[發明專利]碳黑團聚體一次粒徑分布和熱適應系數同時測量方法及裝置

有效

• 申請號: 202010800438.3
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111896436B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 齊宏;張俊友;任亞濤;史景文
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;G01N25/20;G06Q10/04;G06F30/20
• 代理公司: 哈爾濱市松花江聯合專利商標代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

碳黑團聚體一次粒徑分布和熱適應系數同時測量方法及裝置，屬于非侵入式原位測量技術領域，為了解決基于激光誘導熾光的粒徑分布測量對先驗熱適應系數不確定度敏感的問題。本發明所述方法需測量常溫氣體環境中碳黑團聚體由低通量激光激發的歸一化激光誘導熾光實驗信號，由簡化激光誘導熾光模型生成相應的預測信號，構建的反問題基于預測信號相對實驗信號的相對誤差，通過協方差矩陣適應進化策略算法求解該反問題，從而同時得到碳黑團聚體一次粒徑分布和熱適應系數。本發明適用于非高溫環境下團聚顆粒系的一次粒徑分布和熱適應系數同時測量。

技術領域

本發明屬于非侵入式原位測量技術領域，具體涉及一種常溫氣體環境中分形團聚顆粒系統的多參數同時測量方法。

背景技術

碳氫燃料不完全燃燒產生的碳黑常見于火焰，廢氣和大氣中。碳黑在微觀下并非單顆粒球狀粒子，而是由大量一次粒子組成的團聚體，團聚體呈現支鏈狀的分形結構。大氣中碳黑自身的毒性以及作為其他有毒物質的載體對人體健康有負面影響。此外，碳煙被認為是氣候變化第二重要的人為因素。一次粒子的粒徑分布是碳黑的重要特性，因為有研究表明碳黑毒性與其直接相關，并且其也是氣候模擬的關鍵輸入參數和空氣質量評估的重要指標。過去幾十年，時域激光誘導熾光已發展為測定粒子平均粒徑或其對數正態分布的強大工具。與基于采樣的非原位方法(如透射電子顯微鏡)相比，時域激光誘導熾光的特點是非侵入式原位測量，并無需進行費時的數據處理，適用于快速的在線原位測量。

基于時域激光誘導熾光的粒徑測量方法涉及反問題求解。反問題的病態性會導致碳黑粒徑分布的反演精度對部分模型參數的不確定度高度敏感，即使用不準確的模型參數值會嚴重影響反演精度。熱適應系數被為是最大的不確定度來源，因為其物理意義復雜，數值受很多因素影響，不易直接測量且缺乏可用的準確數據。

發明內容

本發明為了解決基于激光誘導熾光的粒徑分布測量對先驗熱適應系數不確定度敏感的問題，提出了一種碳黑團聚體一次粒徑分布和熱適應系數同時測量方法及裝置。

碳黑團聚體一次粒徑分布和熱適應系數同時測量裝置，包括：激光器、半波片、薄膜偏光片、柱面鏡、光圈、碳黑顆粒氣溶膠化裝置、束流收集器、消色差透鏡、帶通濾波器、光電倍增管、示波器，以及數據采集處理系統；

光電倍增管和束流收集器的輸出端口連接至示波器的輸入端；示波器信號輸出端連接至數據采集處理系統；

激光器出射脈沖激光，激光經過半波片和薄膜偏光片后射在第一柱面鏡上，第一柱面鏡反射光線經過光圈后并經過第二柱面鏡后聚焦在碳黑氣溶膠化裝置的測量點處，部分激光能量透射穿過測量顆粒后被束流收集器收集并轉換為電壓信號輸入到示波器，測量點處的碳黑團聚顆粒系統被脈沖激光激發，顆粒系統的溫度先迅速升高，隨后降至環境溫度，期間碳黑團聚顆粒系統發射的熾光信號通過一對消色差透鏡后被光電倍增管采集；一對消色差透之間設置有帶通濾波器。

進一步地，所述激光器出射的激光經過一個半波片和兩個薄膜偏光片后射在第一柱面鏡上。

進一步地，所述激光器為釔鋁石榴石晶體激光器。

進一步地，數據采集處理系統為一臺計算機。

碳黑團聚體一次粒徑分布和熱適應系數同時測量方法，包括以下步驟：