[發(fā)明專利]一種光散射式粒子計(jì)數(shù)器及其粒徑分布算法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310330725.2
• 申請(qǐng)日: 2013-07-26
• 公開（公告）號(hào): CN103575638A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳紅巖;宋熠金;沈紅源
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N15/14
• 分類號(hào): G01N15/14;G01N15/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光散射式粒子計(jì)數(shù)器及其算法，具體涉及到一種用于測(cè)量潔凈空氣中粒徑分布的光散射式粒子計(jì)數(shù)器及其粒徑分布算法。

背景技術(shù)

目前現(xiàn)有的光散射式粒子計(jì)數(shù)器的技術(shù)方案，如蘇州華達(dá)儀器設(shè)備有限公司擁有的公開號(hào)為CN101162195A的發(fā)明專利--《塵埃粒子計(jì)數(shù)器及其使用方法》和中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所擁有的公開號(hào)為CN101639435A的發(fā)明專利--《粒子計(jì)數(shù)器》，主要如下：測(cè)量塵埃粒子的光電傳感器通常由照明系統(tǒng)、散射光收集系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)換器、氣路系統(tǒng)組成，其中照明系統(tǒng)、散射光收集系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)的軸線相交于光敏區(qū)中心點(diǎn)，工作時(shí)，氣路系統(tǒng)將待測(cè)空氣吸入光電傳感器中的光敏區(qū)，其中塵埃粒子在光束照明下產(chǎn)生與粒子尺寸成比例的散射光信號(hào)，散射光信號(hào)被散射光收集系統(tǒng)接收后入射于光電轉(zhuǎn)換器上，光電轉(zhuǎn)換器輸出與散射光信號(hào)強(qiáng)度成正比的信號(hào)，后續(xù)信號(hào)處理系統(tǒng)根據(jù)此信號(hào)的幅值給出粒子尺寸。

在現(xiàn)有技術(shù)方案中，散射光收集系統(tǒng)皆是采用曲面反射鏡將粒子散射光反射至探測(cè)器光敏區(qū)，由于激光光源中心光斑周圍有雜散光存在，曲面反射鏡易將密閉腔內(nèi)的雜散光引入測(cè)量系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中影響傳感器的信噪比與可靠性。另外，在測(cè)量中單分散粒子產(chǎn)生的是幅值符合正態(tài)分布的隨機(jī)離散電壓脈沖信號(hào)，其電壓脈沖信號(hào)幅值不僅僅是粒徑的單值函數(shù)，還受隨機(jī)因素的影響。隨機(jī)因素包括激光光源存在發(fā)光功率的不穩(wěn)定性、光敏區(qū)光強(qiáng)分布不均勻性、粒子的運(yùn)動(dòng)路徑以及姿態(tài)等。上述專利中僅根據(jù)電壓脈沖信號(hào)幅值甄別粒子粒徑大小、統(tǒng)計(jì)粒子群粒徑分布，算法簡(jiǎn)單，會(huì)導(dǎo)致計(jì)數(shù)器準(zhǔn)確性的降低。

所以，上述的光散射式粒子計(jì)數(shù)器存在進(jìn)一步改進(jìn)空間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高信噪比和高精度的光散射式粒子計(jì)數(shù)器以及一種更為嚴(yán)密、準(zhǔn)確的粒徑分布算法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種光散射式粒子計(jì)數(shù)器，包括傳感器本體、光路、氣路、光電轉(zhuǎn)換模塊、前置放大電路、主控板、顯示器、存儲(chǔ)模塊，所述光路包括激光光源，所述激光光源發(fā)出光束的前進(jìn)方向依次設(shè)有準(zhǔn)直透鏡組、光闌、光敏區(qū)、光陷阱；所述氣路沿氣體的流動(dòng)方向依次包括進(jìn)氣管、光敏區(qū)、出氣管、泵；所述氣路、光路和光電轉(zhuǎn)換模塊的軸線相交于光敏區(qū)中心點(diǎn)，且兩兩垂直；所述光電轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)前置放大電路與所述主控板相連接，所述主控板分別與所述顯示器和所述存儲(chǔ)模塊相連接，其特征在于：所述光陷阱包括一光陷阱罩并安裝于所述傳感器本體上，并且與所述光闌相對(duì)應(yīng)，從而將所述光束引導(dǎo)入所述光陷阱內(nèi)，所述光陷阱內(nèi)設(shè)置有多個(gè)呈一定空間位置濾波片，所述濾波片共有N片，所述N為大于0的整數(shù)，所述濾波片組中第n-1濾波片與所述第n-1光束呈銳角度，所述第n-1的濾波片吸收部分后引導(dǎo)剩下一部分第n光束以銳角度射向第n濾波片，其中n為依次取為從2到N的整數(shù)。

所述光陷阱罩內(nèi)壁表面上涂有一吸收所述激光光譜的材料，有利于進(jìn)一步提高吸收率。

所述銳角取為10～80度，有利于進(jìn)一步提高吸收率和引導(dǎo)剩余的光束進(jìn)入下一片濾波片。

所述光陷阱罩底部?jī)?nèi)壁有一定的弧度，有利于濾波片的多次反射吸收。

所述光散射式粒子計(jì)數(shù)器的粒徑分布算法，其具體步驟如下：

第一步：設(shè)定a、b為實(shí)數(shù)，c為整數(shù)，n為任意整數(shù)且n∈[1，c]，D_n為實(shí)數(shù)，所述光散射式粒子計(jì)數(shù)器的粒徑測(cè)量范圍[a，b]，分成c檔，第n檔的粒徑區(qū)間為[D_n，D_n+1]，設(shè)定每一檔的粒徑區(qū)間長(zhǎng)度相等即D_n+1-D_n＝D_n-D_n-1，將粒徑為D_n和的標(biāo)準(zhǔn)單分散粒子群先后通入所述光散射式粒子計(jì)數(shù)器，對(duì)每種標(biāo)準(zhǔn)單分散粒子群對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器輸離散電壓脈沖信號(hào)幅值進(jìn)行分組數(shù)據(jù)記錄并將所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)去奇異值處理后得到其分布范圍[u_min，u_max]；

第二步，通過(guò)對(duì)所述第一步實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)得到粒徑為D_n的標(biāo)準(zhǔn)單分散粒子群的電壓脈沖信號(hào)幅值概率分布曲線N(D_n，u，σ)，u和σ分別為粒徑為D_n的標(biāo)準(zhǔn)單分散粒子群電壓脈沖信號(hào)幅值的數(shù)學(xué)期望值和標(biāo)準(zhǔn)差；