[发明专利]碳黑团聚体一次粒径分布和热适应系数同时测量方法及装置

说明书

碳黑团聚体一次粒径分布和热适应系数同时测量方法及装置，属于非侵入式原位测量技术领域，为了解决基于激光诱导炽光的粒径分布测量对先验热适应系数不确定度敏感的问题。本发明所述方法需测量常温气体环境中碳黑团聚体由低通量激光激发的归一化激光诱导炽光实验信号，由简化激光诱导炽光模型生成相应的预测信号，构建的反问题基于预测信号相对实验信号的相对误差，通过协方差矩阵适应进化策略算法求解该反问题，从而同时得到碳黑团聚体一次粒径分布和热适应系数。本发明适用于非高温环境下团聚颗粒系的一次粒径分布和热适应系数同时测量。

技术领域

本发明属于非侵入式原位测量技术领域，具体涉及一种常温气体环境中分形团聚颗粒系统的多参数同时测量方法。

背景技术

碳氢燃料不完全燃烧产生的碳黑常见于火焰，废气和大气中。碳黑在微观下并非单颗粒球状粒子，而是由大量一次粒子组成的团聚体，团聚体呈现支链状的分形结构。大气中碳黑自身的毒性以及作为其他有毒物质的载体对人体健康有负面影响。此外，碳烟被认为是气候变化第二重要的人为因素。一次粒子的粒径分布是碳黑的重要特性，因为有研究表明碳黑毒性与其直接相关，并且其也是气候模拟的关键输入参数和空气质量评估的重要指标。过去几十年，时域激光诱导炽光已发展为测定粒子平均粒径或其对数正态分布的强大工具。与基于采样的非原位方法(如透射电子显微镜)相比，时域激光诱导炽光的特点是非侵入式原位测量，并无需进行费时的数据处理，适用于快速的在线原位测量。

基于时域激光诱导炽光的粒径测量方法涉及反问题求解。反问题的病态性会导致碳黑粒径分布的反演精度对部分模型参数的不确定度高度敏感，即使用不准确的模型参数值会严重影响反演精度。热适应系数被为是最大的不确定度来源，因为其物理意义复杂，数值受很多因素影响，不易直接测量且缺乏可用的准确数据。

发明内容

本发明为了解决基于激光诱导炽光的粒径分布测量对先验热适应系数不确定度敏感的问题，提出了一种碳黑团聚体一次粒径分布和热适应系数同时测量方法及装置。

碳黑团聚体一次粒径分布和热适应系数同时测量装置，包括：激光器、半波片、薄膜偏光片、柱面镜、光圈、碳黑颗粒气溶胶化装置、束流收集器、消色差透镜、带通滤波器、光电倍增管、示波器，以及数据采集处理系统；

光电倍增管和束流收集器的输出端口连接至示波器的输入端；示波器信号输出端连接至数据采集处理系统；

激光器出射脉冲激光，激光经过半波片和薄膜偏光片后射在第一柱面镜上，第一柱面镜反射光线经过光圈后并经过第二柱面镜后聚焦在碳黑气溶胶化装置的测量点处，部分激光能量透射穿过测量颗粒后被束流收集器收集并转换为电压信号输入到示波器，测量点处的碳黑团聚颗粒系统被脉冲激光激发，颗粒系统的温度先迅速升高，随后降至环境温度，期间碳黑团聚颗粒系统发射的炽光信号通过一对消色差透镜后被光电倍增管采集；一对消色差透之间设置有带通滤波器。

进一步地，所述激光器出射的激光经过一个半波片和两个薄膜偏光片后射在第一柱面镜上。

进一步地，所述激光器为钇铝石榴石晶体激光器。

进一步地，数据采集处理系统为一台计算机。

碳黑团聚体一次粒径分布和热适应系数同时测量方法，包括以下步骤：