[發(fā)明專利]一種多角度光學(xué)粒子計(jì)數(shù)和折射率在線測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011561816.3
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN112782121B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 桂華僑;申林;程寅;余同柱;王杰;伍德俠;陳大仁;劉建國;劉文清
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01N21/45
• 分類號(hào): G01N21/45
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 顧煒

1.一種多角度光學(xué)粒子計(jì)數(shù)和折射率在線測量裝置，其特征在于：包括激光器、準(zhǔn)直系統(tǒng)、散射系統(tǒng)、探測器、信號(hào)處理電路和計(jì)算機(jī)；兩路或多路激光器出射的激光經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)準(zhǔn)直后入射到顆粒物上，共得到兩組前向10—30°、兩組后向150—170°共四組散射光，并通過反射鏡后經(jīng)二向色鏡分光入射在四組探測器內(nèi)；四組探測器將接收到的光信號(hào)I₁、I₂、I₃、I₄分別轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并輸入到信號(hào)處理電路，由信號(hào)處理電路將信號(hào)變化量放大并將信號(hào)峰值P₁、P₂、P₃、P₄分別輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將峰值P₁、P₂、P₃、P₄與預(yù)先計(jì)算的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，通過最小二乘法找到響應(yīng)值最接近的四元組，便得到了待測粒子的大小、折射率實(shí)部虛部；

所述準(zhǔn)直系統(tǒng)設(shè)置有兩路或多路，包括非球面鏡、柱面鏡和光闌；所述非球面鏡、柱面鏡、和光闌同軸設(shè)置；

所述散射系統(tǒng)設(shè)置有兩路或多路，包括反射鏡、二向色鏡和聚焦透鏡；所述反射鏡包括前向反射鏡和后向反射鏡；

所述兩路激光器分別采用藍(lán)光、綠光激光器，便于二向色鏡分光；

所述前向反射鏡散射角度為10—30°；

所述后向反射鏡散射角度為150—170°。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多角度光學(xué)粒子計(jì)數(shù)和折射率在線測量裝置，其特征在于：所述激光器采用半導(dǎo)體激光器，輸出穩(wěn)定光強(qiáng)激光，以提高大氣顆粒物的粒徑測量精度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多角度光學(xué)粒子計(jì)數(shù)和折射率在線測量裝置，其特征在于：所述非球面鏡、柱面鏡采用PMMA材質(zhì)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多角度光學(xué)粒子計(jì)數(shù)和折射率在線測量裝置，其特征在于：所述二向色鏡以45°角放置，實(shí)現(xiàn)對(duì)波長分光。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多角度光學(xué)粒子計(jì)數(shù)和折射率在線測量裝置，其特征在于：采樣顆粒物應(yīng)確保單個(gè)通過光路，以實(shí)現(xiàn)單個(gè)大氣顆粒物粒徑大小與折射率的實(shí)時(shí)測量與分析。

6.一種利用權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的測量裝置進(jìn)行光學(xué)粒子計(jì)數(shù)與折射率在線測量的方法，其特征在于：包括以下步驟：

第一步，運(yùn)用蒙特卡洛算法隨機(jī)產(chǎn)生不同粒徑、折射率實(shí)部及折射率虛部大小的粒子，計(jì)算不同粒子在綠光、藍(lán)光照射下前向、后向散射光共四組響應(yīng)，組合得到初步粒子散射數(shù)據(jù)庫；

第二步，使標(biāo)準(zhǔn)顆粒物單個(gè)依次通過激光束，通過四組探測器收集激光器前向、后向散射光，并通過信號(hào)處理電路及計(jì)算機(jī)得到標(biāo)準(zhǔn)顆粒物信號(hào)峰值P₁、P₂、P₃、P₄；

第三步，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)顆粒物信號(hào)峰值P₁、P₂、P₃、P₄與粒子散射數(shù)據(jù)庫信號(hào)之間的關(guān)系，通過三階線性擬合得到比例因子；

第四步，測量在采樣過程中通過激光光斑的單顆粒物散射光信號(hào)，將探測器四個(gè)數(shù)據(jù)與由四列組成的預(yù)先計(jì)算的評(píng)估表進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，通過最小二乘法找到響應(yīng)值最接近的四元組，得出待測粒子粒徑的大小、折射率實(shí)部虛部。