[发明专利]对多种介质的浓度进行测量的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学测量领域，尤其涉及一种对多种介质的浓度进行测量的方法和装置。

背景技术

在矿井环境中，粉尘的危害性很大，会诱发尘肺病，同时煤尘可导致燃烧和爆炸。并且，在矿井中，粉尘和瓦斯、二氧化碳等有害、易燃气体同时混合于空气中，会降低粉尘和气体各自的爆炸极限。因此，对矿井中的粉尘和气体的浓度进行测量对矿井的安全生产至关重要。对气体的浓度进行测量在环境保护、防火防爆和故障检测等方面也非常重要。

现有技术中的第一种对粉尘的浓度进行测量的方法为：取样测量法。从待测区域中抽出部分具有代表性的一定体积的含尘气样，对该含尘气样进行过滤处理，获取该含尘气样中包含的尘粒。根据过滤后尘粒的质量，以及含尘气样的体积，计算出待测区域中的气体中的粉尘浓度。经进一步分析检测后可得尘粒的粒径分布、物理化学性质等。

上述现有技术中的第一种对粉尘的浓度进行测量的方法的缺点为：对采样操作要求高，需要做到等速采样，并且保证含尘气样在输送过程中尽可能减少损失。由于采样法为点测量，每次只能采集某一点处的气样，因此为了获得整个含尘区域中粉尘浓度的平均浓度值，就需要采用在多点处进行测量。从而导致测量过程费时费力，自动化程度低，很难实现在线监测，这样无疑会大大增加测量工作量。

现有技术中的第二种对粉尘的浓度进行测量的方法为：光吸收法和光散射法。光波经过待测区域中的含有粉尘的空气后，会发生衰减。光波衰减的原因有两个：粉尘对光的吸收和散射。

光吸收法的测量原理为：粉尘对光波的吸收作用遵循Lambert-Beer定律，透过粉尘的光强与入射光强的关系为：

        I_OUT＝I_INexp(-αcL)        (公式1)

上述公式1中的I_OUT为透射光强，I_IN为入射光强，c为粉尘浓度，L为光波与粉尘相互作用的光程。α为粉尘的衰减系数，由粉尘对光的吸收和散射作用共同决定。α只与光波的波长和粉尘的性质有关，如粉尘颗粒的粒径、折射率等，与粉尘的浓度无关。在α和L确定的情况下，通过测量入射光强和透射光强可以得到粉尘浓度。

光散射法的测量原理为：粉尘对光波的散射作用与入射光的波长、粉尘颗粒的粒径大小及其粒径分布有关。当粉尘颗粒的大小与波长的比值不同时，分别发生瑞利散射、米散射或衍射。利用在不同光学现象下散射光强与粉尘浓度之间的关系，通过测量散射光强就可以测算出粉尘浓度。而测量散射光强需要先获取粉尘粒径信息。

上述现有技术中的第二种对粉尘的浓度进行测量的方法的缺点为：利用光吸收法所测量出的粉尘浓度是待测区域中的各种粒径的粉尘的总的浓度，该方法不能测量出待测区域中的不同粒径范围的粉尘所分别对应的浓度，不能测量出待测区域中和粉尘同时存在的有害气体的浓度。在利用光散射法进行测量时，需要先获取粉尘粒径信息，实现起来比较困难。

发明内容

本发明实施例提供了一种对多种介质的浓度进行测量的方法和装置，可以解决现有测量方法实现困难、测量结果的准确度和精确度不高的问题。

本发明实施例是通过以下技术方案实现的：

一种对多种介质的浓度进行测量的方法，确定待测量区域中的需要测量浓度的多种介质，所述方法具体包括：

获取具有不同波长的多个测量光波在所述待测量区域中的入射光强和透射光强，并且，获取所述多种介质分别在每个所述测量波长下的衰减系数；

根据所述获取的入射光强、透射光强和衰减系数信息，同时计算出所述多种介质分别在所述待测量区域中的浓度。

一种对多种介质的浓度进行测量的装置，包括：

介质确定模块，用于确定待测量区域中的需要测量浓度的多种介质；

光强信息获取模块，用于将具有不同波长的多种测量光波透过所述待测量区域中，获取每个测量光波在所述待测量区域中的入射光强和透射光强；

介质浓度计算模块，用于根据光强信息获取模块所获取的每个测量波长对应的入射光强、透射光强，以及每种介质在每个测量波长下的衰减系数和透射光波在所述待测量区域中的有效作用光程，通过设定的计算方法，同时计算出每种介质分别在所述待测量区域中的浓度。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过将不同粒径范围的粉尘和不同种类的有害气体分别作为不同的介质，可以对矿井等工业场所中的不同粒径范围的多种粉尘和多种有害、易燃气体同时进行浓度测量，并且，测量过程自动化程度高，容易实现。

附图说明