[发明专利]柴油机排放颗粒物微观结构特征自动定量评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对柴油机排放颗粒物微观结构特征参数的评价方法。

背景技术

直径微小的大气悬浮颗粒物由于悬浮时间长、比表面积大，极容易吸附有毒有害物 质，对人体健康威胁很大。数量众多的柴油机车所排放的废气是城市大气中悬浮颗粒物 的重要来源之一，因此对柴油车微粒排放的研究受到了广泛的关注。目前柴油车颗粒物 的形成机理特别是微粒自身结构和理化特性在其生成、演化历程中的变化规律已成为内 燃机工程和环保领域关注的热点。

柴油机燃烧过程中形成的微粒具有极其复杂的微观结构特征，这种微观结构特征与 微粒本身的多种理化性能有着密切的关系。如，许多研究者已经发现对于柴油机排放的 这类以碳元素为核心的微粒，其氧化特性随内部微观结构的变化而变化，特别是那些具 有无定形微观结构的碳质微粒，要比具有规则石墨化微观结构的碳质微粒更容易被氧 化，其氧化反应活化能更低。因此，采用合理的方法自动定量评价柴油机燃烧过程中所 排放颗粒物微观结构特征参数的变化，不仅可以深化研究柴油机微粒物的生成机理和排 放规律，更重要在于有助于提出柴油机燃烧过程中形成微粒物的有效控制方法。

发明内容

本发明的目的是通过对柴油机排放的碳质微粒微观形貌图像进行数学变换处理，提 出一种自动提取颗粒物微观结构特征定量信息的技术方法。

以下结合附图对本发明的技术方案进行说明：本发明主要是解决如何准确提取微粒 微观结构特征参数。这些微粒微观结构特征参数主要包括微晶尺寸La、层面间距d和 曲率C。其中La是以碳元素为核心的微粒微观组织结构中的一个重要结构参数，它定 义为微晶碳层上每条微晶碳层的长度；d的定义是微粒微观结构中相邻两个微晶碳层的 垂直距离；C的定义为微晶碳层的微晶尺寸与此微晶碳层两端像素点间直线距离的比值。 上述特征参数的定义见附图1。上述3个微粒微观结构特征参数对微粒的多种物理-化学 性能影响很大，特别是它们是微粒氧化稳定性和高温稳定性的主要决定因素，对它们的 准确评价有助于提高柴油机微粒排放的控制技术的应用效果。对柴油机排放颗粒物微观 结构参数自动定量评价方法，包括四大步骤，而其中最主要的是步骤3，即微粒微观形 貌图像数学变换处理方法。

本发明提出的其具体技术方法由以下步骤完成：

1.样品前处理

将1g从柴油机排气中收集的微粒样品精细研磨后置于150ml二氯乙烷(CH₂Cl₂) 中萃取24小时，期间使用超声波振荡器加速所述萃取过程。将萃取后的微粒样品置于 10ml无水乙醇(CH₃CH₂OH)中，使用超声波振荡器振荡30分钟，使研磨后的微粒样 品均匀分散于无水乙醇中，形成稳定的悬浮液。取一滴分散好的微粒-乙醇悬浮液置于 场发射透射电子显微镜(TEM)镍网微栅上，待乙醇自由挥发后，微粒样品前处理工作 即完成。

2.微粒微观形貌图像的获取

利用场发射透射电子显微镜(TEM)对步骤1完成的微粒样品形貌进行观测，获取 微粒微观形貌电子显微镜照片。

3.微粒微观形貌图像数学变换处理方法。这个步骤包括了6个主要过程：

3.1图像规格化

微粒微观形貌图像在拍摄过程中，由于人为的因素，可能造成所获取的微观形貌图 像的对比度不同、灰度范围有差异。为了将不同微观形貌图像的平均灰度、方差、对比 度等统计特性指标调整到一个统一的范围，使不同的源图像具有相同的灰度均值和方 差，需要对源图像进行规格化处理。

设I(i，j)为像素点(i，j)的灰度，其中i和j分别为所述微粒微观形貌图像中以像素 点为单位的横、纵坐标，M和N分别代表源微粒形貌图像的灰度均值和灰度方差， N(i，j)是规格化后点(i，j)的灰度。图像规格化定义如下：

式中，