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原文传递一种基于光散射响应的气溶胶粒谱、浓度测量方法

专利名称：	一种基于光散射响应的气溶胶粒谱、浓度测量方法
摘要：	本发明公开了一种基于光散射响应的气溶胶粒谱、浓度测量方法，属于气溶胶在线监测领域，该方法包括：计算散射光强度与各粒子表面积和体积间的线性组合关系，确定实际测量中采用的入射光波长种类；根据单一波长入射光在单一粒子作用下的散射光强，计算得到散射光强与粒子粒度转换矩阵；采集不同波长的入射光在待测气溶胶作用下的散射光强度，根据转换矩阵，得到气溶胶粒度；根据气溶胶粒度与目标测量的粒径大小，计算待测气溶胶的概率密度函数；根据概率密度函数，计算得到待测气溶胶的数量浓度。本发明方法原理简单，可以快速精确地获取气溶胶粒谱和数量、表面积及体积浓度，并根据需要设置粒径的测量范围，粒径测量范围更大，适用范围更广。
专利类型：	发明专利
申请人：	华中科技大学
发明人：	朱明;林梦雪;邓田
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T23:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T10:00:00+0805
申请号：	CN201911335556.5
公开号：	CN110987737A
代理机构：	华中科技大学专利中心
代理人：	李智
分类号：	G01N15/02;G01N15/06;G;G01;G01N;G01N15;G01N15/02;G01N15/06
申请人地址：	430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
主权项：	1.一种基于光散射响应的气溶胶粒谱测量方法，其特征在于，包括： S1.对于待测气溶胶粒子群，分别建立N种粒径的目标测量粒子在不同波长入射光作用下的散射光强与各粒子体积和表面积间的线性组合关系，得到散射光强与各粒子对应的表面积组合系数与体积组合系数，选取使各粒子对应的体积组合系数呈等差递增或表面积组合系数呈等差递减的M种波长光作为实际测量中采用的入射光； S2.对上述预采用的M种波长入射光，分别计算单一波长入射光在单一粒子作用下的散射光强，得到散射光强与粒子粒度依赖于表面积浓度和体积浓度线性组合的行满秩转换矩阵； S3.分别采集上述M种波长的入射光在待测气溶胶作用下的散射光强度，根据上述转换矩阵，得到气溶胶粒度； S4.根据气溶胶粒度与目标测量粒子的粒径大小，计算待测气溶胶的概率密度函数。 2.根据权利要求1所述的一种基于光散射响应的气溶胶粒谱测量方法，其特征在于，步骤S1具体包括： S1.1.对于目标测量的N种粒子粒径di，i＝1,...,N，通过仿真计算各波长入射光在各粒子作用下的散射光强度Eki；其中，Eki表示第k种波长入射光在第i种粒子作用下得到的散射光强度；k＝1,...,K,K>M，K表示仿真计算采用的入射光波长种类； S1.2.采用线性函数拟合各波长入射光在各粒子作用下的散射光强度；其中，f(eki)表示第k种波长入射光在第i种粒子作用下得到的散射光强度的拟合值，Vi表示第i种粒子的体积，表示第k种波长入射光作用下第i种粒子的体积组合系数，Si表示第i种粒子的表面积，表示第k种波长入射光作用下第i种粒子的表面积组合系数； S1.3.根据上述拟合结果，选用使各粒子体积组合系数等差递增或表面积组合系数等差递减的M种波长光作为实际测量中预采用的入射光。 3.根据权利要求1所述的一种基于光散射响应的气溶胶粒谱测量方法，其特征在于，步骤S2具体包括： S2.1.对于目标测量的N种粒子粒径di，i＝1,...,N，分别计算各粒子在不同波长入射光照射下得到的散射光强Eji；其中，Eji表示第j种波长入射光在第i种粒子作用下得到的散射光强度；j＝1,...,M，M表示实际测量中采用的入射光波长种类； S2.2.根据公式计算散射光强Eji与第i种粒子粒度的转换系数Tji，并将所有粒子在所有波长下的转换系数拼接为依赖于表面积浓度和体积浓度线性组合的行满秩转换矩阵TM×N。 4.根据权利要求1或2所述的一种基于光散射响应的气溶胶粒谱测量方法，其特征在于，步骤S3具体包括： S3.1.将M种波长的入射光依次扫描待测气溶胶，得到M种散射光强EM×1； S3.2.通过公式EM×1＝TM×N×WN×1计算待测气溶胶中N种粒径的粒度WN×1。 5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于光散射响应的气溶胶粒谱测量方法，其特征在于，S4具体为：根据待测气溶胶中N种粒径的粒度WN×1与粒径di的大小，根据以下公式计算待测气溶胶的概率密度函数fN×1； Wi＝f(di)×di 其中，Wi为粒度WN×1中的元素；di为气溶胶中第i种粒子的粒径；f(di)为气溶胶中第i种粒子的概率密度。 6.一种基于光散射响应的气溶胶浓度测量方法，其特征在于，包括： S01.根据概率密度函数fN×1采用以下公式计算得到待测气溶胶数量浓度CN； E＝CN∫f(di)q(d)dd E为待测气溶胶在单一波长入射光下的散射光强之和，CN为所求气溶胶数量浓度，q(d)表示粒径为d的单个粒子在单一波长入射光下的光散射响应，根据Mie散射理论公式计算； S02.根据测量得到的气溶胶数量浓度CN，根据公式CS＝4πCN∫d2f(di)dd计算得到气溶胶的表面积浓度CS； S03.根据测量得到的气溶胶数量浓度CN，根据公式计算得到气溶胶的体积浓度CV。 7.根据权利要求6所述的一种基于光散射响应的气溶胶浓度测量方法，其特征在于，选取不同的积分范围得到不同目标粒径的气溶胶浓度。 8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～5任一项所述的一种基于光散射响应的气溶胶粒谱测量方法，或实现如权利要求6～7任一项所述的一种基于光散射响应的气溶胶浓度测量方法。
所属类别：	发明专利