一種顆粒粒度及濃度光散射測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種顆粒粒度光散射測(cè)量方法，包括如下步驟：步驟一：測(cè)量光強(qiáng)變化值為IΔtΣ(θ1)＝It+ΔtΣ(θ1)-ItΣ(θ1)，IΔtΣ(θ2)＝It+ΔtΣ(θ2)-ItΣ(θ2)；步驟二：粒徑分布的測(cè)量，將兩個(gè)散射角的光強(qiáng)變化值代入以下公式即可得到顆粒粒徑尺寸分布函數(shù)步驟三：平均粒徑的測(cè)量，將兩個(gè)散射角的光強(qiáng)變化值IΔΣ(θ1)和IΔΣ(θ2)代入下式就可以求得平均粒徑D30。本發(fā)明提供的一種顆粒粒度及濃度光散射測(cè)量方法，測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單，易于標(biāo)定，無(wú)需預(yù)知其中任一參數(shù)；并提出了兩次測(cè)量法，避免粒度分布求解中的窗口污染對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
【專(zhuān)利說(shuō)明】_種顆粒粒度及濃度光散射測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種顆粒粒度及濃度光散射測(cè)量方法，屬于顆粒測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 顆粒測(cè)量在能源研宄，環(huán)境保護(hù)，大氣科學(xué)等領(lǐng)域都有重要的地位，正因?yàn)槠渲匾?的地位，目前得到發(fā)展的顆粒測(cè)量技術(shù)有很多種，例如機(jī)械法、電感電容法、超聲波法、光學(xué) 法等。近幾十年來(lái)由于激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和光纖技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)法得到迅速的發(fā)展， 其中就包括光散射法。光散射測(cè)粒的基礎(chǔ)是Mie散射理論，其是球形顆粒對(duì)電磁波散射的 嚴(yán)格物理解。
[0003] 光學(xué)測(cè)量顆粒粒度和濃度的方法比較成熟的是光全散射法（又稱(chēng)消光法或濁度 法），由于顆粒對(duì)光的散射和吸收作用，經(jīng)過(guò)測(cè)量區(qū)域的光的強(qiáng)度受到衰減，透射光與入射 光的比值是粒徑分布與顆粒濃度的函數(shù)，根據(jù)測(cè)得的透射光和入射光的比值，已知光波長(zhǎng)， 光程和被測(cè)顆粒折射率后就可以得到顆粒的尺寸分布函數(shù)及濃度。另一種顆粒粒度和濃度 測(cè)量方法是結(jié)合衍射散射法和光度計(jì)法的結(jié)合，衍射散射法根據(jù)散射光強(qiáng)和散射角度的關(guān) 系建立線(xiàn)性方程組求解顆粒粒度參數(shù)，已知粒徑分布，利用光度計(jì)法中某一空間立體角內(nèi) 光能與濃度的近似線(xiàn)性關(guān)系可以求解顆粒濃度。
[0004] 光學(xué)測(cè)量顆粒粒度和濃度的方法比較成熟的是光全散射法（又稱(chēng)消光法或濁度 法），但是光全散射法單波長(zhǎng)下只能給出粉塵的光學(xué)濁度值。對(duì)于相同的光學(xué)濁度值，不同 的平均粒徑相對(duì)應(yīng)不同顆粒濃度，想要求得粉塵濃度需要知道顆粒平均粒徑。多波長(zhǎng)下光 全散射法可以反演粒徑分布，然后求解顆粒濃度，但求解粒徑分布的公式中的消光系數(shù)是 個(gè)十分振蕩復(fù)雜的函數(shù)，其一階導(dǎo)數(shù)不連續(xù)，增加了求解難度。衍射散射法在求解粒徑分布 方面十分廣泛，結(jié)合光度計(jì)法可以求解顆粒濃度。衍射散射法事實(shí)上一般需要測(cè)量多個(gè)角 度的散射值（角度個(gè)數(shù)與所需要獲得的粒徑分布區(qū)間數(shù)有關(guān)系），這對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的要求很 高。在實(shí)際的工程測(cè)量中，顆粒粘附在測(cè)量區(qū)域的光學(xué)窗口上，造成大量雜散光影響測(cè)量精 度。為了消除粘附顆粒對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，多數(shù)方法是采用改進(jìn)光路設(shè)計(jì)的途徑。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 目的：針對(duì)上述現(xiàn)有存在的問(wèn)題和不足，本發(fā)明提供了一種顆粒粒度及濃度光散 射測(cè)量方法。
[0006] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] 設(shè)光電探測(cè)器某時(shí)刻t，采集到的信號(hào)光強(qiáng)為Its ( 0 )，在不相關(guān)單散射的假設(shè)下， 有
[0008] Its(0) =ItS1(0)+ItS2(0) (I)
[0009] 其中，ItS1(0)為t時(shí)刻粘附在窗口上的沾污顆粒光強(qiáng)貢獻(xiàn)值，ItS2(0)為t時(shí)刻 測(cè)量區(qū)域顆粒的光強(qiáng)貢獻(xiàn)值。At時(shí)間后，信號(hào)光強(qiáng)為：
[0010]it+AtE(0) =its(0)+iAts(0) =itsl(0)+iAtsl(0)+itS2(0)+iAtS2(0) (2)
[0011] 其中IAtS(9)為兩次光強(qiáng)測(cè)量的差值，IAtS1(9)，IAtS2(9)分別為兩次測(cè)量中 窗口沾污顆粒引起的光強(qiáng)變化值和氣固流場(chǎng)中顆粒引起的光強(qiáng)變化值。由于At時(shí)間較 短，窗口上沾污顆粒數(shù)不發(fā)生變化，故可認(rèn)為IAtS1(0) =〇,則IAtS(9) =IAtS2(0)，故 At時(shí)間內(nèi)的信號(hào)光強(qiáng)變化就是測(cè)量區(qū)域顆粒變化的信息，通過(guò)兩次測(cè)量就可以測(cè)量變化 顆粒的信息。粘附在光學(xué)窗口的顆粒對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響在兩次測(cè)量結(jié)果的相減中就可去 除。而變化顆粒的粒度信息與整個(gè)流場(chǎng)的顆粒粒度信息是保持一致的。
[0012] (1)粒徑分布測(cè)量
[0013] 粒徑分布非獨(dú)立模式解法中，事先假定顆粒的粒徑分布符合某個(gè)雙參數(shù)分布函數(shù) N(D,D,k)，D是顆粒粒徑，5、k是分布參數(shù)，那么光強(qiáng)角分布矩陣的所有元素不再是獨(dú) 立的，而是關(guān)于兩個(gè)分布參數(shù)的函數(shù)。假設(shè)兩個(gè)散射角分布為0i、02，則這兩個(gè)角度方向 的散射光強(qiáng)變化值為

【權(quán)利要求】
1. 一種顆粒粒度光散射測(cè)量方法，其特征在于：包括如下步驟： 步驟一：測(cè)量t時(shí)刻兩個(gè)角度下的光強(qiáng)Its(Q1), Its(02)，t+At時(shí)刻的光強(qiáng) ( 0 J，It+Ats ( Θ 2)，則光強(qiáng)變化值為 Iits ( Θ J = It+Ats ( Θ J-Its ( Θ J，Iits ( Θ 2)= It+Δ?Σ ( 92)_ItE ( 92)； 步驟二：粒徑分布的測(cè)量，將兩個(gè)散射角的光強(qiáng)變化值代入以下公式即可得到顆粒粒 徑尺寸分布函數(shù)N(Dj，5, k);
' J 一丄 步驟三：平均粒徑的測(cè)量，將兩個(gè)散射角的光強(qiáng)變化值IΛ Σ ( Θ i)和IΛ Σ ( Θ 2)代入下式 就可以求得平均粒徑D3(i，
2. -種顆粒濃度光散射測(cè)量方法，其特征在于：包括如下步驟： 步驟一：根據(jù)Bouguer定律，將一束平行光通過(guò)渾濁兩相混合物，得到透射光和入射光 相關(guān)的下式；
步驟二：將光強(qiáng)測(cè)量值Its ( Θ )替換Iits ( Θ )可以得到下式：
步驟三：將式（2)代入（1)得到下式：
步驟四：已知顆粒濃度一般表達(dá)式為：
步驟五：將（4)代入（3)，約去不可測(cè)變量K，并代入激光束的截面積S得到濃度算法公 式：
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種顆粒濃度光散射測(cè)量方法，其特征在于：所述式（5)中 指數(shù)部分? 1，則濃度算法公式可以簡(jiǎn)化為：
【文檔編號(hào)】G01N15/02GK104515722SQ201410779497
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】林學(xué)勇, 李舒, 許傳龍, 張宸瑜 申請(qǐng)人:南京市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)院