CN102788770A - 一种基于双波长区分三种气溶胶颗粒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于双波长区分三种气溶胶颗粒的方法，该方法入射激光采用双波长脉冲，经过颗粒群的散射后，探头接收散射光，得到光散射矩阵各元素Fij(θ)的数值，相应的矩阵元素F11(θ)、F22(θ)经归一化处理F22(θ)/F11(θ)后得到其数值；得到归一化光散射矩阵F22(θ)/F11(θ)随散射角的变化关系，并通过逻辑判断可以有效区分烟雾颗粒、粉尘、油滴。本发明可以有效区分大气环境中的烟雾颗粒、粉尘、油滴，解决了传统的探测器由于采用单波长激光无法区分烟雾颗粒、粉尘、油滴的问题。
Description
技术领域
本发明属于大气气溶胶探测领域，具体涉及一种基于双波长区分三种气溶胶颗粒的方法。
背景技术
烟雾是燃烧过程的标志性产物之一。燃烧产生的烟雾颗粒大多具有分形结构，如木制品与纸制品、棉织物、烟草等常见可燃物燃烧产生的烟雾颗粒，它们具有相似的光散射特性。同时，环境中存在的悬浮干扰颗粒，如大气环境中的粉尘、厨房烹饪产生的油烟、水蒸汽等，分别具有粗糙表面的随机结构和近似球体的结构。对这三种结构的大气气溶胶颗粒的区分，在大气监测、火灾探测等领域都有重要应用。例如，在大气监测中区分气溶胶颗粒来源是燃烧源还是沙尘源，在火灾探测中区分火灾烟雾颗粒和干扰颗粒。
烟雾颗粒、粉尘、油滴三者在形貌上的显著区别，能够对颗粒光散射特性产生重要的影响。散射矩阵各元素系统地反映了散射颗粒的形貌、折射率等物理特性，利用双波长光散射矩阵的计算能够有效地区分三种结构的气溶胶颗粒，并为大气监测技术和光电感烟探测技术的发展提供必要的理论支撑。
本方法分别选取入射光波长为300nm、900nm，基于已提出的三种颗粒形貌模型，分别对烟雾颗粒、粉尘、油滴的光散射矩阵进行数值计算，得到区分三种结构的气溶胶颗粒的方法。
发明内容
本方法的目的是区分三种结构的气溶胶颗粒，为大气监测技术和光电感烟探测技术的发展提供必要的理论支撑。
本发明采用的技术方案为：一种基于双波长区分三种气溶胶颗粒的方法，其特征在于：入射激光采用双波长脉冲，其波长分别为300nm和900nm，经过气溶胶颗粒的颗粒群的散射后，探头接收散射光，得到光散射矩阵各元素Fij(θ)的数值，其中i、j表示光散射矩阵的角标，取值均为1、2、3、4，相应的矩阵元素F11(θ)、F22(θ)经归一化处理F22(θ)/F11(θ)后得到其数值；当散射腔内无颗粒时，F11(θ)=0，此时可以直接判断散射腔内无颗粒；而当散射腔内存在气溶胶颗粒时，F11(θ)≠0，此时根据逻辑真值判断气溶胶颗粒种类；对归一化后的光散射矩阵元素经如下处理后产生逻辑真值1或0：当0.98≤F22(θ)/F11(θ)≤1时，输出逻辑真值1；当F22(θ)/F11(θ)≤0.95时，输出逻辑真值0；当0.95<F22(θ)/F11(θ)<0.98时，进入下一探测周期得到新的散射矩阵元素并进行上述处理，直至产生逻辑真值1或0；将入射光波长分别为300nm和900nm时得到的逻辑真值1或0导入逻辑判断电路，实现如下所示的逻辑判断：
(1)A=0，B=0，表示所述的颗粒群为粉尘或无颗粒；
(2)A=0，B=1，表示所述的颗粒群为烟雾颗粒；
(3)A=1，B=1，表示所述的颗粒群为油滴；
其中A为入射光波长为300nm时，F22(θ)/F11(θ)输出的逻辑真值，B为入射光波长为900nm时，F22(θ)/F11(θ)输出的逻辑真值；逻辑真值表如下表：
| 烟雾颗粒 | 粉尘 | 油滴 | |
| A | 0 | 0 | 1 |
| B | 1 | 0 | 1 |
上表中，第二列表示光学散射腔中只存在烟雾颗粒，入射光波长为300nm、900nm时，得到逻辑真值A=0、B=1，逻辑判断结果为烟雾颗粒；
第三列表示当光学散射腔中只存在粉尘悬浮颗粒时，入射光波长为300nm、900nm时，得到逻辑真值A=0、B=0，逻辑判断结果为粉尘颗粒；
第三列表示光学散射腔中只存在油滴颗粒时，入射光波长为300nm、900nm时，得到逻辑真值A=1、B=1，逻辑判断结果为油滴颗粒；
从而该方法利用得到的归一化光散射矩阵F22(θ)/F11(θ)随散射角的变化关系，θ为散射角，它的取值范围为50°<θ<180°；在此范围内，通过上述表的逻辑判断可以有效区分烟雾颗粒、粉尘、油滴。
本发明的优点和积极效果为：
本发明的方法利用光散射矩阵元素归一化得到的F22(θ)/F11(θ)，可以有效区分大气环境中的烟雾颗粒、粉尘、油滴，解决了传统的探测器由于采用单波长激光无法区分烟雾颗粒、粉尘、油滴的问题。
附图说明
图1为双波长激光区分烟雾颗粒、粉尘、油滴的方法流程示意图；其中图1（a）为基本流程图；图1（b）为详细处理流程图；当散射腔内无颗粒时，F11(θ)=0，此时可以直接判断散射腔内无颗粒；而当散射腔内存在气溶胶颗粒时，F11(θ)≠0，此时根据逻辑真值判断气溶胶颗粒种类。
图2为双波长脉冲；
图3为归一化光散射矩阵F22(θ)/F11(θ)随散射角的变化。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。
双波长激光区分三种气溶胶颗粒的流程见附图1，双波长脉冲见附图2。入射激光采用双波长脉冲(波长分别为300nm和900nm)，经过颗粒群的散射后，探头接收散射光，得到光散射矩阵各元素Fij(θ)的数值，其中i、j表示光散射矩阵的角标，取值均为1、2、3、4，相应的矩阵元素F11(θ)、F22(θ)经归一化处理F22(θ)/F11(θ)后得到其数值。对归一化后的光散射矩阵元素经如下处理后产生逻辑真值1或0：当0.98≤F22(θ)/F11(θ)≤1时，输出逻辑真值1；当F22(θ)/F11(θ)≤0.95时，输出逻辑真值0；当0.95<F22(θ)/F11(θ)<0.98时，进入下一探测周期得到新的散射矩阵元素并进行上述处理，产生逻辑真值1或0。将入射光波长分别为300nm和900nm时得到的逻辑真值1或0导入逻辑判断电路，实现如下所示的逻辑判断：
(1)A=0，B=0，表示为粉尘或无颗粒；
(2)A=0，B=1，表示为烟雾颗粒；
(3)A=1，B=1，表示为油滴。
其中A为入射光波长为300nm时F22(θ)/F11(θ)输出的逻辑真值，B为入射光波长为900nm时F22(θ)/F11(θ)输出的逻辑真值。逻辑真值表见附表1。
表1双波长区分烟雾颗粒、粉尘、油滴方法的逻辑真值表
上表中，第二列表示光学散射腔中只存在烟雾颗粒，入射光波长为300nm、900nm时，得到逻辑真值A=0、B=1，逻辑判断结果为烟雾颗粒；
第三列表示当光学散射腔中只存在粉尘悬浮颗粒时，入射光波长为300nm、900nm时，得到逻辑真值A=0、B=0，逻辑判断结果为粉尘颗粒；
第三列表示光学散射腔中只存在油滴颗粒时，入射光波长为300nm、900nm时，得到逻辑真值A=1、B=1，逻辑判断结果为油滴颗粒。
归一化光散射矩阵F22(θ)/F11(θ)随散射角的变化见图3，θ为散射角，它的取值范围为50°<θ<180°。在此范围内，通过逻辑判断可以有效区分烟雾颗粒、粉尘、油滴。
在一个周期0～5t内，双波长探测方法依次经过五个过程：300nm激光入射，对300nm结果的处理，900nm激光入射，对900nm结果的处理，对双波长的结果进行逻辑判断并输出结果，由此完成了一次探测。下面对五个过程进行详细的说明：
(1)在0～t内，激光器产生波长为300nm的入射光，经过颗粒群散射得到光散射矩阵；
(2)在t～2t内，计算单元把在(1)中得到的光散射矩阵相应的矩阵元素F11(θ)、F22(θ)进行归一化处理F22(θ)/F11(θ)，依据F22(θ)/F11(θ)的取值得到逻辑真值A，并传递到存储器进行存储。其中，若0.95<F22(θ)/F11(θ)<0.98，返回第(1)步重新进行；
(3)在2t～3t内，激光器产生波长为900nm的入射光，经过颗粒群散射得到散射矩阵；
(4)在3t～4t内，计算单元把在(3)中得到的散射矩阵相应的矩阵元素F11(θ)、F22(θ)进行归一化处理F22(θ)/F11(θ)，依据F22(θ)/F11(θ)的取值得到逻辑真值B，并传递到存储器进行存储。其中，若0.95<F22(θ)/F11(θ)<0.98，返回第(1)步重新进行；
(5)在4t～5t内，根据附表1的逻辑真值表将存储器的两组逻辑真值取出进行逻辑判断，区分发生散射的颗粒为烟雾颗粒、粉尘或油滴。
本方法可以在大气监测的气溶胶分析中使用，利用波长分别为300nm和900nm的双波长激光脉冲，结合逻辑判断电路，区分大气环境中的颗粒是烟雾颗粒、粉尘或油滴。
本方法也可以在光电感烟探测器中采用双波长激光脉冲(波长分别为300nm和900nm)，利用逻辑判断电路区分烟雾颗粒、粉尘和油滴，作为是否报警的判据，排除粉尘、油滴等引起的探测器误报。散射角θ可以选取50°-180°间的任一角度，因此本方法可以在前向散射(50°<θ<90°)感烟探测器和后向散射(90°<θ<180°)感烟探测器中使用。
Claims (1)
1.一种基于双波长区分三种气溶胶颗粒的方法，其特征在于：入射激光采用双波长脉冲，其波长分别为300nm和900nm，经过气溶胶颗粒的颗粒群的散射后，探头接收散射光，得到光散射矩阵各元素Fij(θ)的数值，其中i、j表示光散射矩阵的角标，取值均为1、2、3、4，相应的矩阵元素F11(θ)、F22(θ)经归一化处理F22(θ)/F11(θ)后得到其数值；当散射腔内无颗粒时，F11(θ)=0，此时可以直接判断散射腔内无颗粒；而当散射腔内存在气溶胶颗粒时，F11(θ)≠0，此时根据逻辑真值判断气溶胶颗粒种类；对归一化后的光散射矩阵元素经如下处理后产生逻辑真值1或0：当0.98≤F22(θ)/F11(θ)≤1时，输出逻辑真值1；当F22(θ)/F11(θ)≤0.95时，输出逻辑真值0；当0.95<F22(θ)/F11(θ)<0.98时，进入下一探测周期得到新的散射矩阵元素并进行上述处理，直至产生逻辑真值1或0；将入射光波长分别为300nm和900nm时得到的逻辑真值1或0导入逻辑判断电路，实现如下所示的逻辑判断：
(1)A=0，B=0，表示所述的颗粒群为粉尘或无颗粒；
(2)A=0，B=1，表示所述的颗粒群为烟雾颗粒；
(3)A=1，B=1，表示所述的颗粒群为油滴；
其中A为入射光波长为300nm时，F22(θ)/F11(θ)输出的逻辑真值，B为入射光波长为900nm时，F22(θ)/F11(θ)输出的逻辑真值；逻辑真值表如下表：
上表中，第二列表示光学散射腔中只存在烟雾颗粒，入射光波长为300nm、900nm时，得到逻辑真值A=0、B=1，逻辑判断结果为烟雾颗粒；
第三列表示当光学散射腔中只存在粉尘悬浮颗粒时，入射光波长为300nm、900nm时，得到逻辑真值A=0、B=0，逻辑判断结果为粉尘颗粒；
第三列表示光学散射腔中只存在油滴颗粒时，入射光波长为300nm、900nm时，得到逻辑真值A=1、B=1，逻辑判断结果为油滴颗粒；
从而该方法利用得到的归一化光散射矩阵F22(θ)/F11(θ)随散射角的变化关系，θ为散射角，它的取值范围为50°<θ<180°；在此范围内，通过上述表的逻辑判断可以有效区分烟雾颗粒、粉尘、油滴。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104422603A (zh) * | 2013-09-03 | 2015-03-18 | 陕西兴化化学股份有限公司 | 一种气氨介质中油气溶胶含量的快速分析方法 |
| CN108007385A (zh) * | 2017-12-31 | 2018-05-08 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种大视场弹坑表面形貌成像系统及方法 |
| CN108645817A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-10-12 | 华中科技大学 | 一种多类型混合颗粒物质量浓度在线测量方法 |
| CN108844865A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-11-20 | 清华大学深圳研究生院 | 一种双波长偏振光散射测量颗粒物的方法及装置 |
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Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| 张启兴等: "火灾烟雾颗粒532nm光散射矩阵实验研究", 《物理学报》 * |
| 张延岗等: "火灾烟颗粒群多分散与单分散光散射模型的比较研究", 《中国激光》 * |
| 张青: "火灾烟颗粒与非火灾干扰颗粒光散射特性的研究", 《合肥工业大学硕士学位论文》 * |
| 邓小玫等: "火灾烟颗粒群和粉尘颗粒光散射特征比较研究", 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104422603A (zh) * | 2013-09-03 | 2015-03-18 | 陕西兴化化学股份有限公司 | 一种气氨介质中油气溶胶含量的快速分析方法 |
| CN108007385A (zh) * | 2017-12-31 | 2018-05-08 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种大视场弹坑表面形貌成像系统及方法 |
| CN108007385B (zh) * | 2017-12-31 | 2023-11-14 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种大视场弹坑表面形貌成像系统及方法 |
| CN108844865A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-11-20 | 清华大学深圳研究生院 | 一种双波长偏振光散射测量颗粒物的方法及装置 |
| CN108645817A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-10-12 | 华中科技大学 | 一种多类型混合颗粒物质量浓度在线测量方法 |
| CN108645817B (zh) * | 2018-05-02 | 2020-05-19 | 华中科技大学 | 一种多类型混合颗粒物质量浓度在线测量方法 |
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