应用于扬尘颗粒物在线监测的mie散射快速计算方法与流程

技术特征：

1.应用于扬尘颗粒物在线监测的mie散射快速计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、计算粒子的散射系数，形成散射系数表格：

根据扬尘的折射率m与入射光波长λ_i(1≤i≤N)基于Mie散射理论计算出扬尘空间存在的各种粒径D_j(1≤j≤M)下粒子的理论散射系数k_ext，形成N*M粒子散射系数表格：

$k_{ext}=\frac{2}{{\mathrm{\α}}^2}\underset{n=1}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}(2n+1)\mathrm{Re}(a_n+b_n)$

式中，α＝πD_j/λ_i为尺寸参数，a_n、b_n为m、D_j、λ_i的函数；

S2、建立粒子粒径分布数学模型，选定优化算法中模型参量的合理初始值：

S21、根据扬尘样本数据或者理论数据拟定多峰分布数学模型f(a₁,a₂,...,a_N,x)，其中a₁,a₂,...,a_N为数学模型的模型参量，参量的个数与入射光波长数量相等，可根据模型参量个数调整入射光波长的个数；x为粒子粒径；

S22、判断是否为首次测量，如果是，则在扬尘浓度分布合理范围内使用网格法寻找目标函数参量的合适初始值；如果该次测量不是首次测量，则将上一次数据处理获得的最优模型参量作为下一次数据处理的模型参量的初始值，

即${(a_1,a_2,\mathrm{...},a_N)}_n^0={(a_1,a_2,\mathrm{...},a_N)}_{n-1}^{best};$

S3、反演颗粒物粒径分布，计算颗粒物浓度：

S31、基于函数限制解法，利用粒子浓度分布模型结合粒子理论散射系数计算出各个波长下的一组浊度值，与实测浊度值对比计算残差平方和，通过L-M优化算法的反复迭代，找到与实际粒子分布最接近的粒子模型最优参量；

S32、将最优参量代入到粒子浓度分布模型，通过积分得到固定粒径范围内粒子的浓度信息。

2.根据权利要求1所述的应用于扬尘颗粒物在线监测的mie散射快速计算方法，其特征在于，所述步骤S1所得的表格仅在所测扬尘颗粒物折射率发生较大变化或者使用的单色光波长变化时做更改，数据处理时仅调用表格中的数值。

3.根据权利要求1所述的应用于扬尘颗粒物在线监测的mie散射快速计算方法，其特征在于，所述步骤S22的具体步骤为：根据扬尘分布模型参量的合理范围，在每个参量的合理范围均等取出L个数值形成N维网格，共有L^N个网格节点；分别以各个节点处的数学模型参数值为初始值，计算各光路浊度值与实际值的最小残差平方和ε，取其中最小的ε所对应的模型参量初始值作为本次浓度计算的初始值。

4.根据权利要求1所述的应用于扬尘颗粒物在线监测的mie散射快速计算方法，其特征在于，所述步骤S32的具体步骤为：

1)将粒子粒径分布模型参量与浊度τ的关系设为函数表达式

τ_i＝g(a₁,a₂,...,a_N,λ_i)；

式中，τ_i为第i个光波长下的计算出的浊度值，a₁,a₂,...,a_N为模型参量，λ_i为第i个光路的波长；

设置L-M算法的迭代计算的最大次数K、和迭代结果允许残差平方和最大值ε_max；

2)计算以模型参量值为基础的各光路浊度值与实际值的残差平方和ε；

$\mathrm{\ϵ}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}|{\mathrm{\τ}}_i-{\mathrm{A\τ}}_i{|}^2$

式中，ε为残差平方和，τ_i为计算第i个光波长下的浊度值，Aτ_i为实测第i个光波长下的浊度值；

3)判断当前的残差平方和ε是否小于允许残差平方和最大值ε_max,如果是则跳转执行步骤4)；否则判断此时迭代次数是否小于迭代计算的最大次数N，如果是则这用L-M算法计算合理的迭代步长，更新模型参量a₁,a₂,...,a_N的预测 值，跳转执行步骤2)；否则跳转执行步骤4)；

4)将迭代计算结束后的最后一组模型参量a₁,a₂,...,a_N作为最优模型参量；将最优模型参量代入到粒子浓度分布模型，通过积分得到固定粒径范围内粒子的浓度信息。