CN111272622A - 气溶胶质量浓度确定方法、装置及系统 - Google Patents

气溶胶质量浓度确定方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本说明书实施例公开了一种气溶胶质量浓度确定方法、装置及系统，所述方法应用于气溶胶检测系统的服务器，所述系统还包括颗粒分离器、以及位于所述颗粒分离器进口以及出口处的光学气溶胶检测设备。可以获取待测气溶胶所对应的测试工况下的分离效率模型，以及，获取待测气溶胶的光学当量粒径以及基于颗粒分离器分离处理前第一计数浓度、分离处理后第二计数浓度；利用所述第二计数浓度与第一计数浓度的比值，获得待测气溶胶的第一分离效率数据。然后，将第一分离效率输入所述分离效率模型中，获得待测气溶胶的气溶胶特征参数数据。基于气溶胶特征参数数据确定待测气溶胶各光学当量粒径对应的有效密度，进而准确确定所述待测气溶胶的总质量浓度。

Description

气溶胶质量浓度确定方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及气溶胶检测技术领域，特别地，涉及一种气溶胶质量浓度确定方法、装置及系统。
背景技术
当前光学气溶胶检测技术多数应用在以空气或烟气为主的工作介质中的气溶胶检测。现有的气溶胶检测均基于给定的标定粉尘进行测试，对颗粒的粒径和浓度测试结果进行标定。由于粉尘折射率会影响光学测量结果，而工业气体中粉尘折射率多种多样。现有的光学气溶胶检测在检测其它粉尘时，均须使用标准方法即称重法对质量浓度结果进行标定才能得到准确的结果。但很多工业气体生产运输过程中，携带的粉尘种类会随工况变化而变化，导致光学气溶胶检测的检测光路发生偏差，从而降低了气胶检测的测量精度。因此，如何在粉尘可能发生变化时提高气溶胶质量浓度检测精度，是当前急需解决的技术问题。
发明内容
本说明书实施例的目的在于提供一种气溶胶质量浓度确定方法、装置及系统，可以提高气溶胶质量浓度检测的准确性。
本说明书提供一种气溶胶质量浓度确定方法、装置及系统是包括如下方式实现的：
一种气溶胶质量浓度确定方法，应用于气溶胶检测系统的服务器，所述系统还包括颗粒分离器、以及位于所述颗粒分离器进口以及出口处的光学气溶胶检测设备，所述方法包括：
获取待测气溶胶所对应的测试工况下的分离效率模型，所述分离效率模型包括所述测试工况下气溶胶基于所述颗粒分离器的分离效率与气溶胶特征参数之间的函数关系，其中，所述气溶胶特征参数包括表征气溶胶的惯性与粘性特征的参数；
获取利用所述光学气溶胶检测设备测量的所述待测气溶胶的光学当量粒径、以及所述待测气溶胶基于颗粒分离器分离处理前不同光学当量粒径对应的第一计数浓度、分离处理后不同光学当量粒径对应的第二计数浓度；
计算所述第二计数浓度与第一计数浓度的比值，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的第一分离效率；
将所述第一分离效率输入所述分离效率模型中，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的第一气溶胶特征参数数据；
根据所述待测气溶胶的光学当量粒径以及相应的第一气溶胶特征参数数据计算所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的有效密度；
根据所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的有效密度以及第一计数浓度确定所述待测气溶胶的总质量浓度。
本说明书提供的所述方法的另一些实施例中，所述分离效率模型采用下述方式构建：
获取所述测试工况下不同粒径的标准颗粒基于颗粒分离器分离处理前的第三计数浓度、分离处理后的第四计数浓度；
计算所述第四计数浓度与第三计数浓度的比值，获得所述不同粒径的标准颗粒所对应的第二分离效率；
利用特征参数计算模型计算所述不同粒径的标准颗粒的第二气溶胶特征参数数据；
对所述不同粒径的标准颗粒的第二分离效率以及相应的第二气溶胶特征参数数据进行拟合处理，获得所述测试工况下的分离效率模型。
本说明书提供的所述方法的另一些实施例中，所述方法还包括：
获取所述待测气溶胶的真密度，根据所述待测气溶胶的真密度以及第一气溶胶特征参数数据，利用特征参数计算模型计算所述待测气溶胶在不同第一气溶胶特征参数数据下的特征粒径；
根据不同第一气溶胶特征参数数据下的特征粒径以及光学当量粒径对相应的光学当量粒径下的有效密度进行修正，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的修正后的有效密度；
根据所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的修正后的有效密度以及第一计数浓度，确定所述待测气溶胶的总质量浓度。
本说明书提供的所述方法的另一些实施例中，所述根据不同第一气溶胶特征参数数据下的特征粒径以及光学当量粒径对相应的光学当量粒径下的有效密度进行修正，包括：
利用下述公式对相应的光学当量粒径下的有效密度进行修正：
Figure BDA0002371665640000031
其中，ρop,j′表示光学当量粒径dop,j对应的修正后的有效密度，ρop,j表示光学当量粒径dop,j对应的有效密度，dst,j表示光学当量粒径dop,j对应的特征粒径，dop,j表示光学当量粒径。
另一方面，本说明书实施例还提供一种气溶胶质量浓度确定装置，应用于气溶胶检测系统的服务器，所述系统还包括颗粒分离器、以及位于所述颗粒分离器进口以及出口处的光学气溶胶检测设备，所述装置包括：
模型获取模块，用于获取待测气溶胶所对应的测试工况下的分离效率模型，所述分离效率模型包括所述测试工况下气溶胶基于所述颗粒分离器的分离效率与气溶胶特征参数之间的函数关系，其中，所述气溶胶特征参数包括表征气溶胶的惯性与粘性特征的参数；
数据获取模块，用于获取利用所述光学气溶胶检测设备测量的所述待测气溶胶的光学当量粒径、以及所述待测气溶胶基于颗粒分离器分离处理前不同光学当量粒径对应的第一计数浓度、分离处理后不同光学当量粒径对应的第二计数浓度；
分离效率计算模块，用于计算所述第二计数浓度与第一计数浓度的比值，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的第一分离效率；
特征参数计算模块，用于将所述第一分离效率输入所述分离效率模型中，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的第一气溶胶特征参数数据；
有效密度计算模块，用于根据所述待测气溶胶的光学当量粒径以及相应的第一气溶胶特征参数数据计算所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的有效密度；
质量浓度确定模块，用于根据所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的有效密度以及第一计数浓度确定所述待测气溶胶的总质量浓度。
本说明书提供的所述装置的另一些实施例中，所述装置还包括模型构建模块，所述模型构建模块包括：
数据获取单元，用于获取所述测试工况下不同粒径的标准颗粒分离处理前的第三计数浓度、分离处理后的第四计数浓度；
分离效率计算单元，用于计算所述第四计数浓度与第三计数浓度的比值，获得所述不同粒径的标准颗粒所对应的第二分离效率；
特征参数计算单元，用于利用特征参数计算模型计算所述不同粒径的标准颗粒的第二气溶胶特征参数数据；
分离效率模型构建单元，用于对所述不同粒径的标准颗粒的第二分离效率以及相应的第二气溶胶特征参数数据进行拟合处理，获得所述测试工况下的分离效率模型。
本说明书提供的所述装置的另一些实施例中，所述装置还包括修正模块，所述修正模块包括特征粒径计算单元以及修正单元，其中，
所述特征粒径计算单元用于获取所述待测气溶胶的真密度，根据所述待测气溶胶的真密度以及第一气溶胶特征参数数据，利用特征参数计算模型计算所述待测气溶胶不同第一气溶胶特征参数数据下的特征粒径；
所述修正单元用于根据不同第一气溶胶特征参数数据下的特征粒径以及光学当量粒径对相应的光学当量粒径下的有效密度进行修正，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的修正后的有效密度；
相应的，所述质量浓度确定模块还用于根据所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的修正后的有效密度以及第一计数浓度，确定所述待测气溶胶的总质量浓度。
本说明书提供的所述装置的另一些实施例中，所述修正单元还用于利用下述公式对相应的光学当量粒径下的有效密度进行修正：
Figure BDA0002371665640000041
其中，ρop,j′表示光学当量粒径dop,j对应的修正后的有效密度，ρop,j表示光学当量粒径dop,j对应的有效密度，dst,j表示光学当量粒径dop,j对应的特征粒径，dop,j表示光学当量粒径。
另一方面，本说明书实施例还提供一种气溶胶质量浓度确定设备，所述设备包括处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述指令被所述处理器执行时实现包括上述任意一个或者多个实施例所述方法的步骤。
另一方面，本说明书实施例还提供一种气溶胶质量浓度确定系统，，所述系统包括服务器、颗粒分离器、以及位于所述颗粒分离器进口以及出口处的气溶胶粒径检测仪；其中，
所述颗粒分离器用于对所述待测气溶胶进行分离处理；
所述气溶胶粒径检测仪用于对所述颗粒分离器进口处以及出口处的待测气溶胶进行粒径检测，获得待测气溶胶的光学当量粒径、以及所述待测气溶胶在分离处理前不同光学当量粒径对应的第一计数浓度、分离处理后不同光学当量粒径对应的第二计数浓度；
所述服务器包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现上述任意一个或者多个实施例所述方法的步骤。
本说明书一个或多个实施例提供的气溶胶质量浓度确定方法、装置及系统，通过在光学气溶胶检测设备之间串联颗粒分离器，利用特定工况下颗粒分离器的分离效率与表征气溶胶的惯性与粘性特征的气溶胶特征参数数据之间的函数关系不随颗粒种类变化的特征，在未知颗粒种类的情况下，准确确定出待测气溶胶的粒径与密度之间的关系，进而准确确定出气溶胶的总质量浓度。避免了因气溶胶种类变化所带来的气溶胶质量浓度测试误差，提高了气溶胶质量浓度检测的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本说明书提供的一种气溶胶质量浓度确定系统的结构示意图；
图2为本说明书提供的一种气溶胶质量浓度确定方法实施例的流程示意图；
图3为本说明书提供的一个实施例中的拟合结果示意图；
图4为本说明书提供的一种气溶胶质量浓度确定装置实施例的模块结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书实施例方案保护的范围。
本说明书的一些实施例中提供一种气溶胶检测系统，所述系统可以包括服务器、至少两台光学气溶胶检测设备以及颗粒分离器，所述颗粒分离器可以串接在至少两台光学气溶胶检测设备之间。所述颗粒分离器可以包括颗粒冲击器、虚拟冲击器、旋风分离器、折流板分离器、弯管分离器、三通或过滤器等。
图1表示本说明书的一个场景示例中的气溶胶检测系统的部分结构示意图。如图1所示，可以将光学气溶胶检测设备布置在颗粒分离器的进、出口，气溶胶先后流经第一光学气溶胶检测设备、颗粒分离器、第二光学气溶胶检测设备。第一光学气溶胶检测设备检测分离处理前的待测气溶胶的参数，第二光学气溶胶检测设备检测经过颗粒分离器分离处理后的待测气溶胶的参数。同过分离前后测试得到的参数可以计算出分离器对待测气溶胶的分离效率。服务器可以获取待测气溶胶对应的测试工况下颗粒分离器的分离效率与表征气溶胶的惯性与粘性特征的气溶胶特征参数数据之间的函数关系模型，利用该函数关系模型以及上述计算出的分离效率确定待测气溶胶的气溶胶特征参数数据分布。然后，可以根据气溶胶特征参数数据分布准确确定出待测气溶胶的粒径与密度之间的关系，进而准确确定出待测气溶胶的总质量浓度。
本说明书实施例提供的方案，通过在光学气溶胶检测设备之间串联颗粒分离器，利用特定工况下颗粒分离器的分离效率与表征气溶胶的惯性与粘性特征的气溶胶特征参数之间的函数关系不随颗粒种类变化的特征，在未知颗粒种类的情况下，准确确定出待测气溶胶的粒径与密度之间的关系，进而准确确定出气溶胶质量浓度，可以避免因气溶胶种类变化所带来的气溶胶质量浓度测试误差，提高气溶胶质量浓度检测的准确性。
图2是本说明书提供的所述气溶胶质量浓度确定方法实施例流程示意图。虽然本说明书提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤或装置结构，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法或装置中可以包括更多或者部分合并后更少的操作步骤或模块单元。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤或结构中，这些步骤的执行顺序或装置的模块结构不限于本说明书实施例或附图所示的执行顺序或模块结构。所述的方法或模块结构的在实际中的装置、服务器或终端产品应用时，可以按照实施例或者附图所示的方法或模块结构进行顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境、甚至包括分布式处理、服务器集群的实施环境)。
具体的一个实施例如图2所示，本说明书提供的气溶胶质量浓度确定方法的一个实施例中，所述方法可以应用于气溶胶检测系统的服务器，所述系统还可以包括颗粒分离器、以及位于所述颗粒分离部件进口以及出口处的光学气溶胶检测设备，所述方法可以包括：
S02：获取待测气溶胶所对应的测试工况下的分离效率模型，所述分离效率模型包括所述测试工况下气溶胶基于所述颗粒分离器的分离效率与气溶胶特征参数之间的函数关系，所述气溶胶特征参数包括表征气溶胶的惯性与粘性特征的参数。
服务器可以获取待测气溶胶所对应的测试工况下的分离效率模型，所述分离效率模型可以包括所述测试工况下气溶胶基于颗粒分离器的分离效率与气溶胶特征参数之间的函数关系。所述分离效率可以是指颗粒分离器对气溶胶进行分离处理的分离效率。所述气溶胶特征参数可以包括表征气溶胶的惯性与粘性特征的参数。所述气溶胶特征参数可以如为斯诺克斯数、空气动力学直径等。
可以分析待测气溶胶所对应的测试工况下的参数数据，所述测试工况下的参数数据可以包括气体组分、气体压力、气体温度等参数数据。然后，可以获取服务器中预先存储的与该测试工况各项参数数据相同的工况下的分离效率模型。或者，也可以利用与该测试工况各项参数数据相同的工况下的已知密度参数数据的气溶胶的分离效率数据以及气溶胶特征参数数据，构建该测试工况下的分离效率模型。
一些实施例中，可以利用已知密度参数数据的标准颗粒在待测气溶胶所对应的测试工况下颗粒分离器的分离效率数据以及标准颗粒的气溶胶特征参数数据，构建该测试工况下分离效率与气溶胶特征参数之间的函数关系，获得待测气溶胶所对应的测试工况下的分离效率模型。所述颗粒分离器与待测气溶胶测试时所使用的颗粒分离器的各项参数数据相同。优选的，可以直接使用待测气溶胶测试时所使用的颗粒分离器。使用所述分离效率模型可以采用下述方式构建：
获取所述测试工况下不同粒径的标准颗粒基于颗粒分离器分离处理前的第三计数浓度、分离处理后的第四计数浓度；
计算所述第四计数浓度与第三计数浓度的比值，获得所述不同粒径的标准颗粒所对应的第二分离效率；
利用特征参数计算模型计算所述不同粒径的标准颗粒的第二气溶胶特征参数数据；
对所述不同粒径的标准颗粒的第二分离效率以及相应的第二气溶胶特征参数数据进行拟合处理，获得所述测试工况下的分离效率模型。
所述颗粒分离器如可以为颗粒冲击器、旋风分离器、虚拟冲击器等类型额分离器。下面以单级颗粒冲击器为例进行分析。在利用已知密度参数数据的标准颗粒进行分离效率模型构建时，可以利用粒径检测仪检测颗粒分离器的进、出口处的颗粒粒径数据。所述粒径检测仪可以为光学颗粒物粒径谱仪、空气动力学粒径谱仪或扫描电迁移率粒径谱仪等等。本实例中可以采用空气动力学粒径谱仪进行对标准颗粒在颗粒分离器的进、出口处的颗粒粒径数据进行检测。
假设待测气溶胶所对应的所述测试工况的参数数据为：298K、1atm的空气，以已知密度的单分散psl小球作为标准颗粒。拟合处理时如可以利用任意S型曲线函数。假设拟合函数选择玻尔兹曼S型函数，气溶胶特征参数选择斯托克斯数，则玻尔兹曼S型函数可以表示为：
Figure BDA0002371665640000081
其中，A1、A2和b为拟合参数；fStk为分离效率；Stk为颗粒的斯托克斯数，Stk0为某一作为基准的已知粒径的标准颗粒的斯托克斯数。
可以根据粒径检测仪的检测结果确定所述测试工况下颗粒分离器进口处各粒径i所对应的标准颗粒的第三计数浓度C0,in,i，以及，出口处各粒径i所对应的标准颗粒的第四计数浓度C0,out,i。所述计数浓度表示各粒径i对应的标准颗粒在单位体积内的个数。具体数据如表1所示。表1表示标准颗粒测试及计算结果表。
然后，可以利用计算出口与进口处的第三计数浓度与第四计数浓度的比值，获得各粒径i对应的第二分离效率f0i，具体数据如表1所示。
Figure BDA0002371665640000082
相应的，特征参数计算模型可以为斯托克斯数计算模型。然后，可以利用斯托克斯数计算模型计算各粒径i对应的标准颗粒的第二斯托克斯数Stki。其中，斯托克斯数计算模型可以表示为：
Figure BDA0002371665640000091
其中，ρ0为测试标准颗粒的真密度，di为各粒径i对应的标准颗粒的实际粒径，u为气流速度，Cc为滑移系数，μ为气体动力粘度，D为障碍物的特征尺寸。
斯托克斯数计算模型的各参数数据可以由测试工况和颗粒分离器的结构参数决定。本实例中具体参数如下：
ρ0＝1050kg/m3，u＝15.12m/s，Cc＝1，μ＝17.9μPa*s，D＝1.05mm。
相应的，第二斯托克斯数Stki计算结果如表1所示。
使用玻尔兹曼S型函数拟合第二斯托克斯数Stki与第二分离效率f0i之间的函数关系，拟合效果图如图3所式，参数模拟结果如下：
A1＝115.6，A2＝8.24，Stk0＝0.3，d＝0.18。
将上述结果带入上述玻尔兹曼S型函数中，获得待测气溶胶所对应的测试工况下的分离效率模型：
Figure BDA0002371665640000092
表1标准颗粒测试及计算结果表
Figure BDA0002371665640000093
另一实例中，若选择空气动力学直径作为气溶胶特征参数，则相应的，所述特征参数计算模型可以为下述空气动力学直径计算模型：
Figure BDA0002371665640000101
其中，dA,i为各粒径i对应的空气动力学直径，ρ0为测试标准颗粒的真密度，di为各粒径i对应的标准颗粒的实际粒径，ρA为单位密度，ρA＝1000kg/m3，k为系数，k的值根据待测工况下的气流速度、气体动力粘度等参数的值确定。
相应的，可以将空气动力学直径代替上述斯托克斯数进行拟合处理，获得分离效率模型，这里不做赘述。
S04：获取利用所述光学气溶胶检测设备测量的所述待测气溶胶的光学当量粒径、以及所述待测气溶胶基于颗粒分离器分离处理前不同光学当量粒径对应的第一计数浓度、分离处理后不同光学当量粒径对应的第二计数浓度。
可以在两个以上的光学气溶胶检测设备的中间串联颗粒分离器，利用颗粒分离器对待测气溶胶进行分离处理，并利用光学气溶胶检测设备基于颗粒分离器分离处理前的待测气溶胶以及分离处理后的待测气溶胶进行检测，获得待测气溶胶在测试工况下的光学当量粒径、以及待测气溶胶基于颗粒分离器分离处理前不同光学当量粒径对应的第一计数浓度、分离处理后不同光学当量粒径对应的第二计数浓度。待测气溶胶可以为实际应用中的任意气溶胶。
本实例中以光学颗粒物粒径谱仪为检测仪器获取待测气溶胶的光学当量粒径，以及不同光学当量粒径所对应的计数浓度。本实例中以分散在空气中的DEHS作为待测气溶胶。利用颗粒分离器对DEHS进行分离处理，并利用光学颗粒物粒径谱仪检测颗粒分离器进口处(分离处理前)各光学当量粒径j对应的第一计数浓度Cin,j、以及检测颗粒分离器出口处(分离处理后)各光学当量粒径j对应的第二计数浓度Cout,j。部分测试结果见表2。表2表示待测气溶胶的计数浓度及分离效率表。
服务器可以获取待测气溶胶的光学当量粒径，以及各光学当量粒径下第二计数浓度和第一计数浓度。
S06：计算所述第二计数浓度与第一计数浓度的比值，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的第一分离效率。
服务器可以计算各光学当量粒径下的第二计数浓度和第一计数浓度的比值，获得各光学当量粒径对应的第一分离效率fi。上述实例对应的部分计算结果见表2。
表2待测气溶胶的计数浓度及分离效率表
Figure BDA0002371665640000111
S08：将所述第一分离效率输入所述分离效率模型中，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的第一气溶胶特征参数数据。
服务器可以利用分离效率模型以及第一分离效率计算各光学当量粒径对应的第一气溶胶特征参数数据，获得待测气溶胶的光学当量粒径和第一气溶胶特征参数数据的对应关系。以斯托克斯数作为气溶胶特征参数为例，如表3所示，表3表示待测气溶胶的光学当量粒径、第一斯托克斯数以及有效密度之间的对应关系表。
S10：根据所述待测气溶胶的光学当量粒径以及相应的第一气溶胶特征参数数据计算所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的有效密度。
可以将光学当量粒径以及各光学当量粒径对应的第一气溶胶特征参数数据代入特征参数计算模型中，获得待测气溶胶的各光学当量粒径对应的有效密度。以斯托克斯数作为气溶胶特征参数，基于斯托克斯数计算模型获得的具体结果见表3。基于上述实例，对应的具体参数如下：
Figure BDA0002371665640000112
其中，Stkop,j表示光学当量粒径j对应的第一斯托克斯数，ρop,j为光学当量粒径j对应的有效密度，dop,j表示光学当量粒径j对应的光学当量粒径，u＝15.12m/s，Cc＝1，μ＝17.9μPa*s，D＝1.05mm。
表3光学当量粒径、第一斯托克斯数以及有效密度的对应关系表
光学当量粒径(μm) 第一斯托克斯数Stk<sub>op,j</sub> 有效密度ρ<sub>op,j</sub>
1.287 0.189 1277
1.597 0.248 1089
1.845 0.285 1151
2.289 0.486 976
2.643 0.571 915
3.053 0.709 687
S12：根据所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的有效密度以及第一计数浓度确定所述待测气溶胶的总质量浓度。
服务器可以根据所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的有效密度以及第一计数浓度确定所述待测气溶胶的总质量浓度。具体的，可以计算各光学当量粒径下的有效密度与对应的第一计数浓度的乘积的加和，获得待测气溶胶的总质量浓度，如下：
M＝∑ρop,j×Cin,j
其中，M表示待测气溶胶的总质量浓度。
或者，也可以计算各光学当量粒径下的有效密度的均值，作为待测气溶胶的有效密度，利用下述公式待测气溶胶的总质量浓度：
M＝∑ρop×Cin,j
其中，ρop表示各光学当量粒径下的有效密度的均值。
另一些实施例中，所述方法还可以包括：
获取所述待测气溶胶的真密度，根据所述待测气溶胶的真密度以及第一气溶胶特征参数数据计算所述待测气溶胶不同第一气溶胶特征参数数据下的特征粒径；
根据不同第一气溶胶特征参数数据下的特征粒径以及光学当量粒径对相应的光学当量粒径下的有效密度进行修正，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的修正后的有效密度；
根据所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的修正后的有效密度以及第一计数浓度，确定所述待测气溶胶的总质量浓度。
可以获取待测气溶胶的真密度，根据所述待测气溶胶的真密度以及第一气溶胶特征参数数据计算所述待测气溶胶不同第一气溶胶特征参数数据下的特征粒径。
以斯托克斯数作为气溶胶特征参数，将真密度ρ＝915kg/m3以及第一斯托克斯数代入斯托克斯数计算模型中，求解得到各第一斯托克斯数对应的待测气溶胶的特征粒径，部分计算结果见表4。表4表示有效密度、第一斯托克斯数、特征粒径以及修正的有效密度的对应关系表。
Figure BDA0002371665640000131
其中，dst,j表示各第一斯托克斯数对应的特征粒径，ρ表示待测气溶胶的真密度。
以空气动力学直径作为气溶胶特征参数时，则将斯托克斯数计算模型替换为空气动力学直径计算模型即可，这里不做赘述。
可以使用特征粒径和光学当量粒径的比值对上述有效密度进行修正，修正公式如下。部分修正结果见表4。
Figure BDA0002371665640000132
其中，ρop,j′表示各光学当量粒径下修正后的有效密度。
可以计算修正后的有效密度的均值，获得待测气溶胶修正后的有效密度ρop′，相应的，可以利用修正后的有效密度计算待测气溶胶的总质量浓度：
M＝∑ρop′×Cin,j
计算的总质量浓度为6.25mg/m3。
表4有效密度、第一斯托克斯数、斯托克斯粒径、修正的有效密度对应关系表
Figure BDA0002371665640000133
上述实施例，通过在光学气溶胶检测设备中间串联颗粒分离器，利用特定工况下颗粒分离器的分离效率与表征气溶胶的惯性与粘性特征的气溶胶特征参数数据之间的函数关系不随颗粒种类变化的特征，准确的获取待测气溶胶的气溶胶特征参数数据。由于气溶胶特征参数为用来表征气溶胶惯性与粘性特征的参数，气溶胶各颗粒的惯性特征与颗粒的质量有关，使得气溶胶特征参数与颗粒的直径和密度相关联，因此，可以根据确定的气溶胶特征参数数据确定当前测试工况下气溶胶各颗粒的直径和密度的关联关系。然后，可以根据得到气溶胶特征参数数据和对应的光学当量粒径，计算出各光学当量粒径所对应的有效密度，进一步结合检测到的各光学当量粒径的浓度，计算出气溶胶总质量浓度。上述实施例提供的方法，避免了由于颗粒折射率变化所引起的颗粒粒径测试结果变化和计算所用的密度不对应导致的质量计算偏差，提高了光学气溶胶检测的精度。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。具体的可以参照前述相关处理相关实施例的描述，在此不做一一赘述。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书一个或多个实施例提供的气溶胶质量浓度确定方法，通过在光学气溶胶检测设备之间串联颗粒分离器，利用特定工况下颗粒分离器的分离效率与表征气溶胶的惯性与粘性特征的气溶胶特征参数数据之间的函数关系不随颗粒种类变化的特征，在未知颗粒种类的情况下，准确确定出待测气溶胶的粒径与密度之间的关系，进而准确确定出气溶胶的总质量浓度。避免了因气溶胶种类变化所带来的气溶胶质量浓度测试误差，提高了气溶胶质量浓度检测的准确性。
基于上述所述的气溶胶质量浓度确定方法，本说明书一个或多个实施例还提供一种气溶胶质量浓度确定装置。所述的装置可以包括使用了本说明书实施例所述方法的系统、软件(应用)、模块、组件、服务器等并结合必要的实施硬件的装置。基于同一创新构思，本说明书实施例提供的一个或多个实施例中的装置如下面的实施例所述。由于装置解决问题的实现方案与方法相似，因此本说明书实施例具体的装置的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。具体的，图4表示说明书提供的一种气溶胶质量浓度确定装置实施例的模块结构示意图。如图4所示，所述装置可以应用于气溶胶检测系统的服务器，所述系统还可以包括颗粒分离器、以及位于所述颗粒分离器进口以及出口处的光学气溶胶检测设备，所述装置可以包括：
模型获取模块102，可以用于获取待测气溶胶所对应的测试工况下的分离效率模型，所述分离效率模型包括所述测试工况下气溶胶基于所述颗粒分离器的分离效率与气溶胶特征参数之间的函数关系，其中，所述气溶胶特征参数包括表征气溶胶的惯性与粘性特征的参数；
数据获取模块104，可以用于获取利用所述光学气溶胶检测设备测量的所述待测气溶胶的光学当量粒径、以及所述待测气溶胶基于颗粒分离器分离处理前不同光学当量粒径对应的第一计数浓度、分离处理后不同光学当量粒径对应的第二计数浓度；
分离效率计算模块106，可以用于计算所述第二计数浓度与第一计数浓度的比值，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的第一分离效率；
特征参数计算模块108，可以用于将所述第一分离效率输入所述分离效率模型中，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的第一气溶胶特征参数数据；
有效密度计算模块110，可以用于根据所述待测气溶胶的光学当量粒径以及相应的第一气溶胶特征参数数据计算所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的有效密度；
质量浓度确定模块112，可以用于根据所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的有效密度以及第一计数浓度确定所述待测气溶胶的总质量浓度。
另一些实施例中，所述装置还可以包括模型构建模块，所述模型构建模块可以包括：
数据获取单元，可以用于获取所述测试工况下不同粒径的标准颗粒分离处理前的第三计数浓度、分离处理后的第四计数浓度；
分离效率计算单元，可以用于计算所述第四计数浓度与第三计数浓度的比值，获得所述不同粒径的标准颗粒所对应的第二分离效率；
特征参数计算单元，可以用于利用特征参数计算模型计算所述不同粒径的标准颗粒的第二气溶胶特征参数数据；
分离效率模型构建单元，可以用于对所述不同粒径的标准颗粒的第二分离效率以及相应的第二气溶胶特征参数数据进行拟合处理，获得所述测试工况下的分离效率模型。
另一些实施例中，所述装置还可以包括修正模块，所述修正模块可以包括特征粒径计算单元以及修正单元，其中，
所述特征粒径计算单元可以用于获取所述待测气溶胶的真密度，根据所述待测气溶胶的真密度以及第一气溶胶特征参数数据。利用特征参数计算模型计算所述待测气溶胶不同第一气溶胶特征参数数据下的特征粒径；
所述修正单元可以用于根据不同第一气溶胶特征参数数据下的特征粒径以及光学当量粒径对相应的光学当量粒径下的有效密度进行修正，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的修正后的有效密度；
相应的，所述质量浓度确定模块112还可以用于根据所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的修正后的有效密度以及第一计数浓度，确定所述待测气溶胶的总质量浓度。
另一些实施例中，所述修正单元还可以用于利用下述公式对相应的光学当量粒径下的有效密度进行修正：
Figure BDA0002371665640000161
其中，ρop,j′表示光学当量粒径dop,j对应的修正后的有效密度，ρop,j表示光学当量粒径dop,j对应的有效密度，dst,j表示光学当量粒径dop,j对应的特征粒径，dop,j表示光学当量粒径。
需要说明的，上述所述的装置根据方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式。具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述，在此不作一一赘述。
本说明书一个或多个实施例提供的气溶胶质量浓度确定装置，通过在光学气溶胶检测设备之间串联颗粒分离器，利用特定工况下颗粒分离器的分离效率与表征气溶胶的惯性与粘性特征的气溶胶特征参数数据之间的函数关系不随颗粒种类变化的特征，在未知颗粒种类的情况下，准确确定出待测气溶胶的粒径与密度之间的关系，进而准确确定出气溶胶的总质量浓度。避免了因气溶胶种类变化所带来的气溶胶质量浓度测试误差，提高了气溶胶质量浓度检测的准确性。
本说明书提供的上述实施例所述的方法或装置可以通过计算机程序实现业务逻辑并记录在存储介质上，所述的存储介质可以计算机读取并执行，实现本说明书实施例所描述方案的效果。因此，本说明书还提供一种气溶胶质量浓度确定设备，包括处理器及存储处理器可执行指令的存储器，所述指令被所述处理器执行时实现包括上述任意一个实施例所述方法的步骤。
所述存储介质可以包括用于存储信息的物理装置，通常是将信息数字化后再以利用电、磁或者光学等方式的媒体加以存储。所述存储介质有可以包括：利用电能方式存储信息的装置如，各式存储器，如RAM、ROM等；利用磁能方式存储信息的装置如，硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘；利用光学方式存储信息的装置如，CD或DVD。当然，还有其他方式的可读存储介质，例如量子存储器、石墨烯存储器等等。
需要说明的，上述所述的设备根据方法实施例的描述还可以包括其他的实施方式。具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述，在此不作一一赘述。
上述实施例所述的气溶胶质量浓度确定设备，通过在光学气溶胶检测设备之间串联颗粒分离器，利用特定工况下颗粒分离器的分离效率与表征气溶胶的惯性与粘性特征的气溶胶特征参数数据之间的函数关系不随颗粒种类变化的特征，在未知颗粒种类的情况下，准确确定出待测气溶胶的粒径与密度之间的关系，进而准确确定出气溶胶的总质量浓度。避免了因气溶胶种类变化所带来的气溶胶质量浓度测试误差，提高了气溶胶质量浓度检测的准确性。
本说明书还提供一种气溶胶质量浓度确定系统，所述系统可以为单独的气溶胶质量浓度确定系统，也可以应用在多种气溶胶检测系统中。所述的系统可以为单独的服务器，也可以包括使用了本说明书的一个或多个所述方法或一个或多个实施例装置的服务器集群、系统(包括分布式系统)、软件(应用)、实际操作装置、逻辑门电路装置、量子计算机等并结合必要的实施硬件的终端装置。
一些实施例中，所述气溶胶质量浓度确定系统可以包括服务器、颗粒分离器、以及位于所述颗粒分离器进口以及出口处的气溶胶粒径检测仪。其中，
所述颗粒分离器可以用于对所述待测气溶胶进行分离处理；
所述气溶胶粒径检测仪可以用于对所述颗粒分离器进口处以及出口处的待测气溶胶进行粒径检测，获得待测气溶胶的光学当量粒径、以及所述待测气溶胶在分离处理前不同光学当量粒径对应的第一计数浓度、分离处理后不同光学当量粒径对应的第二计数浓度；
所述服务器可以包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现上述任意一个或者多个实施例所述方法的步骤。
需要说明的，上述所述的系统根据方法或者装置实施例的描述还可以包括其他的实施方式，具体的实现方式可以参照相关方法实施例的描述，在此不作一一赘述。
上述实施例所述的气溶胶质量浓度确定系统，通过在光学气溶胶检测设备之间串联颗粒分离器，利用特定工况下颗粒分离器的分离效率与表征气溶胶的惯性与粘性特征的气溶胶特征参数数据之间的函数关系不随颗粒种类变化的特征，在未知颗粒种类的情况下，准确确定出待测气溶胶的粒径与密度之间的关系，进而准确确定出气溶胶的总质量浓度。避免了因气溶胶种类变化所带来的气溶胶质量浓度测试误差，提高了气溶胶质量浓度检测的准确性。
本说明书实施例并不局限于必须是符合标准数据模型/模板或本说明书实施例所描述的情况。某些行业标准或者使用自定义方式或实施例描述的实施基础上略加修改后的实施方案也可以实现上述实施例相同、等同或相近、或变形后可预料的实施效果。应用这些修改或变形后的数据获取、存储、判断、处理方式等获取的实施例，仍然可以属于本说明书的可选实施方案范围之内。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述并不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种气溶胶质量浓度确定方法，其特征在于，应用于气溶胶检测系统的服务器，所述系统还包括颗粒分离器、以及位于所述颗粒分离器进口以及出口处的光学气溶胶检测设备，所述方法包括：
获取待测气溶胶所对应的测试工况下的分离效率模型，所述分离效率模型包括所述测试工况下气溶胶基于所述颗粒分离器的分离效率与气溶胶特征参数之间的函数关系，其中，所述气溶胶特征参数包括表征气溶胶的惯性与粘性特征的参数；
获取利用所述光学气溶胶检测设备测量的所述待测气溶胶的光学当量粒径、以及所述待测气溶胶基于颗粒分离器分离处理前不同光学当量粒径对应的第一计数浓度、分离处理后不同光学当量粒径对应的第二计数浓度；
计算所述第二计数浓度与第一计数浓度的比值，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的第一分离效率；
将所述第一分离效率输入所述分离效率模型中，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的第一气溶胶特征参数数据；
根据所述待测气溶胶的光学当量粒径以及相应的第一气溶胶特征参数数据计算所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的有效密度；
根据所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的有效密度以及第一计数浓度确定所述待测气溶胶的总质量浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分离效率模型采用下述方式构建：
获取所述测试工况下不同粒径的标准颗粒基于颗粒分离器分离处理前的第三计数浓度、分离处理后的第四计数浓度；
计算所述第四计数浓度与第三计数浓度的比值，获得所述不同粒径的标准颗粒所对应的第二分离效率；
利用特征参数计算模型计算所述不同粒径的标准颗粒的第二气溶胶特征参数数据；
对所述不同粒径的标准颗粒的第二分离效率以及相应的第二气溶胶特征参数数据进行拟合处理，获得所述测试工况下的分离效率模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述待测气溶胶的真密度，根据所述待测气溶胶的真密度以及第一气溶胶特征参数数据，利用特征参数计算模型计算所述待测气溶胶在不同第一气溶胶特征参数数据下的特征粒径；
根据不同第一气溶胶特征参数数据下的特征粒径以及光学当量粒径对相应的光学当量粒径下的有效密度进行修正，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的修正后的有效密度；
根据所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的修正后的有效密度以及第一计数浓度，确定所述待测气溶胶的总质量浓度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据不同第一气溶胶特征参数数据下的特征粒径以及光学当量粒径对相应的光学当量粒径下的有效密度进行修正，包括：
利用下述公式对相应的光学当量粒径下的有效密度进行修正：
Figure FDA0002371665630000021
其中，ρop,j′表示光学当量粒径dop,j对应的修正后的有效密度，ρop,j表示光学当量粒径dop,j对应的有效密度，dst,j表示光学当量粒径dop,j对应的特征粒径，dop,j表示光学当量粒径。
5.一种气溶胶质量浓度确定装置，其特征在于，应用于气溶胶检测系统的服务器，所述系统还包括颗粒分离器、以及位于所述颗粒分离器进口以及出口处的光学气溶胶检测设备，所述装置包括：
模型获取模块，用于获取待测气溶胶所对应的测试工况下的分离效率模型，所述分离效率模型包括所述测试工况下气溶胶基于所述颗粒分离器的分离效率与气溶胶特征参数之间的函数关系，其中，所述气溶胶特征参数包括表征气溶胶的惯性与粘性特征的参数；
数据获取模块，用于获取利用所述光学气溶胶检测设备测量的所述待测气溶胶的光学当量粒径、以及所述待测气溶胶基于颗粒分离器分离处理前不同光学当量粒径对应的第一计数浓度、分离处理后不同光学当量粒径对应的第二计数浓度；
分离效率计算模块，用于计算所述第二计数浓度与第一计数浓度的比值，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的第一分离效率；
特征参数计算模块，用于将所述第一分离效率输入所述分离效率模型中，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的第一气溶胶特征参数数据；
有效密度计算模块，用于根据所述待测气溶胶的光学当量粒径以及相应的第一气溶胶特征参数数据计算所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的有效密度；
质量浓度确定模块，用于根据所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的有效密度以及第一计数浓度确定所述待测气溶胶的总质量浓度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括模型构建模块，所述模型构建模块包括：
数据获取单元，用于获取所述测试工况下不同粒径的标准颗粒分离处理前的第三计数浓度、分离处理后的第四计数浓度；
分离效率计算单元，用于计算所述第四计数浓度与第三计数浓度的比值，获得所述不同粒径的标准颗粒所对应的第二分离效率；
特征参数计算单元，用于利用特征参数计算模型计算所述不同粒径的标准颗粒的第二气溶胶特征参数数据；
分离效率模型构建单元，用于对所述不同粒径的标准颗粒的第二分离效率以及相应的第二气溶胶特征参数数据进行拟合处理，获得所述测试工况下的分离效率模型。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括修正模块，所述修正模块包括特征粒径计算单元以及修正单元，其中，
所述特征粒径计算单元用于获取所述待测气溶胶的真密度，根据所述待测气溶胶的真密度以及第一气溶胶特征参数数据，利用特征参数计算模型计算所述待测气溶胶不同第一气溶胶特征参数数据下的特征粒径；
所述修正单元用于根据不同第一气溶胶特征参数数据下的特征粒径以及光学当量粒径对相应的光学当量粒径下的有效密度进行修正，获得所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的修正后的有效密度；
相应的，所述质量浓度确定模块还用于根据所述待测气溶胶在不同光学当量粒径下的修正后的有效密度以及第一计数浓度，确定所述待测气溶胶的总质量浓度。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述修正单元还用于利用下述公式对相应的光学当量粒径下的有效密度进行修正：
Figure FDA0002371665630000041
其中，ρop,j′表示光学当量粒径dop,j对应的修正后的有效密度，ρop,j表示光学当量粒径dop,j对应的有效密度，dst,j表示光学当量粒径dop,j对应的特征粒径，dop,j表示光学当量粒径。
9.一种气溶胶质量浓度确定设备，其特征在于，所述设备包括处理器及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述指令被所述处理器执行时实现包括权利要求1-4任一项所述方法的步骤。
10.一种气溶胶质量浓度确定系统，其特征在于，所述系统包括服务器、颗粒分离器、以及位于所述颗粒分离器进口以及出口处的气溶胶粒径检测仪；其中，
所述颗粒分离器用于对所述待测气溶胶进行分离处理；
所述气溶胶粒径检测仪用于对所述颗粒分离器进口处以及出口处的待测气溶胶进行粒径检测，获得待测气溶胶的光学当量粒径、以及所述待测气溶胶在分离处理前不同光学当量粒径对应的第一计数浓度、分离处理后不同光学当量粒径对应的第二计数浓度；
所述服务器包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现所述权利要求1-4任一项所述方法的步骤。
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