CN106053320B - 一种使用普通颗粒对激光颗粒计数器进行校准的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种使用普通颗粒对激光颗粒计数器进行校准的方法，该使用普通颗粒对激光颗粒计数器进行校准的方法包括以下步骤：放入整体的颗粒尺寸分布服从对数正态分布的颗粒；把颗粒的重量分布转换为尺寸分布；通过激光颗粒计数器采集颗粒的电信号；筛选出电信号正态分布的均数μI；通过均数μI得到校准的电信号。本发明的有益效果是：提高了校准的准确度，排除了标准设备自身的误差以及颗粒在空间分布不均匀对校准结果造成的干扰；其次实现了纯自动化校准，提高校准结果的准确性和校准的效率；同时也降低了校准的成本，实现了提高效率和降低成本的双重目的。

Description

一种使用普通颗粒对激光颗粒计数器进行校准的方法
技术领域
本发明涉及到激光颗粒计数器校准领域的技术领域，尤其涉及到一种使用普通颗粒对激光颗粒计数器进行校准的方法。
背景技术
激光颗粒计数器在应用中用于检测环境中PM0.3、PM2.5、PM10等指标。激光颗粒计数器基于光的散射原理，一束激光经过被测颗粒的散射后改变方向，被激光接收器接收。激光接收器把接受到的光信号转换为电信号。激光颗粒计数器通过处理该电信号(整形和放大)，并建立电信号与光信号以及颗粒大小的对应关系，即可得到环境中各种大小微粒的数量。
现行的校准方法是参照某一标准设备进行对照校准。在校准时，把用于作为标准的设备放入校准环境中并读取其读数。通过调整待校准计数器电路上的一个可调电阻(可以是其他方法，本质是调整电信号与颗粒大小的对应系数的大小)来使待校准计数器的读数与标准设备读数一致。
现有技术的缺点是：1、由于在环境中颗粒的分布本质上并不均匀，所以不同位置的颗粒浓度并不能保证一致，加之标准设备本身也会有测量误差，所以标准设备的读数对待校准计数器只是相对准确而不是绝对准确；2、操作复杂，需要手动输入各项参数，甚至手动调节电信号幅度对应参数，难以自动化；本发明着力解决以上两个问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种使用普通颗粒对激光颗粒计数器进行校准的方法。
本发明是通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种使用普通颗粒对激光颗粒计数器进行校准的方法，该使用普通颗粒对激光颗粒计数器进行校准的方法包括以下步骤：
放入整体的颗粒尺寸分布服从对数正态分布的颗粒；
把颗粒的重量分布转换为尺寸分布；
通过激光颗粒计数器采集颗粒的电信号；
筛选出电信号正态分布的均数μI；
通过均数μI得到校准的电信号。
优选的，还包括：通过采购标签上获得对数正态分布颗粒的均数和标准差，或者对标准颗粒首先进行测试，获得其重量的正态分布规律。
优选的，转换的颗粒的尺寸分布的正态分布方程为：fn(rlog)＝N(μn＝μw-3σw 2，σn＝σw)，其中μn为尺寸分布的均数，σn为尺寸分布的方差；μw为重量分布的均数，σw为重量分布的方差。
优选的，其特征在于，电信号与颗粒尺寸的关系式为IP＝α×r2；转换的电信号的对数与α的对数满足以下关系log(Ip)＝log(α)+2rlog。
优选的，转换后的电信号的均数α的表达式
优选的，所述筛选出电信号正态分布的均数μI具体为：对电信号的采样和处理；筛选出电信号正态分布的均数μI。
本发明的有益效果是：提高了校准的准确度，排除了标准设备自身的误差以及颗粒在空间分布不均匀对校准结果造成的干扰；其次实现了纯自动化校准，提高校准结果的准确性和校准的效率；同时也降低了校准的成本，实现了提高效率和降低成本的双重目的。
附图说明
图1是本发明实施例提供的使用普通颗粒对激光颗粒计数器进行校准的方法的流程图；
图2是本发明提供的激光颗粒计数器工作原理示意图；
图3是本发明提供的校准原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1是本发明提供的使用普通颗粒对激光颗粒计数器进行校准的方法的流程图。
本发明实施例提供了一种使用普通颗粒对激光颗粒计数器进行校准的方法，该使用普通颗粒对激光颗粒计数器进行校准的方法包括以下步骤：
放入整体的颗粒尺寸分布服从对数正态分布的颗粒；
把颗粒的重量分布转换为尺寸分布；
通过激光颗粒计数器采集颗粒的电信号；
筛选出电信号正态分布的均数μI；
通过均数μI得到校准的电信号。
在上述实施例中，采用上述方法提高了校准的准确度，排除了标准设备自身的误差以及颗粒在空间分布不均匀对校准结果造成的干扰；其次实现了纯自动化校准，提高校准结果的准确性和校准的效率；同时也降低了校准的成本，实现了提高效率和降低成本的双重目的。
为了方便理解本实施例提供的方法，下面结合具体的实施例进行详细的说明。
该方法的整体思路是1、不再使用标准设备进行参考；2、优化校准的流程，减去人工操作的步骤，实现校准自动化；3、降低校准的成本。该方案把校准过程中的标准由标准设备改为颗粒。从而不再以校准设备的读数为参考，而是以整个光散射理论为依据进行校准。在光的散射理论中，激光接收器接收到的散射光强度与颗粒直径的平方成正比例关系，设为k1；激光接收器转换的电信号强度与接收的散射光强度也成正比例关系，设为k2。从而电信号与颗粒直径的平方的对应系数为k1*k2。而影响k1和k2的因素只与整个激光颗粒计数器的元器件性能和安装位置有关，因此校准的关键在于得到k1*k2的数值。
如图2所示，激光颗粒计数器在应用中用于检测环境中PM0.3、PM2.5、PM10等指标。激光颗粒计数器基于光的散射原理，一束激光经过被测颗粒的散射后改变方向，被激光接收器接收。激光接收器把接受到的光信号转换为电信号。激光颗粒计数器通过处理该电信号(整形和放大)，并建立电信号与光信号以及颗粒大小的对应关系，即可得到环境中各种大小微粒的数量。
请参阅图3，所以在校准环境中放入已知直径大小的单一颗粒，同时计数器对接收到的电信号进行测量。通过上述过程，激光颗粒计数器会获得k1*k2的具体数值并存入存储器，从而完成了整个校准过程。
但是目前单一尺寸的颗粒价格高昂，所以进一步考虑使用便宜易得的普通颗粒代替单一标准颗粒。某普通颗粒，比如滑石粉，虽然不知道每个颗粒的粒径，但是根据Kolmogorov定理，其整体的颗粒尺寸分布服从对数正态分布。
并且通过采购标签的信息即可获得对数正态分布颗粒的均数和标准差。
为了得到计数器输出值与滑石粉尺寸的对应关系，我们需要考虑求解滑石粉尺寸与测得电信号的转换关系。假设电信号与颗粒尺寸的关系式为IP＝α×r2,即为要求的系数。因为rlog＝log(r)，所以fw(rlog)＝N(μw，σw)。现在我们需要把滑石粉的重量分布转换为尺寸分布。滑石粉的尺寸分布的正态分布方程可以经推导得出：fn(rlog)＝N(μn＝μw-3σw 2，σn＝σw)，其中μn为尺寸分布的均数，σn为尺寸分布的方差；μw为重量分布的均数，σw为重量分布的方差。
由IP＝α×r2可知电信号的对数与α的对数满足以下关系log(Ip)＝log(α)+2rlog。通过rlog与log(Ip)的线性关系，可以得到f(log(Ip))＝N(μ1＝logα+2μn,σ1＝2σn)。通过上式可知：(1)把颗粒尺寸转换为电信号以后仍然满足对数正态分布；(2)标准差σI＝2σn＝2σw，因此在校准过程没有必要获取电信号正态分布的标准差；(3)均数，由此可以得到α的表达式因此，只要在校准过程中通过软件对电信号的采样和处理，筛选出电信号正态分布的均数μI，就可以得到α的数值，从而可以完成校准过程。
通过上述描述可以看出，采用上述方法提高了校准的准确度，排除了标准设备自身的误差以及颗粒在空间分布不均匀对校准结果造成的干扰；其次实现了纯自动化校准，提高校准结果的准确性和校准的效率；同时也降低了校准的成本，实现了提高效率和降低成本的双重目的。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种使用普通颗粒对激光颗粒计数器进行校准的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
放入整体的颗粒尺寸分布服从对数正态分布的颗粒；
把颗粒的重量分布转换为尺寸分布；
通过激光颗粒计数器采集颗粒的电信号；
筛选出电信号正态分布的均数；
通过均数得到校准的电信号；
还包括：通过采购标签上获得对数正态分布颗粒的均数和标准差，或者对标准颗粒首先进行测试，获得其重量的正态分布规律；
所述转换的颗粒的尺寸分布的正态分布方程为： ，其中为尺寸分布的均数，为尺寸分布的方差；为重量分布的均数，为重量分布的方差。
2.根据权利要求1所述的使用普通颗粒对激光颗粒计数器进行校准的方法，其特征在于，电信号与颗粒尺寸的关系式为；转换的电信号的对数与的对数满足以下关系。
3.根据权利要求2所述的使用普通颗粒对激光颗粒计数器进行校准的方法，其特征在于，转换后的电信号的均数的表达式。
4.根据权利要求1~3任一项所述的使用普通颗粒对激光颗粒计数器进行校准的方法，其特征在于，所述筛选出电信号正态分布的均数具体为：对电信号的采样和处理；筛选出电信号正态分布的均数。
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