[发明专利]一种多光谱后向散射式烟尘粒径及浓度测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明属于环境污染监测领域，具体涉及一种基于多光谱后向散射式烟尘粒径及浓度的同时测量装置及其测量方法。

背景技术

光与颗粒作用会产生散射现象。将探测器安装在某一散射角处，获得散射光强数据后，基于散射理论实现烟尘粒径及浓度的反演。光散射法保留了浊度法中可实现对排放源的远距离、长期连续测量的优点。但是前向散射法和边散射法的探测器与光源仍为分离放置，因此安装复杂，要求角度精确；而目前常用的浊度法在烟尘浓度极低时，光强变化不大；浓度极高时，光强衰减过大，从而信噪比大大降低，因此在上述情况下，效果较差；当烟尘组分发生变化时，测量结果也会出现偏差。光后向散射法的最大优势在于探测器与光源可集成在一起，无需角度调试；根据散射理论，后向散射法具有更高的灵敏度，这对于目前普遍采用多级除尘装置后的低烟尘浓度情况下的测量具有十分重要的意义。

根据Mie散射理论，在最简单的情况下，若待测颗粒系为粒径均为D的球形颗粒系，且颗粒之间满足不相关单散射的条件，则N_D个粒径为D的单分散系在波长为λ时的后向散射光与入射光之间满足相应的关系。在实际情况下，待测颗粒系大多不是单分散的颗粒系，而是具有一定粒径分布范围的多分散系。为了便于粒径分布的反演，一般常采用体积分布f(D)代替数量分布，对于多分散系的粒径分布反演，直接根据测量值反演粒径是十分困难的，必须先将它离散化，即划分成一系列的粒级S，它表示在[D_min，D_max]范围内粒径的分档数，用为子区间[D_j，D_j+1]的中点。这样，由于待求的粒径分布有S个未知量，所以应采用多个波长同时进行测量，即构成方程组E_U＝Af，其中E_U为不同波段的后向散射测量值，A为包含和的U×S阶加权矩阵，f为所求的系列离散粒级的分布。理论上只要已知列向量E，通过求解方程组即可确定粒径分布f。但是，在光后向散射法粒径分布求解过程中，系数矩阵A的条件数往往非常大，对方程组的直接求解常常得到一组非物理解。因此必须采用一种合适的反演方法来获得待测颗粒系的粒径分布。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多光谱后向散射式烟尘粒径及浓度的同时测量装置及其测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

多光谱后向散射式烟尘粒径及浓度测量装置，由宽谱光源、由多芯光纤、照明光纤和读出光纤组成的反射式光纤探头、防尘玻璃、定期吹扫装置、隔振装置、分光器件、线阵CCD、信号采集及数据处理部分组成，其特征是：宽谱光源发出的可见光，经反射式光纤探头中的照明光纤入射到烟道中，可见光经烟道中烟尘散射后形成的散射光经装有定期吹扫装置的防尘玻璃进入读出光纤，通过分光器件分光，由线阵CCD获得后向散射光的多光谱光强信息，由信号采集及数据处理部分进行建模、反演及监测。反射式光纤探头由多芯光纤嵌入6根照明光纤和1根读出光纤构成，6根照明光纤呈正六边形均匀围绕在读出光纤周围。宽谱光源为卤素灯白光光源。

应用多光谱后向散射式烟尘粒径及浓度测量装置的测量方法，包括步骤如下：

(1)可见光经烟道形成散射光；

(2)读出光纤获得散射光，经过分光器件分光，由线阵CCD获得后向散射光的多光谱信息

(3)线阵CCD获得后向散射光的多光谱信息后，将粒径分布函数f(D)离散化即划分成一系列的粒级S，表示在[D_min，D_max]范围内粒径的分档数，Mie散射粒径离散化公式：