专利名称：烟气气溶胶颗粒物在纤维丝表面累积过程的微观表征方法及其捕集拍摄装置的制作方法
技术领域：
本发明属于烟气气溶胶微观研究技术领域，具体涉及气溶胶颗粒物在纤维丝表面累积过程的微观表征方法及其专用的捕集拍摄装置。
背景技术：
在日常生活中，人们会不可避免的接触到各种烟气气溶胶，如汽车尾气、工厂废气、烹饪烟气、卷烟烟气等燃烧物质燃烧产生的排放物。目前，颗粒物污染问题日益严重，其中PMlO颗粒物易被吸入人体呼吸道，PM2.5颗粒物则能进一步进入人体，已成为影响城市居民健康的重要因素之一
纤维过滤是有效控制烟气气溶胶对环境污染的有效方式之一，各种形式的纤维除尘器在许多领域得到应用。纤维吸附是纤维介质材料过滤烟气颗粒物的主要方式，如何提高纤维吸附效率和单纤维吸附量，是有效提高烟气过滤效率和提高过滤器使用寿命的关键。有研究指出颗粒物在纤维表面的富集过程和形态将会对后续颗粒捕集产生较大影响，获得颗粒物在被单纤维丝捕集时不同阶段所形成的不同累积形态，这些结果有助于理解纤维过滤过程。对于烟气气溶胶颗粒物如烹饪油烟、卷烟烟气等气溶胶，由于颗粒粘性较强，颗粒富集在纤维表面后颗粒相互作用时形状易变形，获得不同时刻颗粒在纤维表面的富集状态，对于深入理解纤维捕集烟气气溶胶颗粒物的微观机理将有重要作用，对于研究如何提高纤维吸附效率或者开发新型纤维材料有重要指导作用，而目前在这方面缺乏有效的表征方法。
发明内容
本发明的目的正是基于上述现有技术状况而提出一种烟气气溶胶颗粒物在纤维丝表面累积过程的微观表征方法。本方法借助于开发的一套烟气颗粒纤维吸附微观观测装置，通过图像采集及图像处理技术的运用，可实现烟气气溶胶颗粒物在纤维丝表面连续累积过程的微观表征，从而有助于对纤维捕集的深入认识，同时也为新型纤维的开发提供评价手段。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种烟气气溶胶颗粒物在纤维丝表面累积过程的微观表征方法，是利用光学显微镜对设置在烟气通道中的纤维丝捕集气溶胶颗粒物过程进行图像采集，然后进行图像处理，从而得到烟气气溶胶颗粒物在纤维丝表面累计的微观过程。所述图像处理包括滤光处理、像素统计和图像二值化处理。适用于烟气气溶胶颗粒物在纤维丝表面累积过程的捕集拍摄装置，包括烟气通道、开设在烟气通道上的观测窗口和设置在观测窗口上方的带有CXD摄像机的显微镜，在正对于观测窗口的烟气通道中设置有夹持有纤维丝的支架，烟气通道的一端连接有喇叭形烟气收集口，另一端依次连接有过滤器、流量计和真空泵。
所述烟气通道前段接有喇叭形烟气收集口，用于收集烟气气溶胶。烟气管道的截面为矩形，矩形结构有利于通道内部形成层流区，利于烟气浓度的稳定，同时也便于在通道内布置纤维支架和上部设置观测窗口。夹持有纤维丝的支架为卡装式，放置后采用盖玻片密封，纤维丝的纤度可根据需要进行更换，烟气气溶胶颗粒物浓度以及气流量均可根据需要调节，以适应不同条件下对细微吸附颗粒的微观过程进行研究。本发明的优点在于:通过在已建立的烟气过滤通道内部放置纤维丝，通入一定浓度、速度的烟气气溶胶，利用配置有CCD摄像机的显微镜对纤维捕集颗粒部分进行图像采集，然后进行图像二值化处理，从而得到烟气气溶胶态颗粒物在纤维丝表面累积的微观过程。本发明借助于开发的一套烟气颗粒纤维吸附微观观测装置，通过图像采集及图像处理技术的运用，实现了烟气气溶胶颗粒物在纤维丝表面连续累积过程的微观表征，从而有助于对纤维捕集的深入认识，同时也为新型纤维的开发提供评价手段。
图1为本发明的捕集拍摄装置结构示意图 图2为烟气收集端为放大图
图3为管道放置纤维丝处放大图 图4为夹持有纤维丝的支架
图1-4中标号:1.烟气收集口；2.烟气通道；3.纤维丝放置观测窗口；4.过滤器；
5.流量计；6.真空泵；7.光学显微镜；8.CXD摄像机；9.计算机，10.夹持有纤维丝的支架。图5单纤维丝捕集颗粒图片
图6单纤维丝捕集颗粒滤光处理图片 图7单纤维丝捕集颗粒二值化图像
图8颗粒物在不同规格单纤维丝表面的覆盖率与捕集时间关系图5-8中:h为未捕集颗粒物时刻的空白图片，^至^所为每间隔相同时间所得纤维丝捕集颗粒物图片
具体实施例方式本发明以下结合附图做进一步描述:
如图1-4所示:本发明的捕集拍摄装置，包括烟气通道2、开设在烟气通道上的观放置测窗口 3和设置在该窗口上方的带有CXD摄像机的显微镜，在正对于观测窗口的烟气通道中设置有夹持有纤维丝的支架10，烟气通道2的一端连接有喇叭形烟气收集口 1，另一端依次连接有过滤器4、流量计5和真空泵6。烟气通道2采用法兰连接的两段管道，观测窗口位于法兰后端，便于管道拆开后清理。图中显示喇叭形烟气收集口通过一 90°的弯头与烟气通道相连接，但不限定为90°弯头，图中弯头仅为方便布置用。本发明的主要工作过程如下:
烟气气溶胶颗粒物在纤维丝表面累积过程的微观表征方法 第一步:获得纤维丝捕集烟气气溶胶颗粒物的图片
如附图1所示，对于连接好的管路，将夹持有纤维丝的支架10从窗口处放入通道中，打开真空泵6进行抽吸，结合质量流量计5调节合适的流量，然后将放置了支架的窗口 3用盖玻片密封，调节显微镜7找到纤维丝上的观测位点，调节至所需放大倍率，在烟气收集口 I放置烟气气溶胶颗粒源，经由CCD摄像机8拍摄图片，所拍图片存至计算机9，图5所示为对纤维丝上所选位点拍摄的一组图片，图片第一张为空白对照样，以后每间隔相同时间对同一位点拍摄一次，拍摄时外部条件保持不变。第二步:采用图像二值化的方法对烟气气溶胶颗粒物的累积过程进行表征
对所得的一系列图片进滤光处理，主要是除去背景颜色对图像二值化后产生的噪声影响，这样就可以先得到滤光处理后的灰度图片，如图6 ;通过对第一张空白图片阈值的选定，确定这一系列图片所对应的阈值，在所选的阈值下对图片进行二值化处理，得到烟气气溶胶颗粒物随时间在纤维丝上累积过程的图像，如图7 ;通过统计每幅图片上黑点所占的像素以及图片上单根纤维丝所占的像素，得到单位面积纤维丝表面颗粒物所覆盖的面积，可定量得出颗粒物在单丝表面覆盖率曲线图(如图8所示)。
权利要求
1.一种烟气气溶胶颗粒物在纤维丝表面累积过程的微观表征方法，其特征在于:是利用光学显微镜对设置在烟气通道中的纤维丝捕集气溶胶颗粒物过程进行图像采集，然后进行图像处理，从而得到烟气气溶胶颗粒物在纤维丝表面累计的微观过程。
2.根据权利要求1所述的烟气气溶胶颗粒物在纤维丝表面累积过程的微观表征方法，其特征在于:所述图像处理包括滤光处理、像素统计和图像二值化处理。
3.一种用于烟气气溶胶颗粒物在纤维丝表面累积过程的捕集拍摄装置，其特征在于:包括烟气通道、开设在烟气通道上的观测窗口和设置在观测窗口上方的带有CXD摄像机的显微镜，在正对于观测窗口的烟气通道中设置有夹持有纤维丝的支架，烟气通道的一端连接有喇叭形烟气收集口，另一端依次连接有过滤器、流量计和真空泵。
4.根据权利要求3所述的用于烟气气溶胶颗粒物在纤维丝表面累积过程的捕集拍摄装置，其特征在于:烟气通道前段为喇叭形烟气收集口。
5.根据权利要求3所述的用于烟气气溶胶颗粒物在纤维丝表面累积过程的捕集拍摄装置，其特征在于:烟气管道的截面为矩形。
6.根据权利要求3所述的用于烟气气溶胶颗粒物在纤维丝表面累积过程的捕集拍摄装置，其特征在于:夹持有纤维丝的支架为卡装式，放置后采用盖玻片密封。
全文摘要
一种烟气气溶胶颗粒物在纤维丝表面累积过程的微观表征方法，其特征在于利用显微镜对设置在烟气通道中的纤维丝捕集气溶胶颗粒物过程进行图像采集，然后进行图像处理，从而得到气溶胶颗粒物在纤维丝表面累计的微观过程。所用的捕集拍摄装置包括烟气通道、开设在通道上的观测窗口和带有CCD摄像机的显微镜，在通道中设置有夹持有纤维丝的支架，烟气通道的一端连接有烟气收集口，另一端依次连接有过滤器、流量计和真空泵。本方法借助于开发的一套烟气颗粒纤维吸附微观观测装置，通过图像采集及图像处理技术的运用，可实现烟气气溶胶颗粒物在纤维丝表面连续累积过程的微观表征，从而有助于对纤维捕集的深入认识，同时也为新型纤维的开发提供评价手段。
文档编号G01N21/84GK103196912SQ20131012100
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者鲁端峰, 务文涛, 朱文魁, 常纪恒, 于川芳, 金跃平 申请人:中国烟草总公司郑州烟草研究院