TWI506264B - Method of Evaluating Powdery Dust Dispersion by Optical Telemetry - Google Patents

Description

以光學遙測評估料堆粉塵逸散之方法

本發明是有關於一種評估料堆粉塵逸散之方法，特別是指一種以光學遙測評估料堆粉塵逸散之方法。

由於鋼鐵業在製造產品的過程中，必須使用到許多種類的粉狀物料，所述粉狀物料是儲存於露天的料場中，而所述粉狀物料在頻繁地進行堆放、卸取的動作，或者是在露天的料場中有起風、空氣流動的現象時，都有可能使粉狀物料逸散而造成損失，也會因此在下風處形成粉塵汙染。

為了改善上述粉塵汙染以及粉狀物料逸散的情況，通常是以建置防塵柵網，並且配合噴霧灑水或者噴灑化學藥劑來避免粉狀物料的逸散。而關於防塵柵網的防塵效益，能以理論進行分析，配合料場的風速資訊，針對防塵柵網的高度、開孔率提供最佳化數據，以阻擋粉塵的逸散。關於噴霧灑水或者噴灑化學藥劑的方式，則是固化粉狀物料而直接減少粉塵逸散的機會。

雖然上述粉塵汙染以及粉狀物料逸散的情況，皆具有現行的應對方式，但在採用特定應對方式的同時，評估所實行方式的效果也是重要的課題。必須實際針對粉 塵情況進行測量，調整所實行方式的各樣參數，例如：防塵柵網的開孔率、水的噴灑量、化學藥劑噴灑的持續時間等等，才能依據實際的環境，使所實行的應對方式達成最佳的功效。

而光達(Light Detection and Ranging,Lidar)是一種使用雷射做為光源的量測裝置，由於波長較短，時常應用於偵測遠方的微小粒子。光達屬於主動式量測裝置，當發出的光源碰到待測介質時會產生散射，而接收背向散射光訊號進行分析，即能換算為所需的介質特性數據。光達屬於一種不需要設置反射裝置的光學遙測技術，適合用於對大範圍的粒子介質進行測量。

因此，本發明之目的，即在提供一種能利用光達針對粉塵進行實際測量，並將數據量化而用於粉塵防治方式之評估和調整的以光學遙測評估料堆粉塵逸散之方法。

於是，本發明以光學遙測測量料堆粉塵之方法，包含一量測步驟、一計算步驟、一評估步驟，及一量化步驟。

該量測步驟是以一光達對一放置至少一料堆的待測空間進行水平掃描，獲得該待測空間中的粉塵分佈位置及一第一粉塵濃度數據，並製成一第一分佈資料，再以該光達對該待測空間進行垂直掃描，獲得該待測空間中的粉塵逸散方向、粉塵高度位置，及一第二粉塵濃度數據， 並製成一第二分佈資料。

該計算步驟是以該第二粉塵濃度數據乘以風速，得到一粉塵逸散通量。

該評估步驟是依據該粉塵逸散通量，評估在該料堆周圍設置一柵網的抑塵效果。

該量化步驟是依據該第一分佈資料及該第二分佈資料，將至少一粉塵測定儀放置於特定位置測量落塵量濃度。

本發明之功效在於：利用該光達對該待測空間進行水平以及垂直掃描，實際測量該待測空間中的粉塵，將所得到的該第一分佈資料及該第二分佈資料，進行後續的計算以及分析，能以量化的數據對於粉塵防治方式進行評估和調整。

11‧‧‧量測步驟

12‧‧‧計算步驟

13‧‧‧評估步驟

14‧‧‧量化步驟

15‧‧‧校正步驟

16‧‧‧監視步驟

21‧‧‧落塵位置

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一流程圖，說明本發明以光學遙測評估料堆粉塵逸散之方法的較佳實施例；圖2是一示意圖，說明在一量測步驟中的水平掃描；圖3是一分佈示意圖，說明以水平掃描方式獲得的一第一分佈資料；圖4是一示意圖，說明在該量測步驟中的垂直掃描；及圖5是一分佈示意圖，說明以垂直掃描方式獲得的一第二分佈資料。

參閱圖1，本發明以光學遙測評估料堆粉塵逸散之方法的較佳實施例包含一量測步驟11、一計算步驟12、一評估步驟13、一量化步驟14、一校正步驟15，及一監視步驟16。

該量測步驟11是如圖2所示地以一光達對一放置至少一料堆的待測空間進行水平掃描，獲得該待測空間中的粉塵分佈位置及一第一粉塵濃度數據，並製成如圖3所示的一第一分佈資料，再如圖4所示地以該光達對該待測空間進行垂直掃描，獲得該待測空間中的粉塵逸散方向、粉塵高度位置，及一第二粉塵濃度數據，並製成如圖5所示的一第二分佈資料。

其中，該光達所使用的量測光源為雷射，而由於量測的目標為大氣中的粉塵，為避免所發出的光線被大氣吸收，所採用的雷射種類是在大氣中吸收率較低的綠光偏振雷射。要特別說明的是，該光達是利用待測位置的介質當作散射體，並接收背向散射光訊號，以達成測量介質特性的目的，且光達不需在該待測空間中設置任何反射裝置，因此對於大範圍的粉塵測量而言，是相當合適的一種遙測裝置。

再參閱圖1，該計算步驟12是以該第二粉塵濃度數據乘以風速，得到一粉塵逸散通量。其中，該第二粉塵濃度數據是以積分的方式表示，其數據單位為每立方公尺的微克數(μ g/m³ )乘以掃描面積(m² )，將上述的粉塵濃度 數據乘以垂直掃描面的風速(m/s)，即可得到在料堆周遭環境中的粉塵逸散通量。

該評估步驟13是依據該粉塵逸散通量，評估在該料堆周圍設置一柵網的抑塵效果。該柵網普遍設置於粉料堆置的料場中，目的是阻擋粉塵的逸散。在該量測步驟11時，可分別對多個料堆的下風處進行量測，而該等料堆當中分別設置有不同規格的柵網，或者是不設置柵網。得到對應每一料堆的粉塵逸散通量後，能比較每個料堆的粉塵逸散通量，評估有無設置柵網的差異，或者是比較各種不同規格之柵網的抑塵效果。

該量化步驟14是依據該第一分佈資料及該第二分佈資料，將至少一粉塵測定儀放置於特定位置測量落塵量濃度。配合如圖3所示的第一分佈資料及圖5所示的第二分佈資料，依據水平掃描所得的第一分佈資料，可得知粉塵濃度較高而較有可能產生落塵的位置，再配合於同樣位置進行垂直掃描所得的第二分佈資料，即可確認該位置是否確實產生落塵現象。確認確實產生的落塵現象後，即能在經過確認後的一落塵位置21設置該粉塵測定儀，對於該落塵位置21的落塵量進行量測。

該校正步驟15是依據該空間分布資料及該高度分布資料，觀察放置該粉塵測定儀之位置的落塵量濃度，與該粉塵測定儀所測量的落塵量濃度做線性回歸，得到一校正函數。由於以該光達量測粉塵的方式，為以背向散射光訊號來判斷粉塵的物理特性，雖能藉此量測粉塵的落塵 量濃度，但由於距離較遠的關係，且為間接換算而得到所需數據，難免會產生些許誤差，故必須以其他方式進行直接量測，藉此進行確認以及量測校正。在該量化步驟14中放置於如圖5所示之落塵位置21的粉塵測定儀，即能測量該落塵位置21的落塵量濃度。利用校正測量儀器時常使用的線性回歸校正法，能對該光達所測量的落塵量濃度及該粉塵測定儀所測量的落塵量濃度進行線性回歸，計算而得到該校正函數。

該監視步驟16是以該光達進行水平掃描，並依據該校正函數計算特定位置的落塵濃度。在該校正步驟15當中所得到的該校正函數，能用以往後之光達量測的校正，利用該校正函數即可省去前往特定落塵位置設置粉塵測定儀而量測落塵量濃度的過程。直接利用如圖3所示的第一分佈資料，經過該校正函數進行運算，即能得到較為準確的落塵量濃度，克服了距離遙遠可能產生的誤差，能以遙測的方式準確評估特定位置的落塵量濃度，並藉此確認所設置之粉塵防治方式所達成的效果，且進行評估和調整。

綜上所述，利用光達對料堆進行測量所得到的各種量測數據，能經由計算而轉換為粉塵逸散通量，藉此評估設置柵網的抑塵效果。而配合於特定位置設置的粉塵測定儀，能將落塵量以濃度的形式量化，並推算出校正函數，以供日後遙測粉塵性質的校正使用，達成以光學遙測評估料堆粉塵逸散的效果，並能將光學遙測結果用於粉塵 防治方式的評估和調整，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

11‧‧‧量測步驟

12‧‧‧計算步驟

13‧‧‧評估步驟

14‧‧‧量化步驟

15‧‧‧校正步驟

16‧‧‧監視步驟

Claims (5)

1. 一種以光學遙測評估料堆粉塵逸散之方法，包含：一量測步驟，以一光達對一放置至少一料堆的待測空間進行水平掃描，獲得該待測空間中的粉塵分佈位置及一第一粉塵濃度數據，並製成一第一分佈資料，再以該光達對該待測空間進行垂直掃描，獲得該待測空間中的粉塵逸散方向、粉塵高度位置，及一第二粉塵濃度數據，並製成一第二分佈資料；一計算步驟，以該第二粉塵濃度數據乘以風速，得到一粉塵逸散通量；一評估步驟，依據該粉塵逸散通量，評估在該料堆周圍設置一柵網的抑塵效果；及一量化步驟，依據該第一分佈資料及該第二分佈資料，將至少一粉塵測定儀放置於特定位置測量落塵量濃度。
2. 如請求項1所述以光學遙測評估料堆粉塵逸散之方法，還包含一校正步驟，依據該空間分布資料及該高度分布資料，觀察放置該粉塵測定儀之位置的落塵量濃度，與該粉塵測定儀所測量的落塵量濃度做線性回歸，得到一校正函數。
3. 如請求項2所述以光學遙測評估料堆粉塵逸散之方法，還包含一監視步驟，以該光達進行水平掃描，並依據該校正函數計算特定位置的落塵濃度。
4. 如請求項1所述以光學遙測評估料堆粉塵逸散之方 法，其中，該光達的光源為雷射。
5. 如請求項4所述以光學遙測評估料堆粉塵逸散之方法，其中，該雷射為在大氣中吸收率較低的綠光偏振雷射。