[发明专利]一种气溶胶质量浓度场的非接触测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种气溶胶质量浓度场的非接触测量装置及方法，属于激光技术和图像处理技术领域。为测量气溶胶在空间中的质量浓度分布，本发明将激光探测技术与图像处理技术相结合，首先利用激光照射位置的气溶胶的激光回波电压与激光照射位置的灰度图像之间的对应关系，建立图像灰度与激光回波电压、图像灰度与质量浓度之间的经验关系表达式，根据气溶胶非激光照射位置的图像灰度反演出非激光照射位置的气溶胶图像灰度，从而得到图像采集存储模块采集视场内的气溶胶质量浓度场分布。

技术领域

本发明涉及一种气溶胶质量浓度场的非接触测量装置及方法，属于激光技术和图像处理技术领域。

背景技术

气溶胶浓度测量方法有取样法和非取样法。取样法包括过滤称重法、射线吸收法和压电晶体法等；非取样法包括光学法、声学法和电荷法等，其中光学法包括图像法、响应谱法、光透射法和光散射法等。气溶胶具有空间分布范围广且浓度分布不均匀的特点，目前气溶胶浓度测量方法只能测量局部区域的气溶胶质量浓度，无法获取气溶胶质量浓度场的空间分布。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术只能测量局部区域气溶胶质量浓度的问题，提供一种气溶胶质量浓度场的非接触测量装置及方法，可以测量气溶胶在空间中的质量浓度分布。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的。

一种气溶胶质量浓度场的非接触测量装置及方法，具体步骤如下：

步骤一、确定固定距离下的垂直照射光斑在标准漫反射板上的位置，同时确保照射光斑全部位于标准漫反射板上；

步骤二、确定图像采集存储模块包含光斑位置的视场，保持激光收发存储模块、图像采集存储模块和标准漫反射的相对位置；

步骤三、移开标准漫反射板，在标准漫反射位置处释放固定质量浓度的气溶胶；

步骤四、记录光斑位置处的激光回波电压，同时采集光斑位置处的图像灰度信息；

步骤五、多次改变气溶胶质量浓度，重复步骤三、步骤四，得到此光斑位置处的多个激光回波电压，以及此光斑位置处相应的多个图像灰度值；

步骤六、通过步骤五得到的多个激光回波电压、相应的多个图像灰度值，以及相应的气溶胶的质量浓度，利用软件拟合得到图像灰度和气溶胶质量浓度的经验关系表达式、图像灰度和激光回波电压的经验关系表达式；

步骤七、通过步骤六的经验关系表达式，反演图像采集存储模块采集视场内非光斑位置的质量浓度，从而得到图像采集存储模块采集视场内的气溶胶质量浓度场分布。

一种气溶胶质量浓度场的非接触测量装置，包括一台计算机和若干套激光收发存储模块、图像采集存储模块和标准漫反射板；激光收发存储模块、图像采集存储模块和标准漫反射板数量相同；激光收发存储模块、图像采集存储模块位于气溶胶质量浓度场的同一侧；标准漫反射板用于确定激光光斑位置；激光收发存储模块用于发射和接收激光，并将回波信号以电压的形式表示；激光收发存储模块包括激光发射组件、激光接收组件和数据存储组件，通过通信线与计算机连接；图像采集存储模块用于图像的采集和存储，包括相机和图像存储组件，通过通信线与计算机连接；计算机上安装有图像处理软件与曲线拟合软件。

工作过程：

(1)通过激光收发存储模块发射出激光，移动标准漫反射板，确保激光光斑垂直照射标准漫反射板并且光斑全部位于标准漫反射板上，保持二者距离不变；

(2)调整图像采集存储模块视场，保证将激光光斑包含在视场内，保持激光收发存储模块、图像采集存储模块、标准漫反射板三者相对位置保持不变；

(3)移开标准漫反射板，在标准漫反射板位置处释放固定质量浓度的气溶胶；