專利名稱：一種多光譜后向散射式煙塵粒徑及濃度測量裝置及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境污染監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種基于多光譜后向散射式煙塵粒徑及濃度的同時測量裝置及其測量方法。
背景技術(shù)：
光與顆粒作用會產(chǎn)生散射現(xiàn)象。將探測器安裝在某一散射角處，獲得散射光強數(shù)據(jù)后，基于散射理論實現(xiàn)煙塵粒徑及濃度的反演。光散射法保留了濁度法中可實現(xiàn)對排放源的遠距離、長期連續(xù)測量的優(yōu)點。但是前向散射法和邊散射法的探測器與光源仍為分離放置，因此安裝復雜，要求角度精確；而目前常用的濁度法在煙塵濃度極低時，光強變化不 大；濃度極高時，光強衰減過大，從而信噪比大大降低，因此在上述情況下，效果較差；當煙塵組分發(fā)生變化時，測量結(jié)果也會出現(xiàn)偏差。光后向散射法的最大優(yōu)勢在于探測器與光源可集成在一起，無需角度調(diào)試；根據(jù)散射理論，后向散射法具有更高的靈敏度，這對于目前普遍采用多級除塵裝置后的低煙塵濃度情況下的測量具有十分重要的意義。根據(jù)Mie散射理論，在最簡單的情況下，若待測顆粒系為粒徑均為D的球形顆粒系，且顆粒之間滿足不相關(guān)單散射的條件，則Nd個粒徑為D的單分散系在波長為\時的后向散射光與入射光之間滿足相應的關(guān)系。在實際情況下，待測顆粒系大多不是單分散的顆粒系，而是具有一定粒徑分布范圍的多分散系。為了便于粒徑分布的反演，一般常采用體積分布f (D)代替數(shù)量分布，對于多分散系的粒徑分布反演，直接根據(jù)測量值反演粒徑是十分困難的，必須先將它離散化，即劃分成一系列的粒級S，它表示在[Dmin，Dmax]范圍內(nèi)粒徑的分檔數(shù)，用；^為子區(qū)間DVDp1]的中點。這樣，由于待求的粒徑分布有S個未知量，所以應采用多個波長同時進行測量，即構(gòu)成方程組Eu = Af，其中Eu為不同波段的后向散射測量值，A為包含瓦和的UXS階加權(quán)矩陣，f 為所求的系列離散粒級的分布。理論上只要已知列向量E，通過求解方程組即可確定粒徑分布f。但是，在光后向散射法粒徑分布求解過程中，系數(shù)矩陣A的條件數(shù)往往非常大，對方程組的直接求解常常得到一組非物理解。因此必須采用一種合適的反演方法來獲得待測顆粒系的粒徑分布。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于多光譜后向散射式煙塵粒徑及濃度的同時測量裝置及其測量方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的多光譜后向散射式煙塵粒徑及濃度測量裝置，由寬譜光源、由多芯光纖、照明光纖和讀出光纖組成的反射式光纖探頭、防塵玻璃、定期吹掃裝置、隔振裝置、分光器件、線陣CCD、信號采集及數(shù)據(jù)處理部分組成，其特征是寬譜光源發(fā)出的可見光，經(jīng)反射式光纖探頭中的照明光纖入射到煙道中，可見光經(jīng)煙道中煙塵散射后形成的散射光經(jīng)裝有定期吹掃裝置的防塵玻璃進入讀出光纖，通過分光器件分光，由線陣CCD獲得后向散射光的多光譜光強信息，由信號采集及數(shù)據(jù)處理部分進行建模、反演及監(jiān)測。反射式光纖探頭由多芯光纖嵌A6根照明光纖和I根讀出光纖構(gòu)成，6根照明光纖呈正六邊形均勻圍繞在讀出光纖周圍。寬譜光源為齒素燈白光光源。應用多光譜后向散射式煙塵粒徑及濃度測量裝置的測量方法，包括步驟如下(I)可見光經(jīng)煙道形成散射光；(2)讀出光纖獲得散射光，經(jīng)過分光器件分光，由線陣CCD獲得后向散射光的多光譜信息(3)線陣CCD獲得后向散射光的多光譜信息后，將粒徑分布函數(shù)f (D)離散化即劃分成一系列的粒級S，表示在[Dniin, DmaJ范圍內(nèi)粒徑的分檔數(shù)，Mie散射粒徑離散化公式
權(quán)利要求
1.一種多光譜后向散射式煙塵粒徑及濃度測量裝置，由寬譜光源、由多芯光纖、照明光纖和讀出光纖組成的反射式光纖探頭、防塵玻璃、定期吹掃裝置、隔振裝置、分光器件、線陣CCD、信號采集及數(shù)據(jù)處理部分組成，其特征是寬譜光源發(fā)出的可見光，經(jīng)反射式光纖探頭中的照明光纖入射到煙道中，可見光經(jīng)煙道中煙塵散射后形成的散射光經(jīng)裝有定期吹掃裝置的防塵玻璃進入讀出光纖，通過分光器件分光，由線陣CCD獲得后向散射光的多光譜光強信息，由信號采集及數(shù)據(jù)處理部分進行建模、反演及監(jiān)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多光譜后向散射式煙塵粒徑及濃度測量裝置，其特征是所述反射式光纖探頭由多芯光纖嵌入6根照明光纖和I根讀出光纖構(gòu)成，6根照明光纖呈正六邊形均勻圍繞在讀出光纖周圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多光譜后向散射式煙塵粒徑及濃度測量裝置，其特征是所述寬譜光源為鹵素燈白光光源。
4.應用權(quán)利要求I所述的多光譜后向散射式煙塵粒徑及濃度測量裝置的測量方法，其特征是包括步驟如下 (1)可見光經(jīng)煙道形成散射光； (2)米集后向散射光，分光后，獲取后向散射光的多光譜信息； (3)將粒徑分布函數(shù)f(D)離散化即劃分成一系列的粒級S，表示在[Dmin，DfflaJ范圍內(nèi)粒徑的分檔數(shù)，Mie散射粒徑離散化公式
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境污染監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種基于多光譜后向散射式煙塵粒徑及濃度的同時測量裝置及其測量方法。多光譜后向散射式煙塵粒徑及濃度測量裝置，由寬譜光源發(fā)出的可見光，經(jīng)反射式光纖探頭中的照明光纖入射到煙道中，可見光經(jīng)煙道中煙塵散射后形成的散射光經(jīng)裝有定期吹掃裝置的防塵玻璃進入讀出光纖，通過分光器件分光，由線陣CCD獲得后向散射光的多光譜光強信息，由信號采集及數(shù)據(jù)處理部分進行建模、反演及監(jiān)測。本發(fā)明探測器部分與光源可集成在一起，無需角度調(diào)試，根據(jù)散射理論，使測量裝置具有更高的靈敏度。該探測方法具有求解過程簡單、反演速度快以及反演結(jié)果穩(wěn)定等優(yōu)點。
文檔編號G01N15/00GK102636418SQ20121008145
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者孫偉民, 孫晶華, 邢鍵 申請人:哈爾濱工程大學