专利名称：无组织排放颗粒物烟羽不透光度的激光测量方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及大气环境监测领域，尤其涉及一种城市无组织排放颗粒物不透光度的激光测量方法和装置。
背景技术：
城市无组织排放颗粒物烟羽主要包括建筑施工扬尘和机动车扬尘，不透光度是指光传输被衰减程度，是衡量无组织烟羽排放强度的重要参数。对于城市无组织排放颗粒物烟羽不透光度的观测，目前主要方法是人眼观测和数字摄像技术两种。(I)人眼观测:受过简单培训的测量者站在特定的位置，用肉眼观测颗粒物烟羽或扬尘，根据烟羽颜色和烟羽持续时间来判断烟羽不透光度，这种方法已有多次使用，并被美国环保局列为标准方法U，但无组织排放因为污染过程复杂，并且随机性大，这种方法缺点显而易见，肉眼观测主观误差不可避免。(2)数字摄像方法=McFarland等人采用数码摄像机对某一对比度明显的固定目标物拍照，摄像图片的灰度值反应了目标物反射的太阳光强。烟羽穿过相机与目标物之间的区域时，摄像机接收到的来自目标物的光强会被削弱，通过比较烟羽穿过前后的摄像图片的光强变化来判断不透光度2’3。但这种方法对实际光辐射传输过程，尤其是颗粒物散射消光过程作了过多简化，影响了结果可靠性，并且测量受环境、气候影响很大，观测方位也受到限制。Du Ke和Rood等人提出采用普通数码相机拍照方法来测量烟羽不透光度4，降低了测量成本，但这种方法实际上与McFarland方法相同，它除了有与数码摄像方法一样的缺点外，还降低了观测时间分辨率。参考文献:
KMethod 9-Visual Determination of the Opacity of Emissions from StationarySources; Fed.Regist.1971，36，13624-13628。2、 Reitzej A.W.Air Pollution Control Law: Compliance and Enforcement.Environmental Law Institute: Washington, D.C，2001o3、 McFarland Michael J.; Olivas Arthur C.; Atkins Sally G.Fugitiveemissions opacity determination using the digital opacity compliance system(DOCS); JOURNAL OF THE AIR & WASTE MANAGEMENT ASSOCIATION.2007，57， 1317-1325。4、 Du Ke; Rood Mark J.; Kim Byung J.; Field evaluation of digitaloptical method to quantify the visual opacity of plumes;JOURNAL OF THE AIR &WASTE MANAGEMENT ASSOCIATION.2007，57，836-844。
发明内容
本发明的目的是解决现有方法测量客观性差、可靠性不足和精度不高等问题，提供一种可靠性强、操作简便、结构紧凑、效率高并且适应性强的，基于开路式激光透射的大气无组织排放颗粒物不透光度观测方法和装置。本发明的目的通过以下技术方案予以实现。
一种无组织排放颗粒物烟羽不透光度的激光测量方法，其步骤如下。1、首先关闭激光器光源，得到两个探测器各自的背景和噪声:INa、U。2、打开激光光源，当测量区域内无颗粒物烟羽时，监测光源光强波动的探测器输出信号为Itla，另一探测器得到穿过测量区域又被反射回的光的光强U。Icla和Iclb的关系为:
(1Ob- 1Nb)/ ( 1Oa - 1Na ) =K(D
K代表了因分束镜分光、器件反射或扩束等因素造成的光强衰减因子，在整个测量中为常数。3、当测量区域内有扬尘通过时，监测光源光强波动的探测器输出信号为Ila，另一探测器得到穿过测量区域又被反射回的光的光强Ilb。此时:
(lib-1Nb)/( Ila -1Na ) =KXT2(2)
T为颗粒物烟羽的透过率。根据烟羽不透光度定义:
Opactiy=(1-T)X100(3)
将(I)式和(2)式带入(3)式，可以得到:
权利要求
1.一种无组织排放颗粒物烟羽不透光度的激光测量方法和装置，其特征在于构成为:沿光束前进方向依次为激光器、反射镜、分束镜、离轴抛物镜、角反射器、光强信号米集系统和计算机。
2.激光器出射的激光经反射镜反射后，由分束镜分光，透射光进入光源信号探测器，反射光经离轴抛物镜扩束成平行光后射向待测颗粒物烟羽，然后经角反射器发射回至离轴抛物镜，离轴抛物镜将反射回来的平行光进行汇聚，穿过分束镜后聚焦于探测器的光接收面上； 两个探测器将各自接收到信号经模数转换器输出到计算机内。
3.根据权利要求1所述的一种无组织排放颗粒物烟羽不透光度的激光测量方法和装置，其特征在于发射端与接收端合二为一，出射光经过离轴抛物镜扩束射出后，穿过测量区域，经发射端发射后又返回来，经同一块离轴抛物镜汇聚后进入探测器。
4.根据权利要求1或2所述的一种无组织排放颗粒物烟羽不透光度的激光测量方法和装置，其特征在于所述一个探测器实时监控光源信号变化。
5.根据权利要求1所述的一种无组织排放颗粒物烟羽不透光度的激光测量装置，其特征在于反射镜反射面方位可调节。
6.一种无组织排放颗粒物烟羽不透光度的激光测量方法特征在于: 步骤1、首先关闭激光器光源，得到两个探测器各自的背景和噪声:INa、In13 ; 步骤2、打开激光光源，当测量区域内无颗粒物烟羽时，监测光源光强波动的探测器输出信号为Itla，另一探测器得到穿过测量区域又被反射回的光的光强U ; 两个光强信号扣除各自噪声后，计算两者比值，得到仪器光强衰减因子K: K- (lob- !Nb)/ ( I(la _ !Na ); 步骤3、当测量区域内有扬尘通过时，监测光源光强波动的探测器输出信号为Ila，另一探测器得到穿过测量区域又被反射回的光的光强Ilb ; 根据如下公式计算不透光度:
全文摘要
本发明涉及一种无组织排放颗粒物不透光度的激光测量方法与装置，该发明所述的装置同时测量光源光强和通过烟羽后的信号光强，环境和背景光干扰小，所述的装置光发射端和接收端合为一体；该发明所述的装置中由激光器发射的激光先经反射镜反射，再由分束镜分成透射光和反射光两束，透射光由光源信号探测器检测，反射光经离轴抛物镜扩束后穿过待测颗粒物烟羽，再经在烟羽另一侧的角反射器反射回离轴抛物镜，反射光被离轴抛物镜汇聚后由另一探测器接收，两个探测器接收到的信号由模数转换器转换后输出至计算机。本发明的目的是提供一种结构紧凑、便携性强的开路式不透光度测量装置，适用于野外颗粒物烟羽不透光度快速连续检测。
文档编号G01N21/59GK103185706SQ201110442838
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者石鹏, 杜可 申请人:中国科学院城市环境研究所