专利名称：一种基于双波长区分三种气溶胶颗粒的方法
技术领域：
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本发明属于大气气溶胶探测领域，具体涉及一种基于双波长区分三种气溶胶颗粒的方法。
背景技术：
烟雾是燃烧过程的标志性产物之一。燃烧产生的烟雾颗粒大多具有分形结构，如木制品与纸制品、棉织物、烟草等常见可燃物燃烧产生的烟雾颗粒，它们具有相似的光散射特性。同时，环境中存在的悬浮干扰颗粒，如大气环境中的粉尘、厨房烹饪产生的油烟、水蒸汽等，分别具有粗糙表面的随机结构和近似球体的结构。对这三种结构的大气气溶胶颗粒的区分，在大气监测、火灾探测等领域都有重要应用。例如，在大气监测中区分气溶胶颗粒来源是燃烧源还是沙尘源，在火灾探测中区分火灾烟雾颗粒和干扰颗粒。烟雾颗粒、粉尘、油滴三者在形貌上的显著区别，能够对颗粒光散射特性产生重要的影响。散射矩阵各元素系统地反映了散射颗粒的形貌、折射率等物理特性，利用双波长光散射矩阵的计算能够有效地区分三种结构的气溶胶颗粒，并为大气监测技术和光电感烟探测技术的发展提供必要的理论支撑。本方法分别选取入射光波长为300nm、900nm，基于已提出的三种颗粒形貌模型，分别对烟雾颗粒、粉尘、油滴的光散射矩阵进行数值计算，得到区分三种结构的气溶胶颗粒的方法。
发明内容
本方法的目的是区分三种结构的气溶胶颗粒，为大气监测技术和光电感烟探测技术的发展提供必要的理论支撑。本发明采用的技术方案为一种基于双波长区分三种气溶胶颗粒的方法，其特征在于入射激光采用双波长脉冲，其波长分别为300nm和900nm，经过气溶胶颗粒的颗粒群的散射后，探头接收散射光，得到光散射矩阵各元素Fu(0)的数值，其中i、j表示光散射矩阵的角标，取值均为1、2、3、4，相应的矩阵元素F11 ( 0 )、F22( 0 )经归一化处理F22( 0 )/Fn(9)后得到其数值；当散射腔内无颗粒时，Fn(0)=O，此时可以直接判断散射腔内无颗粒；而当散射腔内存在气溶胶颗粒时，F11(S) ^ 0，此时根据逻辑真值判断气溶胶颗粒种类；对归一化后的光散射矩阵元素经如下处理后产生逻辑真值I或0 :当0. 98彡F22( 0 )/F11 ( 9 ) ( I时，输出逻辑真值I ;当F22(0)/Fn(0) ( 0. 95时，输出逻辑真值0 ;当
0.95<F22(0)/Fn(0)<O. 98时，进入下一探测周期得到新的散射矩阵元素并进行上述处理，直至产生逻辑真值I或0 ;将入射光波长分别为300nm和900nm时得到的逻辑真值I或0导入逻辑判断电路，实现如下所示的逻辑判断(I)A=O, B=O,表示所述的颗粒群为粉尘或无颗粒；(2)A=0，B=l，表示所述的颗粒群为烟雾颗粒；(3)A=I, B=I,表示所述的颗粒群为油滴；
其中A为入射光波长为300nm时，F22 ( 0 )/F11 ( 0 )输出的逻辑真值，B为入射光波长为900nm时，F22(0)/Fn(0 )输出的逻辑真值；逻辑真值表如下表
权利要求
1.一种基于双波长区分三种气溶胶颗粒的方法，其特征在于入射激光采用双波长脉冲，其波长分别为300nm和900nm，经过气溶胶颗粒的颗粒群的散射后，探头接收散射光，得到光散射矩阵各元素Fu ( Θ )的数值，其中i、j表示光散射矩阵的角标，取值均为1、2、3、.4，相应的矩阵元素F11 ( Θ )、F22 ( Θ )经归一化处理F22 ( Θ ) /F11 ( Θ )后得到其数值；当散射腔内无颗粒时，Fn( Θ )=0，此时可以直接判断散射腔内无颗粒；而当散射腔内存在气溶胶颗粒时，F11 ( Θ ) Φ O，此时根据逻辑真值判断气溶胶颗粒种类；对归一化后的光散射矩阵元素经如下处理后产生逻辑真值I或O :当O. 98彡F22( Θ )/Fn( Θ ) ( I时，输出逻辑真值I ;当F22 ( Θ ) /F11 ( Θ )彡 O. 95 时，输出逻辑真值 O ;当 O. 95<F22 ( Θ ) /F11 ( Θ )〈O. 98 时，进入下一探测周期得到新的散射矩阵元素并进行上述处理，直至产生逻辑真值I或O ;将入射光波长分别为300nm和900nm时得到的逻辑真值I或O导入逻辑判断电路，实现如下所示的逻辑判断 (1)A=O,B=O,表示所述的颗粒群为粉尘或无颗粒； (2)A=O, B=l，表示所述的颗粒群为烟雾颗粒； (3)A=I,B=I,表示所述的颗粒群为油滴； 其中A为入射光波长为300nm时，F22 ( Θ ) /F11 ( Θ )输出的逻辑真值，B为入射光波长为900nm时，F22 ( Θ ) /Fn ( Θ )输出的逻辑真值；逻辑真值表如下表
全文摘要
本发明提供一种基于双波长区分三种气溶胶颗粒的方法，该方法入射激光采用双波长脉冲，经过颗粒群的散射后，探头接收散射光，得到光散射矩阵各元素Fij(θ)的数值，相应的矩阵元素F11(θ)、F22(θ)经归一化处理F22(θ)/F11(θ)后得到其数值；得到归一化光散射矩阵F22(θ)/F11(θ)随散射角的变化关系，并通过逻辑判断可以有效区分烟雾颗粒、粉尘、油滴。本发明可以有效区分大气环境中的烟雾颗粒、粉尘、油滴，解决了传统的探测器由于采用单波长激光无法区分烟雾颗粒、粉尘、油滴的问题。
文档编号G01N21/49GK102788770SQ20121029101
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月16日 优先权日2012年8月16日
发明者张永明, 方俊, 李耀东, 王进军, 王 锋, 胡海兵 申请人:中国科学技术大学