[發明專利]一種基于顆粒物飛行時間的大氣顆粒物質量濃度反演方法

有效

• 申請號: 201310139285.2
• 申請日: 2013-04-21
• 公開（公告）號: CN103234882A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 桂華僑;李德平;劉建國;程寅;王杰;陸亦懷;伍德俠
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06;G01N15/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;賈玉忠

1.一種基于顆粒物飛行時間的大氣顆粒物質量濃度反演方法，其特征在于實現步驟如下：

（1）通過空氣動力學粒徑譜儀測量得到的數據信息，根據動量守恒定律、空氣動力學和流體力學原理得出粒子飛行速度與單個粒子的質量的關系式，公式如下：

dmd=kC1+C2v+C3ln(1-C4v)---(1)]]>

式中，C₁為系統誤差修正系數，C₂為顆粒物飛行速度修正系數，C₃為氣體的速度，C₄為氣體速度的修正系數，L為速度測量點與噴口距離,Z為顆粒物遷移率，v為顆粒物的飛行速度，dm_d是某一粒徑單個顆粒物的質量；得出某一粒徑單個顆粒物的質量根這一粒徑顆粒物的數目經累加計算出這一粒徑顆粒物的總質量；

（2）根據顆粒物的粒徑和數濃度信息，計算出某一粒徑顆粒物的總質量，計算公式如下：

md=Σi=0Ndmd---(2)]]>

式中，N是顆粒物粒徑為d的顆粒物總數，dm_d是顆粒物粒徑為d對應單個顆粒物的質量，m_d是粒徑為d所對應顆粒物的總質量；得出某一粒徑顆粒物的總質量后，根據粒徑的范圍計算出所有粒徑對應的顆粒物總質量，把所有粒徑對應顆粒物總質量相加得出粒徑范圍內的顆粒物總質量，最后根據采用的流量和時間得出所測顆粒物的質量濃度；

（3）由所測得的大氣顆粒物粒徑范圍，根據采樣的流量和采樣時間計算出大氣顆粒物的質量濃度，計算公式如下：

PM=Σd=0DmdL·t---(3)]]>

式中，D是所測得的大氣顆粒物中最大粒徑，L是采樣流量，t是采樣時間，PM是大氣顆粒物的質量濃度。

2.根據權利要求書1所述的一種基于顆粒物飛行時間的大氣顆粒物質量濃度反演方法，其特征在于：所述步驟（1）的系統標定系數方法如下：

（11）用標準氣溶膠粒子發生器產生標準顆粒物，標準氣溶膠粒子發生器的小孔選擇20μm，利用DOP溶液產生20組不同溶液濃度的標準顆粒物；

（12）利用空氣動力學粒徑譜儀測量出步驟（11）所述得到的20組不同溶液濃度的標準顆粒物的飛行時間，由飛行時間計算出飛行速度，計算出步驟（11）中所述得到的20組不同溶液濃度的標準顆粒物的質量，粒子質量由下式計算：

mp=π6·Dd3·ρ---(4)]]>

式中，ρ是DOP的粒子質量密度；D_d是液滴直徑；

（13）把步驟（12）中所述得到的20組不同溶液濃度下產生的標準顆粒物的質量和飛行速度進行擬合，采用5次多項式擬合：

y＝A+B₁x¹+B₂x²+B₃x³+B₄x⁴+B₅x⁵??????????（5）

其中，y是單個顆粒物的質量的倒數，x是顆粒物的飛行時間，A、B₁、B₂、B₃、B₄、B₅是5次多項式擬合參數，采用最小二乘法進行線性擬合后得到參數A、B₁、B₂、B₃、B₄、B₅，并給出對應的擬合曲線，把公式（1）的對數部分按泰勒公式展開，根據擬合出來的參數最終確定公式（1）中C₁、C₂、C₃、C₄、k參數；公式（1）的對數部分按泰勒公式展開公式如下：

1dmp=C1+C2v+C3ln(1-C4v)k]]>

=C1k+C2vk+C3k(-C4v-C42v2-]]>

C43v3-C44v4-C45v5......)]]>

=C1k+C2-C3C4kv-C3C42kv2----(6)]]>

C3C43kv3-C3C45kv5......]]>

式中：dm_d是某一粒徑單個粒子的質量，v為顆粒物的飛行速度，C₁為系統誤差修正系數，C₂為顆粒物飛行速度修正系數，C₃為氣體的速度，C₄為氣體速度的修正系數，L為速度測量點與噴口距離,Z為顆粒物遷移率。