CN104359811A - 一种基于压缩空气的pm2.5浓度检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于压缩空气的PM2.5浓度检测方法属于环境自动化监测领域，具体涉及一种PM2.5浓度检测方法；该方法包括以下步骤：利用抽气机将压缩腔抽成真空，图像传感器对矩形光栅成像，得到矩形光栅的第一对比度；利用空气压缩机将待测空气压入压缩腔，将压缩腔内的空气压缩到500个标准大气压；图像传感器对矩形光栅成像，得到矩形光栅的第二对比度；利用第二对比度与第一对比度做商运算，得到调制传递函数；根据调制传递函数与PM2.5的浓度关系，得到PM2.5的浓度；本发明基于压缩空气的PM2.5浓度检测方法，不仅可以降低检测成本，而且可以提高测量结果准确程度，同时测试步骤简单，计算量小，实时性好。

Description

一种基于压缩空气的PM2.5浓度检测方法
技术领域
一种基于压缩空气的PM2.5浓度检测方法属于环境自动化监测领域，具体涉及一种PM2.5浓度检测方法。 
背景技术
雾霾与PM2.5颗粒物直接相关，通过检测PM2.5的浓度，可以对雾霾天气进行定量评价。
传统PM2.5检测方法是在多个不同地点分布雾霾监测器，这种方法虽然精度较高，但由于雾霾监测器设备复杂，技术含量高，使得检测成本也相应提高。
经研究表明，PM2.5的浓度与空气能见度成线性关系，因此可以通过空气能见度评价函数来得到PM2.5的浓度。申请号为201410200873的发明专利《基于无参考图像清晰度评价的PM2.5浓度检测仪》，提出了一种利用图像信息判断PM2.5浓度的检测方法，该方法采用了无参考图像的技术方案，通过测量多个目标得到图像的模糊累计概率，再与能见度清晰处图像的模糊累计概率比较，确定最终目标物，激光测距单元测量最终目标物的距离，PM2.5浓度显示单元通过能见度与PM2.5浓度关系计算PM2.5浓度。
这种方法可以给予本领域利用图像来检测PM2.5的技术启示，然而，其缺点在于：由于采用无参考图像的方式，因此测量结果依靠的是统计结果，准确程度较低，此外，该方法需要对多个目标进行测量，因此测试步骤繁琐，计算量大，实时性不理想。 
发明内容
 为了解决上述问题，本发明公开了一种基于压缩空气的PM2.5浓度检测方法，本发明不仅可以降低检测成本，而且可以提高测量结果准确程度，同时测试步骤简单，计算量小，实时性好。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于压缩空气的PM2.5浓度检测方法，
所对应的装置包括压缩腔，设置于压缩腔内部的激光器，针孔、准直物镜、矩形光栅、成像物镜和图像传感器；激光器发出的激光束经过针孔后形成点光源，再由准直物镜准直后形成平行光，照射到矩形光栅上，被照亮的矩形光栅经成像物镜成像到图像传感器表面；所述的压缩腔外设置有用于调节压缩腔内气压的空气压缩机和抽气机；
所述方法包括以下步骤：
步骤a、利用抽气机将压缩腔抽成真空，图像传感器对矩形光栅成像，得到矩形光栅的第一对比度；
步骤b、利用空气压缩机将待测空气压入压缩腔，将压缩腔内的空气压缩到500个标准大气压；
步骤c、图像传感器对矩形光栅成像，得到矩形光栅的第二对比度；
步骤d、利用第二对比度与第一对比度做商运算，得到调制传递函数；
步骤e、根据调制传递函数与PM2.5的浓度关系，得到PM2.5的浓度。
上述基于压缩空气的小型PM2.5浓度检测方法，所述的调制传递函数与PM2.5的浓度关系，采用标定的方法获得。
标定调制传递函数与PM2.5浓度关系的具体方法为：
步骤a、利用抽气机将压缩腔抽成真空，图像传感器对矩形光栅成像，得到矩形光栅的第一对比度；
步骤b、利用现有PM2.5浓度检测技术，获得气体的PM2.5浓度值，
步骤c、将获得PM2.5浓度值的气体压缩到压缩腔内，达到500个大气压；
步骤d、图像传感器对矩形光栅成像，得到矩形光栅的第二对比度；
步骤e、利用第二对比度与第一对比度做商运算，得到调制传递函数；
步骤f，将步骤e得到的调制传递函数与步骤b 得到的PM2.5浓度值组合成数组，即：调制传递函数-PM2.5浓度数组，得到步骤e得到的调制传递函数与步骤b得到的PM2.5浓度之间的关系。
上述标定调制传递函数与PM2.5浓度关系的具体方法，还包括将多个调制传递函数-PM2.5浓度数组进行拟合，得到调制传递函数-PM2.5浓度曲线。
有益效果：
第一、由于采用了基于图像的PM2.5浓度监测方法，同传统雾霾检测方式相比，通过简化设备，降低了检测成本，操作更简单。
第二、由于采用了矩形光栅作为测试目标，同基于统计结果的无参考图像的检测方法相比，测量数据有根有据，因此可以提高测量结果准确程度。
第三、由于只设置矩形光栅一个测试目标，因此无需对多个目标进行测量和运算，可以减少运算量，提高检测实时性。
附图说明
图1是本发明所对应装置的光路图。
图中：1激光器、2针孔、3准直物镜、4矩形光栅、5成像物镜、6图像传感器。
具体实施方式
下面对本发明具体实施方式作进一步详细描述。
具体实施例一
本实施例的基于压缩空气的PM2.5浓度检测方法，
所对应的装置包括压缩腔，设置于压缩腔内部的激光器1，针孔2、准直物镜3、矩形光栅4、成像物镜5和图像传感器6；激光器1发出的激光束经过针孔2后形成点光源，再由准直物镜3准直后形成平行光，照射到矩形光栅4上，被照亮的矩形光栅4经成像物镜5成像到图像传感器6表面，该装置的光路图如图1所示；所述的压缩腔外设置有用于调节压缩腔内气压的空气压缩机和抽气机；
所述方法包括以下步骤：
步骤a、利用抽气机将压缩腔抽成真空，图像传感器6对矩形光栅4成像，得到矩形光栅4的第一对比度；
步骤b、利用空气压缩机将待测空气压入压缩腔，将压缩腔内的空气压缩到500个标准大气压；
步骤c、图像传感器6对矩形光栅4成像，得到矩形光栅4的第二对比度；
步骤d、利用第二对比度与第一对比度做商运算，得到调制传递函数；
步骤e、根据调制传递函数与PM2.5的浓度关系，得到PM2.5的浓度。
上述基于压缩空气的小型PM2.5浓度检测方法，所述的调制传递函数与PM2.5的浓度关系，采用标定的方法获得。
具体实施例二
本实施例是具体实施例一步骤e中调制传递函数与PM2.5浓度关系的标定方法实施例，具体为：
步骤a、利用抽气机将压缩腔抽成真空，图像传感器6对矩形光栅4成像，得到矩形光栅4的第一对比度；
步骤b、利用现有PM2.5浓度检测技术，获得气体的PM2.5浓度值，
步骤c、将获得PM2.5浓度值的气体压缩到压缩腔内，达到500个大气压；
步骤d、图像传感器6对矩形光栅4成像，得到矩形光栅4的第二对比度；
步骤e、利用第二对比度与第一对比度做商运算，得到调制传递函数；
步骤f，将步骤e得到的调制传递函数与步骤b 得到的PM2.5浓度值组合成数组，即：调制传递函数-PM2.5浓度数组，得到步骤e得到的调制传递函数与步骤b得到的PM2.5浓度之间的关系。
上述标定调制传递函数与PM2.5浓度关系的具体方法，还包括将多个调制传递函数-PM2.5浓度数组进行拟合，得到调制传递函数-PM2.5浓度曲线。
对于具体拟合方法，在数值计算领域有多种方法可以实现，本领域技术人员可以根据需要自行查找相关资料，选择合适的方法进行拟合，此外，拟合算法不是本申请需要保护的内容，因此在本申请中不再重复说明。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化或方法改进，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种基于压缩空气的PM2.5浓度检测方法，
所对应的装置包括压缩腔，设置于压缩腔内部的激光器（1），针孔（2）、准直物镜（3）、矩形光栅（4）、成像物镜（5）和图像传感器（6）；激光器（1）发出的激光束经过针孔（2）后形成点光源，再由准直物镜（3）准直后形成平行光，照射到矩形光栅（4）上，被照亮的矩形光栅（4）经成像物镜（5）成像到图像传感器（6）表面；所述的压缩腔外设置有用于调节压缩腔内气压的空气压缩机和抽气机；
其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤a、利用抽气机将压缩腔抽成真空，图像传感器（6）对矩形光栅（4）成像，得到矩形光栅（4）的第一对比度；
步骤b、利用空气压缩机将待测空气压入压缩腔，将压缩腔内的空气压缩到500个标准大气压；
步骤c、图像传感器（6）对矩形光栅（4）成像，得到矩形光栅（4）的第二对比度；
步骤d、利用第二对比度与第一对比度做商运算，得到调制传递函数；
步骤e、根据调制传递函数与PM2.5的浓度关系，得到PM2.5的浓度。
2.根据权利要求1所述的基于压缩空气的小型PM2.5浓度检测方法，其特征在于，所述的调制传递函数与PM2.5的浓度关系，采用标定的方法获得。
3.根据权利要求2所述的基于压缩空气的小型PM2.5浓度检测方法，其特征在于，标定调制传递函数与PM2.5浓度关系的具体方法为：
步骤a、利用抽气机将压缩腔抽成真空，图像传感器（6）对矩形光栅（4）成像，得到矩形光栅（4）的第一对比度；
步骤b、利用现有PM2.5浓度检测技术，获得气体的PM2.5浓度值，
步骤c、将获得PM2.5浓度值的气体压缩到压缩腔内，达到500个大气压；
步骤d、图像传感器（6）对矩形光栅（4）成像，得到矩形光栅（4）的第二对比度；
步骤e、利用第二对比度与第一对比度做商运算，得到调制传递函数；
步骤f，将步骤e得到的调制传递函数与步骤b 得到的PM2.5浓度值组合成数组，即：调制传递函数-PM2.5浓度数组，得到步骤e得到的调制传递函数与步骤b得到的PM2.5浓度之间的关系。
4.根据权利要求3所述的基于压缩空气的小型PM2.5浓度检测方法，其特征在于，标定调制传递函数与PM2.5浓度关系的具体方法还包括将多个调制传递函数-PM2.5浓度数组进行拟合，得到调制传递函数-PM2.5浓度曲线。
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