[发明专利]固体灰尘颗粒径谱分析仪

说明书

技术领域

本发明公开了一种测量固体颗粒密度与径谱分布的原理及技术。本发明采用喇叭口电晕灰尘带电技术与灰尘成像分析技术，构造固体灰尘径谱识别与灰尘颗粒直径测量。颗粒径谱的显示与测量的环境可以通过自动设置与手动设置完成，并将测量结果显示到LCD屏，为快速灰尘固态颗粒径的测量提供了一种有效、快速的解决方案。

背景技术

灰尘颗粒测量，是灰尘颗粒检测中的一个难点，传统的灰尘检测方式如离子化灰尘探测技术、光电灰尘探测技术，运用了不同的方法获取粒径。传统分析理论使用物理化学方法，进行的模型建设与模拟[1]，实际使用效果不高；空气采样检测灰尘颗粒中，吸气散射法[2]与粉尘法[3]、化学胶体法[4]，仅仅限于对大颗粒灰尘尘感知，而无法获得颗粒径与密度。使用激光全散射法成像形成的颗粒探测[5，6]，由于动态图像分辨率差，成本高，所形成的颗粒径应用性差；传统的灰尘尘图像斑点识别技术[7]限于像素识别，物理直径计算不准确；而用于光学成像测距的斑点物理距离计算[8]，由于没动态捕获斑点最小值算法，智能性不足，在对灰尘场应用中效果较差。灰尘是较大粒径微颗粒，中位值为0.5μm。颗粒带电方式多样，本发明采用低密度小颗粒的感灰尘探测技术，与吸气法的大颗粒感灰尘探测技术综合优点，可以快捷宽谱（颗粒径谱）探测颗粒直径的分布范围。

[1] TheGenevaAssoeiation.GenevaAssociationNewLetter:WbrldFirestatisties.Oct.2003

[2] 李宏文,冉鹏.吸气式感灰尘探测报警系统的应用[]J.建筑科学.VOL16,Nos,2000.47-49

[3] Thorsten Sehultze,Ingolf Willms.Smoke and dust monitoring by a microscope video sensor.

AUBE’04,PP:716-722,2004

[4] GQQ0.1型灰尘传感器.淮南市润金工矿机电有限公司.

[5] 赵建华,袁宏永,等.多波长激光全散射法探测灰尘的研究[J].应用激,2001,21(2):79-81.

[6] 疏学明，袁宏永，苏国锋，郑魁，章为民.基于激光片光源的灰尘探测新技术研究. 消防科学与技术2003年11月第22卷第6期.

[7] 马绥华等.图像探测中液品光阀的特性.光学技术，Vol.29，No.4，504-508200.3

[8] 陈涛.气体产物和灰尘颗粒的光声复合探测研究,合肥,中国科学技术大学2004。

发明内容

灰尘颗粒检测传感器部分，解决了灰尘颗粒的泡室腔（下称泡室）取样、泡面粒径图形成、泡面清洗三个过程。其中泡室灰尘取样使用了静电吸附技术与颗粒沉降技术，将颗粒快速沉降到透明的泡面上，形成颗粒沉降层形成颗粒图，电路将获取图像后，进行粒探测器分析。泡面图像完成后，使用高压气体（灰尘沉淀后的气体）清洗泡面，将灰尘从泄气孔吹出泡面，完成一次灰尘取样与泡面灰尘感应图像生成。

1工作原理

灰尘是较大粒径的颗粒，带电性普遍。发明采用灰尘带电与灰尘在电场中降速沉淀相结合，在斑点成像控制基础上对灰尘影像进行图像分析与计算，形成灰尘颗粒直径分布（下称径谱）。

带电荷Q的灰尘颗粒质量m，在电场E的作用下，向一个方向运动，如图1所示。灰尘颗粒在电场的作用下，向一个方向运动并最终停留在边缘。这个时间为公式一，见图12。

Δt为灰尘颗粒到达泡室另一边时间，之后停留在泡室边缘；Q为一个灰尘颗粒所带有电量。对于n个灰尘颗粒，会在边缘形成一层吸附物，并如图2所示。

如果每次泡室Ｖ中有n个灰尘颗粒，完全吸附到边缘（称泡室取样表面，简称泡面）。该泡面面积为s，到达泡面的通道长L，宽(高)为D，每次灰尘尘的数据呈现出斑状态分布。

灰尘的沉淀出现斑状态分布，并依据聚集范围（斑）色值(RGB值)测量出斑的特征面积Sb0，斑数量p0，图像倍率为k0；提高倍率到k时，斑中出现不可再分斑点时，斑的特征面积Sb，斑数量p；斑特征面积由像素为单位计算。假设像素对应泡面物理距离已知且为xd时，则k倍率下斑点直径d为公式2，见图13。

物理距离xd为泡面上深色已知（长度）距离线段，用于确定成像后的像素对应长度距离。若成像后，距离线段xd对应像素为pd个，则每像素对应长度为xd0=xd/pd。

其中的斑点倍率控制算法为：

步骤１；变量为k，初始值为K0