CN104897538A - 一种基于数字全息术的工地扬尘检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字全息术的工地扬尘检测装置，包括：计算机，所述工地扬尘检测装置还包括：光源、针孔、滤光片、以及阵列式检测器，本发明针对工地扬尘的快速和多参数检测的要求，引入了数字全息术的新方法，通过结构简单的检测装置记录全息图，并利用计算机模拟光学衍射过程，解析全息图，获取扬尘颗粒散布区域的三维立体图像，提取扬尘颗粒浓度信息和粒度信息，实现扬尘颗粒空间浓度和粒度分布的快速检测，满足了实际应用中的多种需要。

Description

一种基于数字全息术的工地扬尘检测装置

技术领域

本发明涉及工地扬尘检测装置领域，尤其涉及一种基于数字全息术的工地扬尘检测装置。

背景技术

目前，颗粒物已经成为我国城市大气污染的首要污染物，其中，来源于工地扬尘的颗粒物在大气颗粒物总量中所占的比重正在逐年增加，已经成为造成城市大气污染的主要因素之一。近年来，我国尤其是中西部地区正处于城市基础设施建设的高峰时期，建筑、拆迁、道路施工及堆料、运输遗洒等施工过程产生的工地扬尘不断增多，其中，管理措施不够完善，导致粗放式施工的出现，是工地扬尘污染不断恶劣的重要原因，因此，开展工地扬尘监测对督促施工方采取防尘、降尘措施具有极为重要的意义，对改善工地周边环境、提高大气质量具有推动作用。

目前，对于工地扬尘的检测主要采用取样法和非取样法两种方式，取样法主要包括称重法、β射线吸收法、压电晶体震荡法等，具有较高的检测精度，然而，由于需要事先采集工地扬尘的样本，限制了检测速度，并且，检测设备的操作要求较高、使用环境要求苛刻，不能满足现场检测的需要；非取样法主要根据激光散射原理测量工地扬尘颗粒的浓度，虽然具有较快的检测速度，并满足现场检测的需要，但是散射法只能够获取颗粒的浓度信息，即空间内颗粒的数量，单一的检测参数已经不能满足颗粒物检测要求不断增加的需要。

发明内容

本发明提供了一种基于数字全息术的工地扬尘检测装置，本发明实现了工地扬尘检测装置的结构简单化、检测快速化、以及检测多参数化，详见下文描述：

一种基于数字全息术的工地扬尘检测装置，包括：计算机，所述工地扬尘检测装置还包括：光源、针孔、滤光片、以及阵列式检测器，

所述光源用于产生满足单色性、光强条件的照明光束；所述针孔限制照明光束的空间传播范围，形成点光源；所述滤光片用于限制允许通过的照明光束的波长范围，抑制环境光干扰；

部分照明光束被扬尘颗粒散射，形成散射光波，散射光波的振幅和相位变化反映扬尘颗粒空间分布和粒度分布信息，称为物光波；部分照明光束没有被散射，称为参考光波；所述物光波和所述参考光波相干涉在所述阵列式检测器处形成干涉条纹；

所述阵列式检测器检测干涉条纹的光强信号，记录全息图数据；

所述计算机根据所述全息图数据，利用计算机模拟光学衍射过程，构造出扬尘颗粒散布区域的三维立体图像；

根据扬尘颗粒散布区域的三维立体图像的特点，通过特征识别的方法标记出扬尘颗粒，提取出扬尘颗粒空间浓度信息和粒度分布信息，实现对工地扬尘的检测。

其中，所述光源具体为：单色可见光发光二极管或可见光激光器。

所述滤光片为带通滤光片。

所述阵列式检测器具体为：互补金属氧化物半导体检测器或电荷耦合元件检测器。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明针对工地扬尘的快速和多参数检测的要求，引入了数字全息术的新方法，通过结构简单的检测装置记录全息图，并利用计算机模拟光学衍射过程，解析全息图，获取扬尘颗粒散布区域的三维立体图像，提取扬尘颗粒浓度信息和粒度信息，实现扬尘颗粒空间浓度和粒度分布的快速检测，满足了实际应用中的多种需要。

附图说明

图1为一种基于数字全息术的工地扬尘检测装置的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：光源；          2：针孔；

3：滤光片；        4：阵列式检测器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了解决背景技术中存在的缺点，本发明实施例引进新的检测方法——数字全息术，同时实现工地扬尘的快速检测和多参数检测，具体而言，根据数字全息术的基本原理，通过检测照明光束和散射光束的干涉条纹，记录包含扬尘颗粒的空间分布信息和粒度分布信息的全息图，并通过计算机模拟光学衍射再现全息图信息，获取扬尘颗粒散布区域的三维立体图像，提取扬尘颗粒的浓度信息和粒度信息，实现工地扬尘检测的目的，详见下文描述：

一种基于数字全息术的工地扬尘检测装置，参见图1，包括：光源1，针孔2，滤光片3，以及阵列式检测器4。

光源1用于产生单色性较好、光强较大的照明光束；针孔2限制照明光束的空间传播范围，形成点光源，使得照明光束为球面波。滤光片3限制允许通过的照明光束的波长范围，抑制环境光干扰。阵列式检测器4检测光强信号，记录全息图数据。

其中，光源1可以使用单色可见光发光二极管LED、可见光激光器，产生单色性较好、光强较大的照明光束等。

该基于数字全息术的工地扬尘检测装置的工作原理具体为：

照明光束向扬尘颗粒的散布区域传播，经过扬尘颗粒的散布区域后，部分照明光束被扬尘颗粒散射，形成散射光波，仍为球面波，由于散射光波的振幅和相位变化可以反映扬尘颗粒空间分布和粒度分布信息，被称为物光波；部分照明光束没有被散射，称为参考光波。物光波和参考光波相干涉会在阵列式检测器4处形成干涉条纹，称为全息图。

具体实现时，滤光片3使用带通滤光片，限制允许通过的光束的波长范围，仅允许对应光源1波长范围的光束通过，抑制环境光干扰。

阵列式检测器4可以使用互补金属氧化物半导体检测器CMOS、电荷耦合元件检测器CCD，检测物光波和参考光波相干涉产生的干涉条纹的光强分布，记录全息图，为后续计算机(外接)模拟光学衍射解析全息图提供数据。

根据全息图数据，利用外接的计算机模拟光学衍射过程，可以再现全息图所包含的信息，构造出扬尘颗粒散布区域的三维立体图像。根据扬尘颗粒散布区域的三维立体图像的特点，可以通过特征识别的方法标记出扬尘颗粒，在此基础上，提取出扬尘颗粒空间浓度信息和粒度分布信息，实现工地扬尘的检测。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于数字全息术的工地扬尘检测装置，包括：计算机，其特征在于，所述工地扬尘检测装置还包括：光源、针孔、滤光片、以及阵列式检测器，

所述光源用于产生满足单色性、光强条件的照明光束；所述针孔限制照明光束的空间传播范围，形成点光源；所述滤光片用于限制允许通过的照明光束的波长范围，抑制环境光干扰；

部分照明光束被扬尘颗粒散射，形成散射光波，散射光波的振幅和相位变化反映扬尘颗粒空间分布和粒度分布信息，称为物光波；部分照明光束没有被散射，称为参考光波；所述物光波和所述参考光波相干涉在所述阵列式检测器处形成干涉条纹；

所述阵列式检测器检测干涉条纹的光强信号，记录全息图数据；

所述计算机根据所述全息图数据，利用计算机模拟光学衍射过程，构造出扬尘颗粒散布区域的三维立体图像；

根据扬尘颗粒散布区域的三维立体图像的特点，通过特征识别的方法标记出扬尘颗粒，提取出扬尘颗粒空间浓度信息和粒度分布信息，实现对工地扬尘的检测。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字全息术的工地扬尘检测装置，其特征在于，所述光源具体为：

单色可见光发光二极管或可见光激光器。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字全息术的工地扬尘检测装置，其特征在于，所述滤光片为带通滤光片。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字全息术的工地扬尘检测装置，其特征在于，所述阵列式检测器具体为：

互补金属氧化物半导体检测器或电荷耦合元件检测器。