[發明專利]基于快速傅里葉變換的煙羽不透光度開路測量方法

無效

• 申請號: 201210080031.3
• 申請日: 2012-03-26
• 公開（公告）號: CN103364346A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 石鵬;杜可
• 申請（專利權）人: 中國科學院城市環境研究所
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及城市空氣質量監測與管理技術領域，特別是涉及一種基于快速傅里葉變換的煙羽不透光度開路測量方法。?

背景技術

煙羽不透光度指光穿過煙羽時被衰減的程度，不透光度直觀的反映了煙羽中顆粒物含量的多少，是評估煙羽污染程度的一個有效方法，已經被美國國家環保署列為一項參考指標¹。目前不透光度的檢測主要方法有肉眼觀測、數碼拍照法和透射儀觀測^1-3。其中透射儀觀測方法所用光源一般為LED、鹵鎢燈或激光等人工光源，測量方式均為開路式，光源發出的信號光束穿過待測揚塵煙羽區域后被探測器檢測接收，光束光強被削弱程度反映了煙羽的不透光度，透射儀觀測方法能實時在線、連續自動測量，且結果可靠，對同樣的煙羽，由透射儀得到的測量結果是衡量肉眼觀測和數碼拍照法測量結果可靠性的參照標準³。但是透射儀在開路觀測時，信號探測器除了接收到反映煙羽不透光度的信號光以外，一些環境雜散光也進入了探測器。在開路觀測時，來自太陽或人工光源的光被煙羽自身和周邊環境散射或漫反射后，總會有部分光沿著信號光束方向進入探測器，造成了雜散光。雜散光的存在降低了信噪比，影響了測量準確性，尤其是在觀測來自無組織排放的煙羽時，雜散光的影響更大。目前雜散光主要有兩種抑制方法，一種方法是將測量區域無煙羽時的測量值視為背景值，有煙羽通過時的測量值與背景值之差視為測量結果，這種處理方法一定程度上提高了信噪比，但并不能克服煙羽自身對光的散射造成的雜散光影響，尤其是白色煙羽，其對光的散射效應十分明顯。另一種方法是在探測器前端增加濾光片，過濾掉在光源波長范圍以外的光，從而達到抑制雜散光的目的，但由于透射儀所用光源波長范圍集中于可見和近紅外波段，雜散光尤其是太陽光的光譜波長范圍與透射儀工作波長范圍重疊，導致相當部分雜散光無法被過濾掉。?

參考文獻?

1、Method?9-Visual?Determination?of?the?Opacity?of?Emissions?from?Stationary?Sources;?Fed.Regist.1971,36,13624-13628；

2、??Reitze,?A.W.?Air?Pollution?Control?Law:?Compliance?and?Enforcement.?Environmental?Law?Institute:?Washington,?D.C,2001；

3、??McFarland?Michael?J.;?Olivas?Arthur?C.;?Atkins?Sally?G.?Fugitive?emissions?opacity?determination?using?the?digital?opacity?compliance?system?(DOCS);?JOURNAL?OF?THE?AIR?&?WASTE?MANAGEMENT?ASSOCIATION.?2007,?57,?1317-1325。

發明內容

本發明針對不透光度開路測量時的雜散光干擾問題，提供一種基于快速傅里葉變換技術不透光度開路測量方法，該方法可強有力的抑制雜散光，并且無需測量背景值或添加濾光片等部件，操作簡便、可靠性和適應性強，并且可以連續自動測量。?

本發明的目的通過以下技術方案予以實現。?

基于快速傅里葉變換技術不透光度開路測量方法，先將光源調制成一定頻率的脈沖光，調制方法是設計一個方波發生器電路，方波發生器由電阻R1、電阻R2、電容C和一片NE555集成電路塊組成，光源頻閃頻率由方波發生器控制。?

出射光穿過煙羽后被探測器接收。探測器將光信號轉換成電壓信號，再由采集卡對電壓信號進行采樣，采樣后的時域信號被傳入計算機，數據采集頻率為調制頻率的3-20倍之間，時域采樣信號每500ms為一個單元，每隔單元采樣點數為N點，每個單元進行快速傅里葉變換（FFT）處理后，對所得的頻域信號去除0HZ的基頻，因為在500ms內來自太陽的雜散光光強可視為不變，所以基頻信號代表了雜散光，去除基頻后再進行N點的逆傅里葉變換（IFFT）得到濾除雜散光后的時域電壓信號，逆傅里葉變換（IFFT）的參數均與傅里葉變換相同。這一處理過程（以下簡稱為FFT-IFFT）由基于Labview平臺的程序完成。分別在測量區域內無煙羽和有煙羽時采集信號，然后按照公式1計算可以得到煙羽不透光度信息，測量光路示意圖如附圖1中所示。?

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