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原文传递基于日盲紫外光圆偏振的雾霾粒子检测装置及其检测方法

专利名称：	基于日盲紫外光圆偏振的雾霾粒子检测装置及其检测方法
摘要：	本发明公开了基于日盲紫外光圆偏振的雾霾粒子的检测装置，本发明还公开了基于日盲紫外光圆偏振的雾霾粒子的检测装置的检测方法，包括以下四个步骤：1.调整紫外LED灯发射紫外光的偏振态为圆偏振光；2.探测雾霾颗粒物对偏振光散射后的散射光的Stokes矢量；3.根据检测到的Stokes矢量分别计算散射光的偏振参量，以及根据Mie散射的散射系数表达式计算消光系数；4.由步骤3所得的数值通过粒径分布公式反演雾霾粒子的粒径分布，进而得到待测雾霾粒子粒径的检测方法，本发明利用圆偏振光在Mie散射中的能够很好的恢复自身偏振状态，粒子信息不易丢失，增加了粒子可重复性测试的优势，测量结果能准确分析雾霾粒子粒径，从而提高检测见过的精确度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安理工大学
发明人：	赵太飞;程敏花;曹丹丹;宋佳鹏
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910151032.4
公开号：	CN109883902A
代理机构：	西安弘理专利事务所
代理人：	宁文涛
分类号：	G01N15/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	710048 陕西省西安市金花南路5号
主权项：	1.基于日盲紫外光圆偏振的雾霾粒子的检测装置，其特征在于，包括用于发射紫外光的紫外LED灯(1)，沿紫外LED灯(1)紫外光的传播方向依次设有聚焦单元、起偏器(4)、1/4波片a(5)、霾粒子容器(6)、1/4波片b(7)、探测单元，探测单元连接计算机(11)。 2.如权利要求1所述的基于日盲紫外光圆偏振的雾霾粒子的检测装置，其特征在于，所述聚焦单元由依次排列在紫外LED灯(1)后面的光阑(2)和准直透镜(3)组成。 3.如权利要求1所述的基于日盲紫外光圆偏振的雾霾粒子的检测装置，其特征在于，所述探测单元由依次排列的线偏振片(8)、1/4波片c(9)和光电探测器(10)组成，光电探测器(10)连接计算机(11)。 4.一种如权利要求1所述的基于日盲紫外光圆偏振的雾霾粒子检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤具体实施：步骤1、调整紫外LED灯(1)发射紫外光的偏振态为圆偏振光；步骤2、探测雾霾颗粒物对偏振光散射后的散射光的Stokes矢量；步骤3、根据步骤2检测到的Stokes矢量分别计算散射光的偏振参量，以及根据Mie散射的散射系数表达式计算消光系数；步骤4、由步骤3所得的数值通过粒径分布公式反演雾霾粒子的粒径分布。 5.如权利要求4所述的基于日盲紫外光圆偏振的雾霾粒子检测装置的检测方法，其特征在于，所述步骤1中调整紫外光的偏振态为圆偏振光的具体操作步骤为：步骤1.1：校准紫外LED灯(1)和光电探测器(10)，调节紫外LED灯(1)；步骤1.2：打开紫外LED灯(1)，其发射的紫外光光强记为I0，由紫外LED灯(1)发出的紫外光依次通过光阑(2)、准直透镜(3)、起偏器(4)、1/4波片a(5)，手动调整1/4波片a(5)的位置使得到的偏振光为圆偏振光。 6.如权利要求5所述的基于日盲紫外光圆偏振的雾霾粒子检测装置的检测方法，其特征在于，所述步骤2中探测待测雾霾粒子对偏振光散射后的Stokes矢量的具体过程为：步骤2.1：经步骤1.2得到的圆偏振光依次穿过粒子容器(6)中待测雾霾粒子、1/4波片b(7)，将圆偏振光转化为线偏振光和少数其他状态的偏振光；待测雾霾粒子发生散射将待测雾霾粒子信息加载到光束偏振态上，根据Mie散射理论，得到消光系数Ke关系表达式：其中： a为颗粒尺径参数，a＝πD/λ，λ为紫外光波长，D为雾霾粒子直径，an、bn为Mie散射系数其为复实数，Re(an+bn)为复折射率的实部，m为粒子折射率；步骤2.2：经步骤2.1得到的线偏振光和其他状态的偏振光由偏振分光棱镜进行分束，分束后的散射光依次穿过线偏振片(8)、1/4波片c(9)组成的检偏单元，散射光进入四个不同的检偏通道中，每个通道检测一种偏振态对应的矢量，检偏单元与光电探测器(10)组成探测单元，光电探测器(10)测量检偏通道的光强，由计算机(11)探测紫外光的Stokes矢量的四个值：第一通道不加检偏直接得到散射光光强I；第二通道水平方向检偏，得到水平线偏振方向的散射光强I1，矢量Q＝2I1-I；第三通道+45°方向检偏，得到+45°线偏振散射光强I2，矢量U＝2I2-I；第四通道为左旋圆偏振检偏，得到左旋圆偏散射光强I3，矢量V＝2I3-I，通过四个不同检偏通道测得的光强，即得Sout＝(I,Q,U,V)T，其中，I表示散射光强度，Q表示散射光中水平或垂直线偏振光的光强，U表示散射光中±45°线偏振光的光强，V表示散射光中右旋或左旋圆偏振光的光强。 7.如权利要求6所述的基于日盲紫外光圆偏振的雾霾粒子检测装置的检测方法，其特征在于，所述步骤3中散射光的偏振参量和消光系数的计算具体包括以下步骤：步骤3.1：经步骤2.2探测的散射光的Stokes矢量计算其偏振度DOP：步骤3.2：根据Lambert-Beer消光定律可知：出射散射光强I与消光系数的关系为：其中，I0为入射光光强，N0为单位体积内粒雾霾粒子数，L为介质厚度，D为待测雾霾粒子直径；联立公式(1)和公式(3)，即计算出待测雾霾粒子的直径D。 8.根据权利要求4所述的基于日盲紫外光圆偏振的雾霾粒子检测装置的检测方法，其特征在于，所述步骤4中反演雾霾粒子的粒径分布具体由以下步骤具体实施：步骤4.1：改变探测单元的放置角度，重复步骤2～3，通过多次测量得到雾霾粒子容器中不同雾霾粒子的粒径大小，得到Dmax、Dmin、以及峰值半径DmodN；步骤4.2：将步骤4.1得到的雾霾粒子粒径用对数正态分布函数公式(4)表示，观察待测雾霾粒子的总体分布：其中，N是颗粒浓度，N0是单位体积的颗粒数目，D是颗粒粒径，DmodN是峰值半径，σ是几何标准偏差。
所属类别：	发明专利