基于多光束的空气动力学粒径测量装置及方法与流程

本发明属于光学检测，尤其涉及一种基于多光束的空气动力学粒径测量装置及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、在空气动力学粒径的光学检测领域,目前通常使用获取颗粒物飞行时间来测量颗粒空气动力学粒径的大小，即将颗粒通过喷嘴在同一流场中进行加速，在经过距离恒定的双光束光敏测量区时，产生一个飞行时间，根据已知粒径的标准颗粒飞过光敏测量区的时间绘制标定曲线，根据待测颗粒物飞行时间反演出颗粒空气动力学粒径，但是，这种方法忽略了颗粒密度、颗粒形状、阻力系数、气体密度及气体速度等因素的影响，造成空气动力学粒径测量不准确。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于多光束的空气动力学粒径测量装置及方法，所述方案基于多光束设计，提供一种能够对待测颗粒进行多段飞行时间检测的装置，并基于获得的待测颗粒的多段飞行时间比率与标准粒子的多段飞行时间比率的比较，实现颗粒的空气动力学粒径的测量，有效解决了传统方案中颗粒密度、颗粒形状、阻力系数、气体密度及气体速度等因素对测量结果的影响，保证了测量精度。

2、根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种基于多光束的空气动力学粒径测量装置，包括气路系统、光学系统、探测腔及信号采集与处理系统；

3、所述气路系统包括设置于探测腔两端的进气模块和出气模块，用于使待测颗粒随气流在探测腔内直线运动；

4、所述光路系统包括垂直于气流方向顺序设置的激光器、分束器、非球面透镜及光陷阱，其中，所述气流方向位于非球面透镜与光陷阱之间，以及所述分束器将激光器产生的光线分成至少三束光线，通产生的多束光线形成多段光敏测量区；

5、所述信号采集与处理系统，其用于采集光敏测量区中待测颗粒光信息以及待测颗粒穿过多段光敏测量区的飞行时间，计算多段飞行时间的比率；以及结合标准粒径颗粒飞过多段光敏测量区的时间比率特征，反演得到待测颗粒的空气动力学粒径。

6、进一步的，所述分束器分成的若干束光线，相邻光线间的距离在待测颗粒行驶方向上恒定设置。

7、进一步的，所述信号采集与处理系统包括光探测器及信号处理模块，所述光探测器用于将接收到的待测颗粒物光信号转变为电流信号；所述信号处理模块用于基于获得的电流信号所对应电压信号，从模拟信号到数字信号转化时所利用的模拟数字转换器的采样频率，计算得到待测颗粒飞过每段光敏测量区的飞行时间，基于若干段飞行时间的比率与预先确定的标准粒子的飞行时间比率的比对结果，获得待测粒子的粒径。

8、进一步的，所述基于若干段飞行时间的比率与预先确定的标准粒子的飞行时间比率的比对结果，获得待测粒子的粒径，具体为：基于空气动力学粒径测量装置测定不同粒径标准粒子的飞行时间比率，基于飞行时间比率与粒子速度间的关系式，绘制不同标准粒子飞行时间比率与粒子速度间的关系曲线，作为标定曲线；基于待测颗粒飞行时间比率与粒子速度的关系曲线，与标定曲线进行比对，以最相近的标定曲线所对应的粒径作为待测颗粒的空气动力学粒径。

9、进一步的，所述飞行时间比率与粒子速度间的关系式，具体为：

10、

11、其中，tofn为待测颗粒在第n段光敏测量区中的飞行时间，tofn+1为待测颗粒在第n+1段光敏测量区中的飞行时间，upn为待测颗粒在第n段光敏测量区中的颗粒速度，upn+1为待测颗粒在第n+1段光敏测量区中的颗粒速度，f(up)为关于up的三次函数。

12、进一步的，所述进气模块包括依次连接的进气口、进气喷嘴以及进气高压喷嘴；所述出气模块包括出气喷嘴、与所述出气喷嘴连接的气泵、以及位于出气喷嘴与气泵连接管路的流量计。

13、进一步的，所述进气喷嘴及进气高压喷嘴与出气喷嘴沿同轴方向设置于探测腔两端。

14、根据本发明实施例的第二个方面，提供了一种基于多光束的空气动力学粒径测量方法，其基于上述的一种基于多光束的空气动力学粒径测量装置，包括：

15、基于光敏测量区中待测颗粒光信息以及待测颗粒穿过多段光敏测量区的飞行时间，计算多段飞行时间的比率；

16、获取不同粒径标准粒子的飞行时间比率，基于飞行时间比率与粒子速度间的关系式，绘制不同标准粒子飞行时间比率与粒子速度间的关系曲线，作为标定曲线；

17、基于待测颗粒飞行时间比率与粒子速度的关系曲线，与标定曲线进行比对，以最相近的标定曲线所对应的粒径作为待测颗粒的空气动力学粒径。

18、根据本公开实施例的第三个方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的一种基于多光束的空气动力学粒径测量方法。

19、根据本公开实施例的第四个方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的一种基于多光束的空气动力学粒径测量方法。

20、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

21、本发明提供了一种基于多光束的空气动力学粒径测量装置及方法，所述方案基于多光束设计，提供一种能够对待测颗粒进行多段飞行时间检测的装置，并基于获得的待测颗粒的多段飞行时间比率与标准粒子的多段飞行时间比率的比较，实现颗粒的空气动力学粒径的测量，有效解决了传统方案中颗粒密度、颗粒形状、阻力系数、气体密度及气体速度等因素对测量结果的影响，保证了测量精度。

22、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于多光束的空气动力学粒径测量装置，其特征在于，包括气路系统、光学系统、探测腔及信号采集与处理系统；

2.如权利要求1所述的一种基于多光束的空气动力学粒径测量装置，其特征在于，所述分束器分成的若干束光线，相邻光线间的距离在待测颗粒行驶方向上恒定设置。

3.如权利要求1所述的一种基于多光束的空气动力学粒径测量装置，其特征在于，所述信号采集与处理系统包括光探测器及信号处理模块，所述光探测器用于将接收到的待测颗粒物光信号转变为电流信号；所述信号处理模块用于基于获得的电流信号对应的电压信号及峰值信号，计算得到待测颗粒飞过每段光敏测量区的飞行时间，基于若干段飞行时间的比率与预先确定的标准粒子的飞行时间比率的比对结果，获得待测粒子的粒径。

4.如权利要求3所述的一种基于多光束的空气动力学粒径测量装置，其特征在于，所述基于若干段飞行时间的比率与预先确定的标准粒子的飞行时间比率的比对结果，获得待测粒子的粒径，具体为：基于空气动力学粒径测量装置测定不同粒径标准粒子的飞行时间比率，基于飞行时间比率与粒子速度间的关系式，绘制不同标准粒子飞行时间比率与粒子速度间的关系曲线，作为标定曲线；基于待测颗粒飞行时间比率与粒子速度的关系曲线，与标定曲线进行比对，以最相近的标定曲线所对应的粒径作为待测颗粒的空气动力学粒径。

5.如权利要求4所述的一种基于多光束的空气动力学粒径测量装置，其特征在于，所述飞行时间比率与粒子速度间的关系式，具体为：

6.如权利要求1所述的一种基于多光束的空气动力学粒径测量装置，其特征在于，所述进气模块包括依次连接的进气口、进气喷嘴以及进气高压喷嘴；所述出气模块包括出气喷嘴、与所述出气喷嘴连接的气泵、以及位于出气喷嘴与气泵连接管路的流量计。

7.如权利要求6所述的一种基于多光束的空气动力学粒径测量装置，其特征在于，所述进气喷嘴及进气高压喷嘴与出气喷嘴沿同轴方向设置于探测腔两端。

8.一种基于多光束的空气动力学粒径测量方法，其特征在于，其基于如权利要求1-7任一项所述的一种基于多光束的空气动力学粒径测量装置，包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求8所述的一种基于多光束的空气动力学粒径测量方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求8所述的一种基于多光束的空气动力学粒径测量方法。

技术总结本发明提供了一种基于多光束的空气动力学粒径测量装置及方法，包括气路系统、光学系统、探测腔及信号采集与处理系统；所述气路系统包括设置于探测腔两端的进气模块和出气模块；所述光路系统包括垂直于气流方向顺序设置的激光器、分束器、非球面透镜及光陷阱，其中，所述气流方向位于非球面透镜与光陷阱之间，以及所述分束器将激光器产生的光线分成至少三束光线，通产生的多束光线形成多段光敏测量区；所述信号采集与处理系统，其用于采集光敏测量区中待测颗粒光信息以及待测颗粒穿过多段光敏测量区的飞行时间，计算多段飞行时间的比率；以及，结合标准粒径颗粒飞过多段光敏测量区的时间比率特征，反演得到待测颗粒的空气动力学粒径。技术研发人员：刘善文,刘利凝,张子彪,董翔宇,李贤芳受保护的技术使用者：山东诺方电子科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23