本发明属于光电技术领域，尤其涉及一种基于ccd侧向散射的全天候pm2.5浓度实时检测装置。
背景技术：
当前我国大气污染状况仍然严重，表现之一为煤烟型污染，造成的后果是大气环境中的总悬浮颗粒物浓度超标。可吸入细颗粒物作为总悬浮颗粒物的组成部分对人体健康的危害很大，颗粒物直径越小，进入呼吸道的部位越深。10微米直径的颗粒物通常沉积在上呼吸道，2微米以下的颗粒物可深入到细支气管和肺泡。细颗粒物进入人体到肺泡后，会直接影响肺的通气功能，使机体易处在缺氧状态。通常，人们将粒径小于2.5微米的颗粒物称为pm2.5。目前，pm2.5污染是我国的空气污染来源之一，pm2.5的检测及控制是环境卫生管理部门及政府民生工作的重点，对提高人们的生活质量具有重要的现实意义。传统的pm2.5自动监测方法，比如β射线法加装动态加热系统的仪器和微量振荡天平法加装膜动态测量系统(fdms)的仪器等不仅成本高昂，而且不具备实时检测功能。
近几年，有人提出了ccd后向散射实现pm2.5测量和ccd侧向散射实现pm2.5测量的方法，大大提高了pm2.5测量的便利性，极大地降低了测量的成本。然而，过去利用ccd测量的方法对环境光的要求较高，不能在白天测量，只能在环境光较暗的夜晚测量，这样的测量不具备白天实时功能。其次，南方的空气湿度大，直接使用ccd测量激光在大气中的散射光很容易受到空气中水气的影响，致使结果存在偏差。
技术实现要素：
为了克服以上现有技术存在的不足，以增强pm2.5测量的便利性，使测量可以在白天进行，本发明设计了一种基于ccd侧向散射的全天候pm2.5浓度实时检测装置。
本发明采取如下技术方案：
一种基于ccd侧向散射的全天候pm2.5浓度实时检测装置，包括：检测暗箱、激光发射单元、光捕捉单元及鼓风机构；所述的检测暗箱内具有两个相通的腔体即第一腔体、第二腔体，第一腔体内填充水气吸收材料；所述的鼓风机构与检测暗箱的第一腔体连通；所述检测暗箱的第二腔体与外部连通；所述的光捕捉单元包括ccd以及处理器，ccd拍摄采集激光信息并通过数据线将信息传递给处理器；所述检测暗箱的第二腔体内装所述的激光发射单元和所述的ccd，所述ccd的光轴与所述激光发射单元的光轴相垂直。
优选的，所述的激光发射单元包括激光器，用于发射激光束。
优选的，所述的激光器安装于所述检测暗箱的内壁底部，激光器以水平方向发射激光束。
优选的，所述的ccd安装于所述检测暗箱的第二腔体内壁顶部。
优选的，所述检测暗箱内竖直安装隔板，隔板将所述检测暗箱内部分隔成所述的第一腔体、第二腔体，；所述的隔板开有气孔，以使第一腔体与第二腔体连通。
优选的，所述气孔的直径3mm，相邻两气孔距离12mm。
优选的，所述的鼓风机构包括鼓风机与硬质管，鼓风装置通过硬质管与检测暗箱的进风口无缝连接，所述的进风口开设于检测暗箱的第一腔体侧壁。
优选的，所述检测暗箱的第二腔体通过出风口与外部连通。
优选的，所述出风口设有出风口盖。出风口盖可以减少外界光线与空气对检测过程中产生的数据的影响，检测人员可以按照实际情况决定开启或关闭出风口盖。
优选的，检测暗箱选用正方体箱体。
当空气通过第二腔体时，空气中的颗粒物自然地影响到ccd对激光束的拍摄情况，颗粒物的浓度越高，则ccd获得的图像越不清晰，最后反映在处理器中的图像灰度值也越大。
检测过程中，出风口与鼓风机保证检测暗箱内外的颗粒物分布特征实时一致。使用ccd侧向散射的pm2.5测量方法是，在处理器采集到激光后对散射图像中的256个灰度值进行统计，把灰度值大于预设值i的像素点的灰度值相加，得到的图片中灰度值大于预设值i的总光强值：s(i)，建立总光强值s(i)和利用颗粒物监测仪测得的pm2.5值的关系，从而建立pm2.5预测模型。
本发明采用ccd侧向散射法对全天各个时段的pm2.5进行检测，实现了真正意义上的全天候pm2.5实时检测，并且设计了除湿装置，避免了空气中水气对pm2.5检测结果的影响。且，本发明检测装置具有良好的移动性和操作性，成本较低，结构简易。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步描述。
图1为基于ccd侧向散射实时检测pm2.5浓度装置的一种较优实施例的结构示意图。
图2为基于ccd侧向散射实时检测pm2.5浓度装置的一种较优实施例中检测暗箱的纵向剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例作进一步的说明。
如图1、2所示，本实施例基于ccd侧向散射的全天候pm2.5浓度实时检测装置，包括：检测暗箱1、激光发射单元、光捕捉单元及鼓风机构。
检测暗箱1为边长为1m的正方体，检测暗箱1内具有两个相通的腔体即第一腔体、第二腔体，检测暗箱1内装竖向的隔板10，第一腔体与第二腔体之间由隔板10分隔开，隔板10上有若干个圆形气孔12，气孔直径3mm，相邻的两气孔距离12mm。第一腔体内填充水气吸收材料11。水气吸收材料11，可以是木炭，也可以是其他能够有效去除空气中水气的特殊材料，水气吸收材料11应当在有效去除水气的同时尽量少地对空气中的颗粒物浓度造成影响。
鼓风机构包括(小型)鼓风机4与硬质管5，硬质管5的直径为0.15m。鼓风机4通过硬质管5与检测暗箱1第一侧壁(第一侧壁与隔板垂直)的进风口无缝连接，进风口与检测暗箱1的第一腔体连通。在本实施例中，所述鼓风装置4通过硬质管5与检测暗箱1的进风口无缝连接。无缝连接的硬质管5与进风口避免了外界光线与空气渗透入检测暗箱1的可能，使得测量过程尽量少的受到外界因素的影响，测量结果能够更加精确。
检测暗箱的第二腔体通过检测暗箱第二侧壁(与第一侧壁相平行且两者处于相对侧)的出风口2与外部连通。出风口上设有出风口盖3。出风口盖3能够开启或关闭，可以减少外界光线与空气对检测过程中产生的数据的影响，检测人员可以按照实际情况决定开启或关闭出风口盖3。
鼓风装置将空气吹入检测暗箱1中，空气由进风口到达第一腔体再通过第二腔体，最后由出风口2排出。出风口为边长为0.4m的正方形气孔。
光捕捉单元包括ccd9以及处理器6，本实施例处理器6采用计算机(如联想g510)，当然处理器也可以采用手机等移动终端。ccd9安装于检测暗箱1的第二腔体内壁顶部，处理器6处于检测暗箱1之外。ccd9拍摄采集激光信息并通过数据线将信息传递给处理器6，由处理器6对所述信息进行分析。本实施例中，型号watecwat-902h2，分辨率768×574，帧数50帧每秒。
检测暗箱的第二腔体底部内装激光发射单元，激光发射单元包括激光器7，激光器出射高斯光束，功率为500mw，波长532nm，端口的束腰半径为1mm。激光器发射波长532nm的水平激光束8。
ccd9的光轴与激光发射单元的光轴垂直；ccd9用于拍摄激光侧向散射图像并将图像信息传递给计算机。计算机对激光侧向散射图像进行记录。
在本实施例中，处理器6接口、ccd9接口和激光器7接口采用数据线连接，外接电源与处理器6、ccd9、激光器7、电源适配器和鼓风装置4采用线缆相互连接。在本实施例中，当空气通过第二腔体时，空气中的颗粒物自然地影响到ccd9对激光束的拍摄情况，颗粒物的浓度越高，则ccd获得的图像越不清晰，最后反映在处理器6中的散射图像的灰度值也越大。
由于本发明装置规避了空气湿度和环境光强对实验的影响，所以检测可以在全天的各个时段实时进行，以下对本实施例中的实时测量流程进行描述。
首先，接通电源并打开检测暗箱1左边的出风口2，让鼓风机4开始工作将空气通过进风口吹入检测暗箱1中，通过水气吸收材料11吸收空气中的水气，利用出风口2排出箱内原有的空气并使检测暗箱1内外的气压平衡，确保内外的pm2.5浓度一致。
然后，打开激光器7，当ccd9采集激光侧向散射图像时，利用处理器6进行记录，同时记录该实验地点的由颗粒物监测仪提供的pm2.5的浓度值。检测过程中，出风口2与鼓风机4保证检测暗箱1内外的颗粒物分布特征实时一致。使用ccd9侧向散射的pm2.5测量方法是，在采集到激光后向散射图像中对256个灰度值进行统计，把灰度值大于预设值i的像素点的灰度值数值相加，得到图片中灰度值大于预设值i的总光强值：s(i)，建立总光强值s(i)和颗粒物监测仪测得的pm2.5值的关系，从而建立pm2.5预测模型。
本发明基于ccd侧向散射的pm2.5浓度全天候实时检测装置，采用检测暗箱为ccd采集激光信号提供无光照环境，以水气吸收材料吸收空气中水气的方法避免湿度对实验的影响，实现pm2.5浓度的全天候实时检测。
上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。