[发明专利]一种颗粒物浓度测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种颗粒物浓度测量方法及装置，通过获取无颗粒物沉积状态下光电转换装置输出的电信号经前置放大器A1后输出的放大信号，确定初始基底电压U_min～U_max；实时对光电转换装置输出的电信号U1经过前置放大器A1的基底电压值U_t进行检测，并将基底电压值U_t与初始基底电压U_min～U_max进行比较，并根据比较结果对电信号U1中的直流分量进行补偿。本发明一方面能够克服由于颗粒物沉积产生的杂散光、气流通道内壁上产生的反射光对测量信号的干扰，另一方面能够克服由于电子元器件一致性差及温度骤变等因素造成的测量信号失真的技术问题，具有成本低、体积小巧、测量精度高的技术优势。

技术领域

本发明涉及颗粒物浓度检测领域，更具体地说，涉及一种颗粒物浓度测量方法及装置。

背景技术

颗粒物浓度测量装置通常包括一供被测气流流通的气流通道、一用于产生光源的光源发射装置及一用于感应散射光的光电转换装置。被测气流在气流通道中流动，被测气流中的颗粒物流过光电转换装置上方的光敏区时受到光源照射产生散射光，光电转换装置接收散射光并输出电信号，处理器对光电转换装置输出的电信号进行处理并最终得到被测气流中的颗粒物浓度。

在颗粒物浓度测量过程中，受重力作用影响被测气流中的部分颗粒物会在气流通道的内壁或者光电转换装置上沉积，光源照射在沉积的颗粒物上会产生杂散光，并且光源照射在颗粒物浓度测量装置的内壁也会产生反射光，这两部分光被光电转换装置接收后会被误判为由于光源照射在被测气流中的颗粒物上产生的散射光，给颗粒物浓度测量带来误差，降低颗粒物浓度测量的精度。

为了便于信号处理，在进行颗粒物浓度测量过程中会对光电转换装置输出的电信号U1进行多次放大，为了防止放大器输出的放大信号失真，需要将放大器的输入信号控制在一定的范围内。同时前置放大器的输出会直接或间接地成为后置放大器的输入，因此为了防止后置放大器输出的放大信号失真，需要将前置放大器的输出控制在一个预设的输出范围内。随着使用时间的增长，颗粒物浓度测量装置内部沉积的颗粒物会越来越多，会造成光电转换装置输出的电信号U1升高或降低，并且光源、透镜等器件的一致性差也会导致光电转换装置输出的电信号U1升高或降低，另外当颗粒物浓度测量装置所处的环境存在温度骤变时，更会导致光电转换装置输出的电信号U1升高或降低。当光电转换装置输出的电信号U1升高太多或降低过多时，会使前置放大器A1的输出超出预设的输出值范围，进而导致后置放大器A2的输入超出后置放大器A2预设的输入范围，从而造成后置放大器A2输出的放大信号失真，颗粒物浓度测量结果精度低。

为了提高颗粒物浓度测量的精度，在专利文献WO2018100209A中公开采用鞘流技术以保护光电转换装置不受被测气流中颗粒物污染的技术方案，其通过采用经过滤后的清洁空气包裹被测气流能够使光电转换装置不直接与被测气流中的颗粒物接触，并且可以利用清洁空气对沉积在光电转换装置上的颗粒物进行吹扫，从而降低颗粒物对光电转换装置的污染。

为了解决由于被测气流从小通径的进气通道进入到大体积的测量腔后，气流在测量腔内的压力和流速变小导致颗粒物容易在光电转换装置上沉积的技术问题，在专利文献CN203490155U中公开在进气通道的通道壁上设置若干由前至后口径逐渐缩小的锥形缩口段以保证进气通道出口处的被测气流具有较高的流速，进而能够确保被测气流能够顺利进入出气通道中以避免被测气流中的颗粒物在测量腔以及光电转换装置上沉积。

上述两篇专利文献均是通过结构设计来防止或减少颗粒物在颗粒物浓度测量装置中沉积，进而达到提高颗粒物浓度测量精度的目的，其缺陷在于会导致颗粒物浓度测量装置的体积大、成本高，并且当在颗粒物测量装置中无法避免的存在颗粒物沉积时其无法消除由于颗粒物沉积造成的测量误差，也无法克服颗粒物沉积、电子元器件一致性差、以及温度骤变等因素造成的放大器输出的放大信号失真，颗粒物浓度测量精度低的技术缺陷。

发明内容