區(qū)域中的粉塵的粒徑劃分為多種粒徑范圍，將每種粒徑范圍的粉塵確定為一種介質(zhì)。同時(shí)，將待測量區(qū)域中的需要測量濃度的每種氣體也確定為一種介質(zhì)。獲取具有不同波長的多個(gè)測量光波在所述待測量區(qū)域中的入射光強(qiáng)和透射光強(qiáng)，并且，獲取所述多種介質(zhì)分別在每個(gè)所述測量光波下的衰減系數(shù)；根據(jù)所述獲取的入射光強(qiáng)、透射光強(qiáng)和衰減系數(shù)信息，同時(shí)計(jì)算出所述多種介質(zhì)分別在所述待測量區(qū)域中的濃度。1所示，包括如下步驟步驟11、將待測量區(qū)域中的粉塵按照不同粒徑范圍進(jìn)行分類，并獲取待測量區(qū)域中有害氣體的種類信息。確定待測量區(qū)域中的粉塵的若千典型粒徑，該典型粒徑的確定原則可以為依據(jù)不同粒徑范圍的粉塵對人體的危害程度。根據(jù)上述典型粒徑將待測量區(qū)域中的粉塵的粒徑劃分為不同的范圍。比如，粉塵的粒徑的總的范圍一般為0.1-1000|jm，呼吸性粉塵的典型粒徑一般為2.2|jm、5Mm、7.07pm。由于呼吸性粉塵測量的重要性，可根據(jù)上述呼吸性粉塵的典型粒徑對粉塵分類。于是，可以將待測量區(qū)域中的粉塵的粒徑劃分為0.1-2jum、2-5jam、5-10jum和10-1000pm共4個(gè)范圍。也就是說，將待測量區(qū)域中的粉塵劃分為分別具有不同的粒徑范圍的4個(gè)種類的粉塵。如果待測量區(qū)域中還存在需要測量的有害氣體，則還需要確定該有害氣體的種類。比如，有害氣體為曱烷、二氧化碳兩種。步驟12、將不同粒徑范圍的粉塵和不同種類的有害氣體分別作為不同的介質(zhì)，獲取每個(gè)測量波長下的每種介質(zhì)的衰減系數(shù)。為了能夠同時(shí)測量出上述具有不同粒徑范圍的粉塵，以及各種有害氣體的濃度，本發(fā)明實(shí)施例將每個(gè)粒徑范圍的粉塵、每種有害氣體分別作為一種介質(zhì)，將上述待測量區(qū)域看成是包含多種介質(zhì)的區(qū)域。在各種介質(zhì)之間沒有相互作用的情況下，當(dāng)光波透過上述待測量區(qū)域時(shí)，上述待測量區(qū)域?qū)獠ǖ目偽舛鹊扔诟鱾€(gè)介質(zhì)的吸光度之和。以上述依據(jù)呼吸性粉塵的典型粒徑對粉塵分類為例，可以將待測量區(qū)域中介質(zhì)劃分為如表1所示的6種介質(zhì)。表1:粉塵、氣體介質(zhì)區(qū)分情況介質(zhì)粒徑范圍均勻中位徑10.1-2"m1ym22-5tim2.5um35-10um7.5um410-1000ym500Pm介質(zhì)氣體種類5CH46co2依據(jù)待測量區(qū)域中介質(zhì)的劃分情況，選取適當(dāng)?shù)臏y量光波的工作波長。工作波長的個(gè)數(shù)應(yīng)該大于或等于上述介質(zhì)的種類數(shù)，比如，有6種介質(zhì)，就可以選擇6個(gè)工作波長。在光源波長范圍內(nèi)工作波長的間隔應(yīng)該盡量大。在選擇了工作波長后，需要確定在每個(gè)工作波長下，每種介質(zhì)的衰減系數(shù)。介質(zhì)的衰減系數(shù)只與光波的波長和介質(zhì)的性質(zhì)(如粒徑、折射率等)有關(guān)，與介質(zhì)的濃度無關(guān)。每種介質(zhì)在不同的波長下，將發(fā)生不同的光學(xué)作用，以上述表1所示的6種介質(zhì)為例，在不同的工作波長下發(fā)生不同的光學(xué)作用如下述表2所示表2、不同種類介質(zhì)與光波的作用<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>根據(jù)每種介質(zhì)在不同的波長下所發(fā)生的光學(xué)作用，通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定、經(jīng)驗(yàn)公式、理論計(jì)算、自學(xué)習(xí)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等方法，可以獲取每種介質(zhì)在每個(gè)工作波長下的衰減系數(shù)。1、實(shí)—驗(yàn)標(biāo)定。利用已知濃度和分散度的粉塵進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)。在測量方程中，將不同粒徑對應(yīng)的濃度作為系數(shù)，求解出各介質(zhì)對應(yīng)的衰減系數(shù)。實(shí)驗(yàn)標(biāo)定用的粉塵需要通過傳統(tǒng)采樣方式標(biāo)定其分散度和濃度，實(shí)時(shí)性較差，影響標(biāo)定的精度。2、經(jīng)驗(yàn)公式。考慮到實(shí)際情況的復(fù)雜性，可以通過對原始數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)得到衰減系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式。衰減系數(shù)因物質(zhì)的密度、雙折射率及粒徑分布的不同而存在差異，其中以粒徑分布的影響最大。所以需主要考慮粉塵粒徑分布的統(tǒng)計(jì)特性，粉塵粒徑的分布通常有以下四種正態(tài)分布，對數(shù)正態(tài)分布，上限對數(shù)正態(tài)分布和羅森-拉姆勒(RosinRammar)分布。設(shè)粉塵中位徑為"so,即粉塵累計(jì)質(zhì)量占總質(zhì)量50。/。處的粉塵粒徑。在Rosin分布條件下，粉塵的衰減系數(shù)與中位徑呈明顯的規(guī)律性。中位徑越小，粉塵粒子越細(xì)，粉塵的衰減系數(shù)越大，它們之間近似成反比關(guān)系。以氣煤和無煙煤粉塵為例，通過數(shù)學(xué)回歸的方法，可以得到這兩種粉塵的衰減系數(shù)與中位徑之間的經(jīng)驗(yàn)公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(氣煤)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(無煙煤)3、理論計(jì)算?；赗ayleigh散射、Mie散射和經(jīng)典衍射理論，精確計(jì)算出散射系數(shù)、吸收系數(shù)和消光系數(shù)，最后得到衰減系數(shù)。4、引入具有自學(xué)習(xí)功能的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。在惡劣條件下，衰減系數(shù)隨氣壓、濕度、溫度等因素會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化，使得光強(qiáng)衰減與介質(zhì)濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系可能偏離Lambert-Beer定律，從而影響測量精度。通常的解決辦法是采用恒溫裝置及環(huán)境溫度補(bǔ)償措施，這樣會(huì)增加儀器的體積、質(zhì)量、復(fù)雜性和硬件成本，同時(shí)也降低了可靠性。在系統(tǒng)的信號處理部分引入自學(xué)習(xí)功能的人工神經(jīng)算法，改善傳統(tǒng)的Lambert-Beer定律的數(shù)學(xué)模型，可以提高測量精度。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)、泛化功能，能以任意精度進(jìn)行非線性映射，并無需建立數(shù)學(xué)模型，因此特別適用于解決復(fù)雜的、非線性函數(shù)問題。在傳感器的數(shù)學(xué)建模中引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其作用是將傳感器的輸出信號和工作環(huán)境溫度等參數(shù)(輸入)與待測介質(zhì)的濃度(輸出)——對應(yīng)。通過樣本學(xué)習(xí)和訓(xùn)練優(yōu)化衰減系數(shù)的準(zhǔn)確性，處理軟件按照所建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以由傳感器的輸出信號和工作環(huán)境溫度等參數(shù)給出與其對應(yīng)的待測介質(zhì)濃度。步驟13、根據(jù)每個(gè)工作波長的光波在待測量區(qū)域中的入射光強(qiáng)和透射光強(qiáng)，以及每種介質(zhì)的衰減系數(shù)，同時(shí)計(jì)算出每種介質(zhì)的濃度。當(dāng)測量光波發(fā)射到上述待測量區(qū)域時(shí)，一部分光波將被上述待測量區(qū)域中的各種介質(zhì)散射，偏離入射時(shí)的傳播方向；另一部分光波將被各種介質(zhì)吸收；其余的光波將沿著入射時(shí)的傳播方向透射過待測量區(qū)域。本發(fā)明實(shí)施例測量每個(gè)工作波長的測量光波在待測量區(qū)域中的入射光強(qiáng)和透射光強(qiáng)，再根據(jù)每種介質(zhì)在每個(gè)工作波長下的衰減系數(shù)，依據(jù)Lambert-Beer定律，同時(shí)計(jì)算出上述待測量區(qū)域中的各種介質(zhì)的濃度。比如，測量出工作波長為不的光波在上述待測量區(qū)域中的入射光強(qiáng)為/Wl,透射光強(qiáng)為/，.,，各種介質(zhì)的在^下的哀減系數(shù)為orM,a12，......;測量出工作波長為^的光波在上述待測量區(qū)域中的入射光強(qiáng)為/,A,2，透射光強(qiáng)為/。[/7,,各種介質(zhì)的在^下的衰減系數(shù)為測量出工作波長為的光波在上述待測量區(qū)域中的入射光強(qiáng)為/,N，透射光強(qiáng)為/。，各種介質(zhì)的在疋下的衰減系數(shù)為《nl,2，……每一個(gè)工作波長的光波通過上述待測量區(qū)域時(shí)，依次上述待測量區(qū)域中各種介質(zhì)發(fā)生消光作用。當(dāng)各個(gè)介質(zhì)之間不發(fā)生相互作用時(shí)，每種介質(zhì)對光的衰減作用是相互獨(dú)立的。依據(jù)Lambert-Beer定律，上述測量出每個(gè)工作波長的入射光強(qiáng)和透射光強(qiáng)，以及每種介質(zhì)在每個(gè)工作波長下的衰減系數(shù)，可以組成如下的方程式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>其中，是第i個(gè)波長的光波對第j種介質(zhì)的衰減系數(shù)，L為透射光波在上述待測量區(qū)域中的有效作用光程。上述公式2經(jīng)過化簡，可得到<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>當(dāng)光程L以及衰減系數(shù)Ai，......"朋確定后，通過測量入射和透射光強(qiáng)，建立以上7〉式3所示的方程組，并且解該方程組，可同時(shí)計(jì)算出各種質(zhì)的濃度q，^…，、在計(jì)算出了各種粒徑范圍的粉塵的濃度后，通過計(jì)算各種粒徑范圍的粉塵的濃度的之比，可以得到不同粒徑范圍的粉塵的分布情況，即得到粉塵分散度。本發(fā)明實(shí)施例提供的對多種介質(zhì)的濃度進(jìn)行測量的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，包括如下模塊介質(zhì)確定模塊，用于確定待測量區(qū)域中的需要測量濃度的多種介質(zhì)。包括粉塵介質(zhì)確定模塊和氣體介質(zhì)確定模塊。光強(qiáng)信息獲取模塊，用于將具有不同波長的多種測量光波透過所述待測量區(qū)域中，獲取每個(gè)測量光波在所述待測量區(qū)域中的入射光強(qiáng)和透射光強(qiáng)。介質(zhì)濃度計(jì)算模塊，用于根據(jù)光強(qiáng)信息獲取模塊所獲取的每個(gè)測量波長對應(yīng)的入射光強(qiáng)、透射光強(qiáng)，以及每種介質(zhì)在每個(gè)測量波長下的衰減系數(shù)和透射光波在所述待測量區(qū)域中的有效作用光程，通過設(shè)定的計(jì)算方法，同時(shí)計(jì)算出每種介質(zhì)分別在所述待測量區(qū)域中的濃度。包括有效作用光程獲取模塊和衰減系數(shù)獲取模塊。上述介質(zhì)劃分模塊中的粉塵介質(zhì)確定模塊，用于確定待測量區(qū)域中的需要測量濃度的粉塵的典型粒徑，根據(jù)該典型粒徑將所述粉塵劃分為多種粒徑范圍，將每種粒徑范圍的粉塵確定為一種介質(zhì)；上述介質(zhì)劃分模塊中的氣體介質(zhì)確定模塊，用于確定待測量區(qū)域中的需要測量濃度的氣體的種類，將每種氣體確定為一種介質(zhì)。上述介質(zhì)濃度計(jì)算模塊中的有效作用光程獲取模塊，用于獲取每個(gè)透射光波在所述待測量區(qū)域中與介質(zhì)發(fā)生作用的光程；上述介質(zhì)濃度計(jì)算模塊中的衰減系數(shù)獲取模塊，用于確定每種介質(zhì)在每個(gè)測量波長下所發(fā)生的光學(xué)作用，根據(jù)該光學(xué)作用和每種介質(zhì)的性質(zhì)，獲取每種介質(zhì)在每個(gè)測量波長下的衰減系數(shù)。應(yīng)用實(shí)例如圖3所示，該應(yīng)用實(shí)例的主要工作過程如下單片機(jī)發(fā)送一定頻率的調(diào)制信號給光源驅(qū)動(dòng)電路，光源驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)該調(diào)制信號去控制紅外寬譜光源發(fā)出測量光波。紅外光源發(fā)出的平行測量光波以一定角度入射到開放式氣室，經(jīng)過開放式氣室中的各種介質(zhì)，比如具有不同粒徑范圍的不同種類的粉塵，以及各種有害氣體。測量光波與氣室中兩平行腔片發(fā)生多次反射后，透射出來的光波被帶有濾光片的紅外探測器接收。紅外探測器將4企測到的透射光強(qiáng)轉(zhuǎn)化為微弱電信號，輸出給高精密的前置放大電路進(jìn)行適當(dāng)放大，再經(jīng)低通的放大濾波電路濾除掉高頻部分，得到的低頻電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，得到數(shù)字化的透射光強(qiáng)的強(qiáng)度信息，該強(qiáng)度信息被送入到單片機(jī)中。在單片機(jī)中存儲(chǔ)每個(gè)工作波長的測量光波進(jìn)入上述開放式氣室的入射光強(qiáng)和透過上述開放式氣室的透射光強(qiáng)，以及上述開放式氣室中的每種介質(zhì)在每個(gè)工作波長下的衰減系數(shù)與有效作用光程。然后，單片機(jī)根據(jù)上述公式2、公式3計(jì)算出上述開放式氣室中的各種介質(zhì)的濃度。鑒于單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力有限，可將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行處理。此外，還可以根據(jù)需要在單片機(jī)的其他接口上加入一些外設(shè)，如數(shù)字顯示、鍵盤輸入、報(bào)警等模塊，組成完整的礦井用粉塵、氣體分析儀。上述應(yīng)用實(shí)例中主要包括如下單元1、紅外光源。光源的選擇主要考慮粉塵顆粒及氣體的吸收光譜所對應(yīng)的吸收中心波長。在計(jì)算濃度時(shí)，光源的波長是非常重要的參數(shù)之一，它決定單位粉塵濃度的衰減系數(shù)和氣體的吸收系數(shù)。本實(shí)施例所采用紅外光源的工作波長范圍是可見光到4.4pm,滿足所要測量的氣體的吸收波長。為了得到平行測量光波，可以在光源后面添加拋物面反射鏡，將光源;改在拋物面的焦點(diǎn)處。本實(shí)施例對光源不采用機(jī)械調(diào)制，而采用電調(diào)制。電調(diào)制調(diào)制頻率穩(wěn)定，無需機(jī)械調(diào)制盤、電機(jī)等部件，可以筒化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度，有利于系統(tǒng)的便攜式設(shè)計(jì)和小型化。2、開放式氣室。本實(shí)施例提供的開放式氣室的結(jié)構(gòu)如圖4所示。采用開放式外腔面鍍以高反射膜的吸收池作為氣室。吸收池用石英玻璃做腔片，兩腔片平行放置，在腔片的外表面鍍高反膜。在合理設(shè)計(jì)吸收池結(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下，可以不考慮界面的反射對測量結(jié)果的影響。光源發(fā)出的平行光以一定角度入射到氣室中，經(jīng)多次反射后射出，增加了有效吸收光程，提高了測量靈敏度。3、紅外探測器。紅外探測器的測量精度很大程度決定了介質(zhì)濃度的測量結(jié)果的精度。由于紅外光的熱效應(yīng)，對于中紅外區(qū)的測量可采用熱電堆探測器。本實(shí)施例所采用的探測器有不同的窗口，每個(gè)窗口配以不同波長的濾光片。4、數(shù)據(jù)采集與處理單元。包括前置放大電路、放大濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)和一些外設(shè)設(shè)備。前置放大電路，用于將紅外探測器輸出的微弱電信號進(jìn)行放大后，輸出纟會(huì)》文大濾波電i各。放大濾波電路，用于將前置放大電路輸出的電信號濾除掉高頻部分，得到的低頻電信號，并輸出給A/D轉(zhuǎn)換電路。A/D轉(zhuǎn)換電路，用于將放大濾波電路輸出的低頻電信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字化的透射光強(qiáng)的強(qiáng)度信息，并輸出給單片機(jī)。單片機(jī)，用于輸出調(diào)制信號控制紅外光源輸出測量光波。存儲(chǔ)每個(gè)工作波長的測量光波進(jìn)入上述開放式氣室的入射光強(qiáng)和透過上述開放式氣室的透射光強(qiáng)，以及上述開放式氣室中的每種介質(zhì)在每個(gè)工作波長下的衰減系數(shù)與有效作用光程。根據(jù)上述公式2、公式3計(jì)算出上述開放式氣室中的各種介質(zhì)的濃度。綜上所述，利用本發(fā)明實(shí)施例所述方法和裝置，可以對礦井等工業(yè)場所中的不同粒徑范圍的多種粉塵和多種有害、易燃?xì)怏w同時(shí)進(jìn)行濃度測量，并且，測量過程自動(dòng)化程度高，容易實(shí)現(xiàn)。對粉塵和氣體的同步測量可以消除在測量過程中粉塵和氣體濃度的相互影響，從而可以得到比較高的測量精度。由于不同粒徑范圍的粉塵對人體的危害是不同，本發(fā)明實(shí)施例獲取的不同粒徑范圍的多種粉塵分別對應(yīng)的濃度信息是很有實(shí)際意義的。粉塵和氣體的光學(xué)測量方法具有傳感結(jié)構(gòu)本質(zhì)安全、靈敏度高、響應(yīng)速度快和硬件成本低等諸多特點(diǎn)。本發(fā)明能夠?qū)I(yè)環(huán)境中的粉塵和氣體濃度進(jìn)行同時(shí)在線測量，可迅速得到測量結(jié)果，并顯示濃度或采取超標(biāo)報(bào)警等安全措施，可有效減少礦井瓦斯爆炸等事故，預(yù)防工人的塵肺病等，對保障煤礦安全生產(chǎn)和工人的生命安全具有重要的實(shí)際意義。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。權(quán)利要求1、一種對多種介質(zhì)的濃度進(jìn)行測量的方法，其特征在于，確定待測量區(qū)域中的需要測量濃度的多種介質(zhì)，所述方法具體包括獲取具有不同波長的多個(gè)測量光波在所述待測量區(qū)域中的入射光強(qiáng)和透射光強(qiáng)，并且，獲取所述多種介質(zhì)分別在每個(gè)所述測量波長下的光強(qiáng)衰減系數(shù)；根據(jù)所述獲取的入射光強(qiáng)、透射光強(qiáng)和衰減系數(shù)信息，同時(shí)計(jì)算出所述多種介質(zhì)分別在所述待測量區(qū)域中的濃度。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多種介質(zhì)包括多種具有不同粒徑范圍的粉塵；或，至少一種已知粒徑范圍的粉塵和至少一種氣體；或，多種氣體。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定待測量區(qū)域中的需要測量濃度的多種介質(zhì)，具體包括確定待測量區(qū)域中的需要測量濃度的粉塵的典型粒徑，根據(jù)該典型粒徑將所述粉塵的粒徑劃分為多種粒徑范圍，將每種粒徑范圍的粉塵確定為一種介質(zhì)；確定待測量區(qū)域中的需要測量濃度的氣體的種類，將每種氣體確定為一種介質(zhì)。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取所述多種介質(zhì)分別在每個(gè)所述測量波長下的衰減系數(shù)，具體包括確定每種介質(zhì)在每個(gè)測量光波下所發(fā)生的光學(xué)作用，根據(jù)該光學(xué)作用和每種介質(zhì)的性質(zhì)，獲取每種介質(zhì)在每個(gè)測量波長下的衰減系數(shù)。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測量光波的數(shù)量不小于所述多種介質(zhì)的種類。6、根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述獲取的入射光強(qiáng)、透射光強(qiáng)和衰減系數(shù)信息，同時(shí)計(jì)算出所述多種介質(zhì)在所述待測量區(qū)域中的濃度，具體包括獲取測量光波在所述待測量區(qū)域中的有效作用光程，確定測量光波在所述待測量區(qū)域中的衰減為每種介質(zhì)導(dǎo)致該測量光波的衰減總和；根據(jù)所述有效作用光程，以及每個(gè)測量光波對應(yīng)的入射光強(qiáng)、透射光強(qiáng)和每種介質(zhì)在每個(gè)測量波長下的衰減系數(shù)，通過設(shè)定的計(jì)算方法，同時(shí)計(jì)算出每種介質(zhì)分別在所述待測量區(qū)域中的濃度。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述設(shè)定的計(jì)算方法，具體包括<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>所述/皿，/W2，/，；分別為第1、2、m和n個(gè)測量光波進(jìn)入所述待測量區(qū)域的入射強(qiáng)度，所述/。w，/。OT2，/。，，/。，分別為第1、2、m和n個(gè)測量光波射出所述待測量區(qū)域后的透射強(qiáng)度；所述^,&,為第1個(gè)測量波長下第1，2,n種介質(zhì)的衰減系數(shù)，所述21，《22,2為第2個(gè)測量波長下第1，2,n種介質(zhì)的衰減系數(shù)，所述c^，2,"為第m個(gè)測量波長下第1，2，n種介質(zhì)的衰減系數(shù)，所述^，《2,為第n個(gè)測量波長下第1，2，n種介質(zhì)的衰減系數(shù)；所述L為測量光波在所述待測量區(qū)域中的有效作用光程。8、一種對多種介質(zhì)的濃度進(jìn)行測量的裝置，其特征在于，包括介質(zhì)確定模塊，用于確定待測量區(qū)域中的需要測量濃度的多種介質(zhì)；光強(qiáng)信息獲取模塊，用于將具有不同波長的多種測量光波透過所述待測量區(qū)域中，獲取每個(gè)測量光波在所述待測量區(qū)域中的入射光強(qiáng)和透射光強(qiáng)；介質(zhì)濃度計(jì)算模塊，用于根據(jù)光強(qiáng)信息獲取模塊所獲取的每個(gè)測量波長對應(yīng)的入射光強(qiáng)、透射光強(qiáng)，以及每種介質(zhì)在每個(gè)測量波長下的衰減系數(shù)和透射光波在所述待測量區(qū)域中的有效作用光程，通過設(shè)定的計(jì)算方法，同時(shí)計(jì)算出每種介質(zhì)分別在所述待測量區(qū)域中的濃度。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的對多種介質(zhì)的濃度進(jìn)行測量的裝置，其特征在于，所述介質(zhì)劃分模塊包括粉塵介質(zhì)確定模塊，用于確定待測量區(qū)域中的需要測量濃度的粉塵的典型粒徑，根據(jù)該典型粒徑將所述粉塵劃分為多種粒徑范圍，將每種粒徑范圍的粉塵確定為一種介質(zhì)；氣體介質(zhì)確定模塊，用于確定待測量區(qū)域中的需要測量濃度的氣體的種類，將每種氣體確定為一種介質(zhì)。10、根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的對多種介質(zhì)的濃度進(jìn)行測量的裝置，其特征在于，所述介質(zhì)濃度計(jì)算模塊包括有效作用光程獲取模塊，用于獲取每個(gè)透射光波在所述待測量區(qū)域中與介質(zhì)發(fā)生作用的光程；衰減系數(shù)獲取模塊，用于確定每種介質(zhì)在每個(gè)測量波長下所發(fā)生的光學(xué)作用，根據(jù)該光學(xué)作用和每種介質(zhì)的性質(zhì)，獲取每種介質(zhì)在每個(gè)測量波長下的衰減系數(shù)。全文摘要本發(fā)明提供了一種對多種介質(zhì)的濃度進(jìn)行測量的方法。該方法主要包括確定待測量區(qū)域中需要測量濃度的多種介質(zhì)，獲取具有不同波長的多個(gè)測量光波在所述待測量區(qū)域中的入射光強(qiáng)和透射光強(qiáng)，并且，獲取所述多種介質(zhì)分別對應(yīng)于每個(gè)所述測量波長下的光強(qiáng)衰減系數(shù)；根據(jù)所述獲取的入射光強(qiáng)、透射光強(qiáng)和光強(qiáng)衰減系數(shù)信息，同時(shí)計(jì)算出所述多種介質(zhì)分別在所述待測量區(qū)域中的濃度。利用本發(fā)明，可以對礦井等工業(yè)場所中的不同粒徑范圍的多種粉塵和多種有害、易燃?xì)怏w同時(shí)進(jìn)行濃度測量，并且，測量過程自動(dòng)化程度高，容易實(shí)現(xiàn)。文檔編號G01N15/06GK101251475SQ20081010287公開日2008年8月27日申請日期2008年3月27日優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日發(fā)明者馮秀娟,晞張,張曦雯,李立京,生梁,許文淵申請人:北京航空航天大學(xué)