CN110672498B - 一种使用空间分割和时间相关的高浓度粒子计数方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用空间分割和时间相关的高浓度粒子计数方法，利用多个探测器同时工作，使不同空间的粒子产生的光信号由不同的探测器进行收集，大大降低计数时漏测、误测的问题；在后接信号比较电路进行筛选甄别，时间上进入和离开光敏区完全一致的信号为同一个粒子所产生，将同一时段的不同幅度的粒子信号进行信号筛选，滤除由噪声产生的小幅值信号，只保留最高幅度的信号为反应该粒子的真实散射光信号。本发明的计数方法大大降低了计数误差，提高了粒径分辨率和计数效率。

Description

一种使用空间分割和时间相关的高浓度粒子计数方法
技术领域
本发明涉及粒子计数领域，特别是一种使用空间分割和时间相关的高浓度粒子计数方法。
背景技术
目前我国对空气洁净度有要求的行业越来越多，要求也越来越高，汽车尾气、工业废气等等对人体健康、工业生产及大气气候造成了严重的影响，有效地监测气体指标并规范化进行控制迫在眉睫，而这些都需要用到高浓度粒子计数器来进行监测，其市场需求量越来越大，前景广阔。
传统的粒子计数器将待测粒子通过采样气流进入聚光腔，粒子在照明光束下发生散射，散射光信号由聚光腔收集，并由探测器将光脉冲信号转化为电脉冲信号。使用传统的探测器进行采集信号时，当待测气体浓度过高，会产生信号重叠、脉冲叠加的情况，从而导致最终计数准确率下降，各粒径档计数也误差较高，满足不了国家规定的“JJF 1190-2008尘埃粒子计数器校准规范”标准。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用空间分割和时间相关的高浓度粒子计数方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种使用空间分割和时间相关的高浓度粒子计数方法，包括以下步骤：
步骤1、待测尘埃粒子通过气泵系统匀速进入光敏区；
步骤2、传感器的三面分别对接光路系统、气路系统和空间阵列结构探测器，尘埃粒子由气路系统进入光敏区后在光敏区发生散射，散射光信号由空间阵列结构的探测器进行收集；
步骤3、多个不同的探测器后接各自的放大电路形成电脉冲信号，输入到信号比较电路；
步骤4、通过信号比较电路进行筛选和甄别，将同一个时间段不同幅度的信号进行筛选，保留最高幅度信号；
步骤5、根据信号幅度的大小，相应的计数通道进行计数，将多个不同探测器的计数结果相叠加。
进一步的，所述空间阵列结构的探测器包括多个光电二极管，不同的光电二极管通过拼接连成线型，中心探测器的中心线穿过传感器探测器版块的圆心位置，探测器的长轴与光路系统的轴线为同一平面，不同空间的光电二极管收集处于不同空间粒子的散射光信号。
进一步的，每个探测器探测到光信号的概率相等。
进一步的，比较器的个数与粒子计数器的粒径档总数相同。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)本发明将传统粒子计数器的探测器模块改为使用多个不同的探测器进行分开计数，处于不同空间的粒子进入光敏区后发生的光散射信号会由不同的探测器进行采集，这使得在测量高浓度粒子时的误测、漏测几率大大降低；(2)后接比较电路对信号进行筛选甄别，将同一个粒子产生的杂散光信号滤除，只保留真实的散射光信号，产生的计数误差将大大降低，只需在最后的计数过程中将不同探测器采集到的数据进行累计叠加。
附图说明
图1为空间分割和时间相关的高浓度粒子计数器工作原理示意图。
图2为粒子比较电位示意图。
图3为粒子发生重叠示意图。
图4为空间阵列结构探测器收集不同空间粒子的光散射信号原理示意图。
图5使用空间阵列结构探测器的光学原理示意图。
图6为光电二极管拼接示意图。
图7为比较电路筛选小信号示意图。
图中：1、激光源 2、非球面镜 3、球面反射镜 4、光敏区 5、光陷阱 6、空间阵列结构光电二极管 7、前置放大器 8、时间相关比较电路 9、气路系统 10、第一光电二极管 11、第二光电二极管 12、放大电路；12、空间阵列结构探测器 13、气路系统 14、传感器 15、光路系统 16、空间阵列结构探测器板块 17、过圆心的中心线 18、探测器版块的圆形底座。
具体实施方式
本发明的一种使用空间分割和时间相关的高浓度粒子计数方法，包含以下步骤：
(1)待测高浓度尘埃粒子通过气泵系统匀速进入光敏区；
(2)粒子在光敏区发生散射，散射光信号由探测器进行收集。尘埃粒子计数器中使用的光电探测器一般用的是光电二极管。光电二极管是将光信号变为电信号的一种有源器件，其工作原理是受激吸收，基本结构是一个p-n结。工作时p-n结施加反向偏压使之形成一定的耗尽区，当它受光辐射照射时，光子释放它的能量，激发电子到导带产生载流子即电子-空穴对。在电场的作用下，电子向n区漂移，空穴向p区漂移，从而形成光生电流。当入射光功率变化时，光电流也随之产生线性变化。
为了减少系统的漏测、误测，提高粒子计数器的计数效率和粒径分辨率，我们采用了空间阵列结构的探测器对高浓度的采样粒子进行采样。处于不同空间的粒子进行散射后产生的散射光信号由多个不同的探测器进行收集；
(3)多个不同的探测器后接各自的放大电路形成足够大的电脉冲信号，输入到比较器电路中，比较器的个数与粒子计数器的粒径档总数相同，每个比较器代表一个粒径档，该比较器的比较电位代表了相应粒径档的粒子信号幅度的阂值。当没有信号输入时，比较器输出高电平。一旦粒子经过光敏区，便会产生电脉冲信号，该信号的幅值随着时间的推移逐渐变大，当信号幅度大于比较电位时，比较器的输出电平发生翻转，当粒子穿越光敏区后，信号幅度最终减为零，比较器再次输出高电平。由此，比较器的输出电位经历了由高到低，再由低变高的过程，产生了一个下降沿和一个上升沿，通过对上升沿的计数便可得到相应粒径档的粒子数目。因此，对于同一个电脉冲粒子信号，有可能会有多个粒径档对应的比较器同时产生上升沿。由于粒子计数器中，所有粒径档对应的比较器同时对脉冲信号的幅度进行甄别，微机系统对甄别的结果进行统一处理，所以当同一个粒子进入光学传感器后，相应粒径档或较小粒径档都会计数。与此相对应，使用该种甄别方法时，各个粒径档计数值的意义是大于或等于该粒径值的粒子数目。
由于本次的采样气体为高浓度的待测气体，当气体浓度变高后，粒子通过光敏区产生的脉冲更容易产生重叠，当大于一个粒子同时穿过光敏区时，脉冲的波形和宽度都会发生变形，从而导致系统判断错误，对计数效率和粒径的判别产生非常大的影响，而由于之前采用了空间阵列结构分布的探测器，有效的降低了粒子漏测、误测的几率。
(4)后接信号比较电路进行筛选和甄别，由于粒子进入光敏区后除了会产生正常的散射光信号还会有一些其他的噪声信号产生，我们根据同一个粒子进入光敏区和离开光敏区的时间恒定的原理，将同一个时间段不同幅度的信号进行筛选，只保留最高幅度信号，将其他小幅度信号删除，这将大大降低计数误差，提高粒子的粒径分辨率和计数效率。
(5)根据信号幅度的大小，相应的计数通道进行计数，将多个不同探测器的计数结果相叠加。
本发明将传统粒子计数器的探测器模块改为使用多个不同的探测器进行分开计数。由于传统的粒子计数器在计数时由固定的一块探测器进行散射光信号的收集，当气体浓度变高后，粒子通过光敏区产生的脉冲更容易产生重叠，当大于一个粒子同时穿过光敏区时，脉冲的波形和宽度都会发生变形，从而导致系统判断错误，对计数效率和粒径的判别产生非常大的影响，从而发生大量的漏测、误测现象。
而在使用空间阵列结构的探测器代替原本传统的探测器后，处于不同空间的粒子进入光敏区后发生的光散射信号会由不同的探测器进行采集，这使得在测量高浓度粒子时的误测、漏测几率大大降低。
后接比较电路对信号进行筛选甄别，将同一个粒子产生的杂散光信号滤除，只保留真实的散射光信号，产生的计数误差将大大降低，只需在最后的计数过程中将不同探测器采集到的数据进行累计叠加。
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，空间分割和时间相关的高浓度粒子计数器工作原理示意图，其结构包括激光源1、非球面镜2、球面反射镜3、光敏区4、光陷阱5、空间阵列结构探测器6、前置放大器7、时间相关比较电路8和气路系统9等。光路方向、气路方向和探测器收集光信号的方向两两垂直，在三路交汇处置入一个长方体传感器进行交互。激光源发射的激光通过非球面镜后形成光敏区，待测粒子经气泵系统匀速进入光敏区后发生光散射，位于不同空间的粒子产生的散射光信号由不同的光电二极管进行收集，最后经由放大电路对小信号进行放大。在正常情况下采集到的粒子信号如图2所示，根据脉冲幅度的大小我们用比较电位的方式来确定该粒子的粒径大小。当粒子浓度明显提高后，粒子进入光敏区产生的脉冲更容易产生重叠，当大于一个粒子同时穿过光敏区时，脉冲的波形和宽度都会发生变形，如图3所示，从而导致系统判断错误，对计数效率和粒径的判别产生非常大的影响，从而发生大量的漏测、误测现象。
本实施例以两块探测器为例，如图4所示，传统的探测器只需要一块探测器进行收集计数，而使用空间阵列结构探测器进行计数时首先需要对探测器的版块进行拼接。图中，将第一光电二极管10和第二光电二极管11进行拼接，后接放大电路12。光路系统、气路系统和探测器板块的交界处为传感器，如图5所示为传感器的结构示意图，三面分别对接光路系统15、气路系统13和探测器版块16。
如图6所示，将第一光电二极管10和第二光电二极管11进行拼接，使不同的探测器能够收集不同空间的粒子，拼接之后为长条形状，将拼接后的探测器长轴穿过传感器的圆心。应保证探测器的长轴与光路系统的轴线为同一平面，将探测器的接缝位置对准探测器版块圆形底座18的圆心位置，拼接线与过圆心的中心线17重合。确保不同的探测器能够收集到光信号的概率是相同的，也防止因为探测器的位置不对称而造成光信号接收不全面等问题。
由于使用了空间阵列结构的探测器进行高浓度尘埃粒子的计数，在不同探测器后需要接各自的放大电路进行小信号放大，后接信号比较电路进行筛选和甄别，将同一个时间段不同幅度的信号进行筛选，只保留最高幅度信号，将其他小幅度信号删除，如图7所示。通过对电脉冲信号幅度的判别，可以得出粒子的光学等效粒径，最后由相应的计数通道分别进行计数，得出的计数结果进行累加。

Claims (3)

1.一种使用空间分割和时间相关的高浓度粒子计数方法，其特征在于，该方法基于空间分割和时间相关的高浓度粒子计数器实现，高浓度粒子计数器包括激光源(1)、非球面镜(2)、球面反射镜(3)、光敏区(4)、光陷阱(5 )、空间阵列结构探测器(6)、前置放大器(7)、时间相关比较电路(8)和气路系统(9)，光路方向、气路方向和探测器收集光信号的方向两两垂直，在三路交汇处置入一个长方体传感器进行交互；激光源发射的激光通过非球面镜后形成光敏区，待测粒子经气泵系统匀速进入光敏区后发生光散射，位于不同空间的粒子产生的散射光信号由不同的光电二极管进行收集，最后经由放大电路对小信号进行放大；该计数方法包括以下步骤：
步骤1、待测尘埃粒子通过气泵系统匀速进入光敏区；
步骤2、传感器的三面分别对接光路系统、气路系统和空间阵列结构探测器，尘埃粒子由气路系统进入光敏区后在光敏区发生散射，散射光信号由空间阵列结构的探测器进行收集；所述空间阵列结构的探测器包括多个光电二极管，不同的光电二极管通过拼接连成线型，中心探测器的中心线穿过传感器探测器版块的圆心位置，探测器的长轴与光路系统的轴线为同一平面，不同空间的光电二极管收集处于不同空间粒子的散射光信号；
步骤3、多个不同的探测器后接各自的放大电路形成电脉冲信号，输入到信号比较电路；
步骤4、通过信号比较电路进行筛选和甄别，将同一个时间段不同幅度的信号进行筛选，保留最高幅度信号；
步骤5、根据信号幅度的大小，相应的计数通道进行计数，将多个不同探测器的计数结果相叠加。
2.根据权利要求1所述的使用空间分割和时间相关的高浓度粒子计数方法，其特征在于，每个探测器探测到光信号的概率相等。
3.根据权利要求1所述的使用空间分割和时间相关的高浓度粒子计数方法，其特征在于，比较器的个数与粒子计数器的粒径档总数相同。
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US6016194A (en) * 1998-07-10 2000-01-18 Pacific Scientific Instruments Company Particles counting apparatus and method having improved particle sizing resolution
US20140002662A1 (en) * 2012-06-22 2014-01-02 E. Neil Lewis Particle characterization
CN104345018B (zh) * 2014-06-04 2019-03-05 秦少平 一种基于探测器阵列的流式颗粒物测量仪
CN104568175B (zh) * 2014-12-29 2018-03-09 成都麟鑫泰来科技有限公司 单光子阵列探测成像装置

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