[发明专利]一种消除颗粒物多荷电效应的粒径谱反演修正方法

说明书

本发明涉及一种消除颗粒物多荷电效应的粒径谱反演修正方法，该方法包括：以单个颗粒物携带一个电荷的方式进行颗粒物数浓度反演；获取所有粒径通道的颗粒物数浓度；获取假定单荷电颗粒物粒径谱；对假定单荷电颗粒物粒径谱进行拟合扩展，根据假定单荷电颗粒物粒径谱仪形状选择用于拟合扩展的粒径通道数量；选用Gumbel拟合拓展算法对假定单荷电颗粒物粒径谱进行拟合扩展；选择粒径谱最大粒径通道作为零级单荷电通道；对零级单荷电通道的上一级粒径通道进行多荷电效应修正，向更小粒径的通道逆推，完成整个粒径谱的多荷电效应修正，获取真实的颗粒物粒径谱。本发明满足了粒径谱仪在高度集成化基础上对颗粒物粒径谱的实时、准确测量。

技术领域

本发明涉及超细颗粒物测量监控技术领域，具体涉及一种基于颗粒物粒径谱仪的消除颗粒物多荷电效应的粒径谱反演修正方法。

背景技术

近年来，随着国家经济水平的快速提升，经济发展逐渐向环保靠拢，对环境质量的检测也日益严格。空气质量是国民关注的重点区域之一，其中空气中超细颗粒物对人体健康有很大的影响，研究表明，颗粒物的粒径越小，对人体造成的危害就越大。颗粒物的聚集还会使空气能见度降低，严重干扰人类社会的生产生活。因此，必须对超细颗粒物进行精确的粒径谱检测，以此采取有效的措施，降低空气中的超细颗粒物含量。

目前，国际上广泛采用电迁移法进行粒径分级，根据颗粒物粒径不同表现出的不同的电迁移特性，实现对超细纳米级颗粒物的粒径分级测量。采用电迁移法对颗粒物进行粒径分级，需要使颗粒物携带电荷。由于颗粒物的荷电过程无法避免多荷电效应，导致携带多个电荷的颗粒物被错误地筛分在较小的粒径通道中，从而使得到的粒径谱数据具有较大的误差，这种现象称为多荷电效应。目前，国际上多数基于电迁移法的颗粒物粒径谱仪采用双极性荷电，以此抑制颗粒物荷电过程中的多荷电效应，但仍有部分颗粒物携带多个电荷。有采用单极性扩散荷电模块，平板电迁移率结构，微电流法测量颗粒物数浓度的粒径谱仪，在整体系统的集成度以及仪器的适用场景上有一定的优势，但是由于其采用的单极性扩散荷电模块没有混合腔与电势阱结构，导致颗粒物的带电效率不高，多荷电比例较大。

因此，需要实现一种消除颗粒物多荷电效应的粒径谱反演修正方法，对多荷电效应进行修正，降低对最终测量的粒径谱数据的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除颗粒物多荷电效应的粒径谱反演修正方法，该方法采用扩散荷电模块以及微电流检测模块结合多荷电效应修正算法进行粒径谱数据的校正，通过采用消除多荷电效应的粒径谱计数校正方法，满足了粒径谱仪在高度集成化基础上对颗粒物粒径谱的实时、准确测量。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种消除颗粒物多荷电效应的粒径谱反演修正方法，该方法包括以下步骤：

(1)根据颗粒物粒径谱仪获得的微电流信号，以单个颗粒物携带一个离子的方式进行颗粒物数浓度反演。

(2)采用单荷电颗粒物粒径谱计数方式对各粒径分级段进行颗粒物数浓度计算。

(3)根据以单荷电颗粒物计算的各粒径段颗粒物数浓度，拟合并获取到假定的单荷电颗粒物粒径谱。

(4)对假定单荷电颗粒物粒径谱进行拟合扩展，根据假定单荷电颗粒物粒径谱仪形状选择用于拟合扩展的粒径通道数量。

(5)根据选定的用于拟合扩展的粒径通道数量，选用Gumbel拟合拓展算法对假定单荷电颗粒物粒径谱进行拟合扩展。

(6)在拟合扩展后的假定单荷电颗粒物粒径谱中，选择粒径谱最大粒径通道作为零级单荷电通道。

(7)对零级单荷电通道的上一级粒径通道进行多荷电效应修正，并向更小粒径的通道逆推，完成整个粒径谱的多荷电效应修正，获取真实的颗粒物粒径谱。

进一步的，步骤(2)中所述的“分级电压为V时的粒径通道颗粒物数浓度值”采用以下公式求得：