CN109709007B - 高精度气溶胶粒径浓度测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的高精度气溶胶粒径浓度测量系统，包括颗粒发生器、流速控制器、三维微调器、光源、光源控制器、显微物镜、线阵CCD和终端；颗粒发生器与流速控制器连接；流速控制器与三维微调器连接；光源控制器与光源连接；光源设置在三维微调器上；线阵CCD通过显微物镜与三维微调器连接；终端与线阵CCD建立通信连接。本发明提供的一种高精度气溶胶粒径浓度测量系统，采用线阵CCD对颗粒成像处理，精确地对每个颗粒进行成像，避免了漏检的情况，大大提高了粒径浓度测量的精度，且系统成本低廉，适用于批量的自动化检测；还提供一种高精度气溶胶粒径浓度测量方法，仅需要一次标定，操作简单，且实现了自动化检测，极大地降低了人工成本，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及光电检测领域，更具体的，涉及一种高精度气溶胶粒径浓度测量系统，还涉及一种高精度气溶胶粒径浓度测量方法。
背景技术
目前，在光学、大气环境检测、材料等领域最受重视的是颗粒特征的检测。其中，颗粒粒径以及浓度的测量尤为关键，颗粒的粒径及其浓度的测量是对颗粒最基本也是最重要的方面。在很多产业中，对工作环境颗粒的粒径大小以及浓度都有非常精确的要求。比如光学器件制造工艺中的超净室就对室内环境的颗粒具有空气洁净度的评判标准，每立方米空气粒径大于等于0.1微米的微粒数不能超过1000个。现有存在的粒径浓度测量系统价格昂贵，难得得到很好的普及，且测量精度不够，无法准确测量到粒径的浓度并且现有存在系统需要较长时间采集并筛选数据进行气溶胶浓度的计算。
发明内容
本发明为克服现有存在的粒径浓度测量系统价格昂贵，难以得到很好的普及，测量精度不够，存在无法准确测量到粒径的浓度的技术缺陷，提供一种高精度气溶胶粒径浓度测量系统。
为克服现有的现有的通过人工进行测量的方式，存在费时费力，生产效率低下的技术缺陷，提供一种高精度气溶胶粒径浓度测量方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
高精度气溶胶粒径浓度测量系统，包括颗粒发生器、流速控制器、三维微调器、光源、光源控制器、显微物镜、线阵CCD和终端；其中：
所述颗粒发生器通过导管与所述流速控制器连接；
所述流速控制器通过导管与所述三维微调器连接；
所述光源控制器与所述光源连接；
所述光源设置在所述三维微调器上；
所述线阵CCD通过所述显微物镜与所述三维微调器连接；
所述终端与所述线阵CCD建立通信连接。
其中，所述光源为半导体紫外激光源。
其中，所述三维微调器用于所述光源X方向、Y方向、Z方向位置的微调。
其中，所述颗粒发生器、流速控制器、三维微调器的导管连接处均设置有密封胶。
其中，所述终端与所述线阵CCD通过USB接口进行通信连接。
其中，所述终端主体为图像处理系统，所述图像处理系统通过所述线阵CCD所拍摄的数据，得到对应的数据pix、C，完成对区域内气溶胶颗粒粒径以及浓度的测量；
其中，所述数据pix为1微米颗粒所占像素宽度参量，所述数据C为气溶胶浓度参量。
一种应用所述的高精度气溶胶粒径浓度测量系统的高精度气溶胶粒径浓度测量方法，包括以下步骤：
S1：对线阵CCD进行标定；
S2：开启流速控制器，调整流速控制器使其输出气体的速度为V，其中V≤0.6L/min；
S3：进行实际测量，计算区域内颗粒粒径与浓度。
其中，所述步骤S1包括以下步骤：
S11：摇匀1微米的国家标准颗粒，并用蒸馏水稀释，将其均匀地分散在颗粒发生器中，通过颗粒发生器使颗粒进入连接的导管中，经过流速控制器后颗粒缓慢地进入线阵CCD的成像区域中，出射的图像信号直接呈现在终端上；
S12：调整三维微调器中X方向、Y方向、Z方向的旋钮，以及光源控制器中的光强按钮使线阵CCD能输出优质信号至终端中，即在图像处理系统中观测到颗粒经过线阵CCD的成像区域时，有明显的波峰波谷；
S13：调整流速控制器改变气体流速，使经过线阵CCD成像区域中的颗粒以确定的间隔进入线阵CCD的成像区域；
S14：记录1微米颗粒所占的像素pix，完成线阵CCD的标定。
其中，所述步骤S3包括以下步骤：
S31：移除颗粒发生器，使流速控制器抽取检测区域内的气体，持续时间为T，其中T>30s；
S32：通过图像处理系统获得在时间T内经过线阵CCD成像区域的所有气溶胶颗粒Dn所占像素pixn信息，获取每个颗粒的粒径，计算公式为：
Dn＝pixn/pix；
S33：通过图像处理系统获得在时间T内经过线阵CCD成像区域的气溶胶颗粒数量Nn；
S34：计算每种颗粒浓度Cn信息，具体计算公式为：
Cn＝N×T/V。
上述方案中，基于一维光电传感器的高精度气溶胶粒径浓度测量系统，在使用过程中，由于一维光电传感器的光敏单元尺寸小以及相邻的尺寸都是纳米级，每个光敏单元对于光强的变化较为敏感，所以对于微米级的颗粒粒径能够非常精准的识别。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提供的一种高精度气溶胶粒径浓度测量系统，采用线阵CCD对颗粒成像处理，精确地对每个颗粒进行成像，避免了漏检的情况，大大提高了粒径浓度测量的精度，且系统成本低廉，适用于批量的自动化检测；本发明还提供一种高精度气溶胶粒径浓度测量方法，仅需要一次标定，操作简单，且实现了自动化检测，极大地降低了人工成本，提高了生产效率。
附图说明
图1为高精度气溶胶粒径浓度测量系统结构示意图。
其中：1、颗粒发生器；2、流速控制器；3、三维微调器；4、光源；5、光源控制器；6、显微物镜；7、线阵CCD；8、终端。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，高精度气溶胶粒径浓度测量系统，包括颗粒发生器1、流速控制器2、三维微调器3、光源4、光源控制器5、显微物镜6、线阵CCD7和终端8；其中：
所述颗粒发生器1通过导管与所述流速控制器2连接；
所述流速控制器2通过导管与所述三维微调器3连接；
所述光源控制器5与所述光源4连接；
所述光源4设置在所述三维微调器3上；
所述线阵CCD7通过所述显微物镜6与所述三维微调器3连接；
所述终端8与所述线阵CCD7建立通信连接。
更具体的，所述光源4为半导体紫外激光源。
更具体的，所述三维微调器3用于所述光源4X方向、Y方向、Z方向位置的微调。
更具体的，所述颗粒发生器1、流速控制器2、三维微调器3的导管连接处均设置有密封胶。
更具体的，所述终端8与所述线阵CCD7通过USB接口进行通信连接。
更具体的，所述终端8主体为图像处理系统，所述图像处理系统通过所述线阵CCD7所拍摄的数据，得到对应的数据pix、C，完成对区域内气溶胶颗粒粒径以及浓度的测量；其中，所述数据pix为1微米颗粒所占像素宽度参量，所述数据C为气溶胶浓度参量。
一种应用所述的高精度气溶胶粒径浓度测量系统的高精度气溶胶粒径浓度测量方法，包括以下步骤：
S1：对线阵CCD7进行标定；
S2：开启流速控制器2，调整流速控制器2使其输出气体的速度为V，其中V≤0.6L/min；
S3：进行实际测量，计算区域内颗粒粒径与浓度。
更具体的，所述步骤S1包括以下步骤：
S11：摇匀1微米的国家标准颗粒，并用蒸馏水稀释，将其均匀地分散在颗粒发生器1中，通过颗粒发生器1使颗粒进入连接的导管中，经过流速控制器2后颗粒缓慢地进入线阵CCD7的成像区域中，出射的图像信号直接呈现在终端8上；
S12：调整三维微调器3中X方向、Y方向、Z方向的旋钮，以及光源控制器5中的光强按钮使线阵CCD7能输出优质信号至终端8中，即在图像处理系统中观测到颗粒经过线阵CCD7的成像区域时，有明显的波峰波谷；
S13：调整流速控制器2改变气体流速，使经过线阵CCD7成像区域中的颗粒以确定的间隔进入线阵CCD7的成像区域；
S14：记录1微米颗粒所占的像素pix，完成线阵CCD7的标定。
更具体的，所述步骤S3包括以下步骤：
S31：移除颗粒发生器1，使流速控制器2抽取检测区域内的气体，持续时间为T，其中T>30s；
S32：通过图像处理系统获得在时间T内经过线阵CCD7成像区域的所有气溶胶颗粒Dn所占像素pixn信息，获取每个颗粒的粒径，计算公式为：
Dn＝pixn/pix；
S33：通过图像处理系统获得在时间T内经过线阵CCD7成像区域的气溶胶颗粒数量Nn；
S34：计算每种颗粒浓度Cn信息，具体计算公式为：
Cn＝N×T/V。
在具体实施过程中，基于一维光电传感器的高精度气溶胶粒径浓度测量系统，在使用过程中，由于一维光电传感器的光敏单元尺寸小以及相邻的尺寸都是纳米级，每个光敏单元对于光强的变化较为敏感，所以对于微米级的颗粒粒径能够非常精准的识别。
在具体实施过程中，通过颗粒发生器1、流速控制器2、三维微调器3为颗粒粒径浓度的测量搭建了环境；通过光源4对流至三维微调器3的颗粒进行打光，通过显微物镜6的放大作用以供线阵CCD7获取优质信号；采用线阵CCD7对颗粒成像处理，精确地对每个颗粒进行成像，避免了漏检的情况，大大提高了粒径浓度测量的精度。
在具体实施过程中，本发明提供的一种高精度气溶胶粒径浓度测量系统，采用线阵CCD7对颗粒成像处理，精确地对每个颗粒进行成像，避免了漏检的情况，大大提高了粒径浓度测量的精度，且系统成本低廉，适用于批量的自动化检测；本发明还提供一种高精度气溶胶粒径浓度测量方法，仅需要一次标定，操作简单，且实现了自动化检测，极大地降低了人工成本，提高了生产效率。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种高精度气溶胶粒径浓度测量方法，基于高精度气溶胶粒径浓度测量系统；所述的高精度气溶胶粒径浓度测量系统包括颗粒发生器（1）、流速控制器（2）、三维微调器（3）、光源（4）、光源控制器（5）、显微物镜（6）、线阵CCD（7）和终端（8）；
其中：
所述颗粒发生器（1）通过导管与所述流速控制器（2）连接；
所述流速控制器（2）通过导管与所述三维微调器（3）连接；
所述光源控制器（5）与所述光源（4）连接；
所述光源（4）设置在所述三维微调器（3）上；
所述线阵CCD（7）通过所述显微物镜（6）与所述三维微调器（3）连接；
所述终端（8）与所述线阵CCD（7）建立通信连接；
所述光源（4）为半导体紫外激光源；
所述三维微调器（3）用于所述光源（4）X方向、Y方向、Z方向位置的微调；
所述颗粒发生器（1）、流速控制器（2）、三维微调器（3）的导管连接处均设置有密封胶；
所述终端（8）与所述线阵CCD（7）通过USB接口进行通信连接；
所述终端（8）主体为图像处理系统，所述图像处理系统通过所述线阵CCD（7）所拍摄的数据，得到对应的数据、/>，完成对区域内气溶胶颗粒粒径以及浓度的测量；其中，所述数据/>为1微米颗粒所占像素宽度参量，所述数据/>为气溶胶浓度参量；
其特征在于，包括以下步骤：
S1：对线阵CCD（7）进行标定；
所述步骤S1包括以下步骤：
S11：摇匀1微米的国家标准颗粒，并用蒸馏水稀释，将其均匀地分散在颗粒发生器（1）中，通过颗粒发生器（1）使颗粒进入连接的导管中，经过流速控制器（2）后颗粒缓慢地进入线阵CCD的成像区域中，出射的图像信号直接呈现在终端（8）上；
S12：调整三维微调器（3）中X方向、Y方向、Z方向的旋钮，以及光源控制器（5）中的光强按钮使线阵CCD（7）能输出优质信号至终端（8）中，即在图像处理系统中观测到颗粒经过线阵CCD（7）的成像区域时，有明显的波峰波谷；
S13：调整流速控制器（2）改变气体流速，使经过线阵CCD（7）成像区域中的颗粒以确定的间隔进入线阵CCD（7）的成像区域；
S14：记录1微米颗粒所占的像素，完成线阵CCD（7）的标定；
S2：开启流速控制器（2），调整流速控制器（2）使其输出气体的速度为，其中；
S3：进行实际测量，计算区域内颗粒粒径与浓度；
所述步骤S3包括以下步骤：
S31：移除颗粒发生器（1），使流速控制器（2）抽取检测区域内的气体，持续时间为，其中/>；
S32：通过图像处理系统获得在时间内经过线阵CCD（7）成像区域的所有气溶胶颗粒所占像素/>信息，获取每个颗粒的粒径/>，计算公式为：
；
S33：通过图像处理系统获得在时间内经过线阵CCD（7）成像区域的气溶胶颗粒数量；
S34：计算每种颗粒浓度信息，具体计算公式为：
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