[发明专利]一种基于光学测量的粉尘浓度分布检测方法

说明书

本发明涉及一种基于光学测量的粉尘浓度分布检测方法。本发明通过发光元件阵列发射单点激光，利用感光元件阵列获得激光照射粉尘后形成的透射光和散射光信号，通过图像重建算法，获得测量截面的粉尘流动分布。本发明能够获得管道截面粉尘浓度分布，进行实时浓度检测；综合利用光散射法和消光法进行浓度测量，更加全面的利用光信号；利用Landweber算法，重建速度更快，融合了透射光和散射光两种光信号，获得的粉尘浓度分布图像具有更高的分辨率和精度，粉尘浓度测量更加准确；且结构简单，时空精度高。

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，涉及一种基于光学测量的粉尘浓度分布检 测方法。

背景技术

粉尘颗粒广泛存在于工业生产和生活环境中，例如燃煤电厂的石膏粉尘、 石灰石粉尘与煤尘，煤矿井开采产生的煤尘、砂石粉尘，粮食加工产业中的玉 米粉、面粉粉尘等，高浓度的粉尘分布是工业过程的安全生产的巨大隐患，对 职工的生命健康有重大威胁。在机械化作业过程中，粉尘颗粒浓度增加，极易 引发爆炸事故，造成生命与财产损失，是安全生产的重大危险源。

现有的粉尘检测方法主要包括过滤称重法，β射线法，压电振动法，光散 射法以及电荷感应法。然而现有的方法一般都是离线单点测量，无法实现实时 在线测量，同时也不能准确获得粉尘浓度的分布情况。

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题提供一种基于光学测量的粉尘浓度分布检 测方法。通过发光元件阵列发射单点激光，利用感光元件阵列获得激光照射粉 尘后形成的透射光和散射光信号，通过图像重建算法，获得测量截面的粉尘流 动分布。本发明能够有效利用透射光和散射光信号，准确评估粉尘流动浓度分 布，精确测量粉尘浓度，将为粉尘检测领域提供有益的借鉴，有助于提高众多 行业的安全生产能力，改善职员工作环境，助力“健康中国”发展，具有重要 的科学研究意义和工业实用价值。

基于光学测量的粉尘浓度分布检测装置包括光学传感器、信号采集模块、 激光激励模块、测量管道、微型计算机。光学传感器分别与信号采集模块、激 光激励模块电连接，信号采集模块、激光激励模块分别与微型计算机电连接； 测量管道排布于测量区域内；微型计算机通过激光激励模块控制光学传感器内 特定发光元件发光。信号采集模块用于采集光学传感器内的感光元件光学测量 信号，并将信号发送至微型计算机。

本发明提出的光学传感器包括两组垂直分布在测量区域的发光元件阵列和 感光元件阵列。在发光元件和感光元件内均设置有遮光孔，感光元件采集垂直 于感光元件表面入射的光信号。测量区域部分划分为多个方形像素，像素区域 内粉尘浓度设定一致。当某发光元件发光时，形成透射光以及多束散射光。透 射光由与激活发光元件同方向的感光元件测量，散射光由与激活发光元件正交 方向的感光元件测量。

基于上述粉尘浓度分布检测装置，有如下粉尘浓度分布检测方法，

具体包括如下步骤：

步骤1)、启动系统，测量洁净空气状态下的透射光信号和已知粉尘浓度状 态下的透射光信号；

步骤2)、测量粉尘浓度未知状态下的光信号，包括散射光信号和透射光信 号。透射光信号通过依次激活发光元件，测量对应位置的感光元件信号；散射 光信号通过依次激活单个发光元件，然后测量正交方向上全部感光元件信号；

步骤3)、将测量区域分割为正方形网格，其中单个网格代表一个像素，内 部粉尘浓度视为一致；

步骤4)、根据朗伯比尔定律，确定透射光与粉尘质量浓度分布关系；

步骤5)、由MIE散射理论，确定散射光与粉尘质量浓度分布关系；

步骤6)、建立粉尘浓度分布矩阵和透射光信号之间的关系式；

步骤7)、建立粉尘浓度分布和散射光之间的矩阵关系式；