生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法技术

本发明专利技术提出一种生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法，包括：获取生物气溶胶的目标透过率T和粒子群消光系数α；当所述生物气溶胶的目标透过率的最大值不小于设定阈值时，利用朗伯‑比尔定律推算生物气溶胶的实用化形态优选参数；小于设定阈值时，利用Monte Carlo概率仿真推算生物气溶胶的实用化形态优选参数;获取的生物气溶胶的实用化形态优选参数所对应的形态值，得到目标透过率条件下的生物气溶胶强消光的特性形态。本发明专利技术采用衰减物的最低质量作为形态实用化优选参数，可以对生物种质形态不同所带来的消光性能差异进行量化评判，指导生物气溶胶电磁衰减物的释放。

【技术实现步骤摘要】
生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法
本专利技术属于光学
，尤其涉及一种生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法。
技术介绍
在大气中，生物气溶胶是其一个重要组成部分。生物气溶胶主要由微生物菌体、微生物孢子以及花粉等有机生物颗粒组成，由自然界或人类生产、生活产生，对人类的活动产生重要影响。生物气溶胶在自然界的大量存在以及其对光的衰减作用引起了越来越多人的关注和研究。实验观察和研究表明，大部分生物气溶胶粒子并不是单一的，有球形、有杆状、有丝状还有凝聚体等。研究强散射条件下生物气溶胶粒子形态确定的快速计算方法有助于加深对生物气溶胶强消光特性的理解，同时有助于对生物气溶胶的开发和利用。当前对生物气溶胶消光特性的计算通常是正向的，即在确定形态下，采用适用的理论去计算生物气溶胶的消光性能。但是对于一定消光性能要求下，生物气溶胶最佳形态的确定方法和计算方法尚未发现相关文献资料。因此，现有技术需要改进。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法。基于本专利技术实施例的一个方面，公开一种生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法，包括：获取生物气溶胶的目标透过率T和粒子群消光系数α；当所述生物气溶胶的目标透过率的最大值不小于设定阈值时，利用朗伯-比尔定律推算生物气溶胶的实用化形态优选参数mmin;当所述生物气溶胶的目标透过率的最大值小于设定阈值时，利用MonteCarlo概率仿真推算生物气溶胶的实用化形态优选参数mmin;根据所述实用化形态优选参数mmin获取生物气溶胶所对应的形态值，从而得到目标透过率条件下的生物气溶胶强消光的特性形态。基于本专利技术的生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法的另一个实施例中，还包括：优化计算生物气溶胶的形态；所述优化计算生物气溶胶的形态包括：获取生物气溶胶电磁衰减应用背景下的种质及其对应的形态；计算生物气溶胶各种质的形态在其透光率小于设定阈值时的种质衰减物的最低质量；获取种质衰减物的质量最低的生物气溶胶的种质，则该生物气溶胶的种质结构即为该电磁衰减应用背景下的最优形态。基于本专利技术的生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法的另一个实施例中，所述生物气溶胶的目标透过率的设定阈值为36.78%。基于本专利技术的生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法的另一个实施例中，所述朗伯-比尔定律推算生物气溶胶的实用化形态优选参数的条件包括：生物气溶胶粒子群的光学厚度f(λ)小于1或目标透过率T(λ)大于20%；当所述生物气溶胶粒子群的光学厚度f(λ)小于1时，所述目标透过率T(λ)大于36.78%；所述朗伯-比尔定律推算生物气溶胶的实用化形态优选参数的条件为目标透过率T(λ)≥36.78%。基于本专利技术的生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法的另一个实施例中，所述利用朗伯-比尔定律推算生物气溶胶的实用化形态优选参数mmin包括：朗伯-比尔定律的算法公式为：T(λ)=exp[-α(λ)cL]；式中，T(λ)为目标透过率，α为粒子群消光系数，单位是m2/g，c为粒子群的质量浓度，单位为g/m3；L为光程，单位为m；在利用朗伯-比尔定律推算生物气溶胶的实用化形态优选参数mmin时，T(λ)、α、L均为已知参数，根据公式反推c，c为粒子群的质量浓度，单位为g/m3，由于实际计算的空间体积V也是确定的，因此，可以得到mmin=cV。基于本专利技术的生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法的另一个实施例中，所述当所述生物气溶胶的目标透过率的最大值小于设定阈值时，利用MonteCarlo概率仿真推算生物气溶胶的实用化形态优选参数mmin包括：步骤S1，初始化光子，并计算光子的行进步长，更新光子的位置；步骤S2，判断光子是否在微生物凝聚粒子群中；步骤S3，如果光子不在微生物凝聚粒子群中，则更新目标透过率数据，并判断该光子是否为最后一个光子；步骤S4，如果步骤S3中判断是最后一个光子，则算法结束，获取入射光通过生物气溶胶目标透过率，得到生物粒子的密度ρ；如果步骤S3中判断不是最后一个光子，则跳转到步骤S1，重新对光子进行初始化，并计算光子的行进步长；步骤S5，如果步骤S2中判断光子在微生物凝聚粒子群中，则更新该位置的光子的权重；步骤S6，判断光子的权重是否小于设定权重阈值；如果步骤S6中光子的权重小于设定权重阈值，则执行步骤S3，更新目标透过率数据，判断该光子是否为最后一个光子；如果是最后一个光子，则执行步骤S4，算法结束，获取入射光通过生物气溶胶目标透过率，得到生物粒子的密度ρ；如果不是最后一个光子，则跳转到步骤S1，重新对光子进行初始化，并计算光子的行进步长；步骤S7，如果步骤中种光子权重大于设定权重阈值，则更新光子的行进方向，跳转到步骤S1，重新对光子进行初始化，并计算光子的行进步长；通过仿真算法计算粒子群的质量浓度c，计算mmin=c·ρ。基于本专利技术的生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法的另一个实施例中，所述获取种质衰减物的质量最低的生物气溶胶的种质，则该生物气溶胶的种质结构即为该电磁衰减应用背景下的最优形态包括：已知某生物气溶胶种质W具有n种形态，为了达到T≤Tmax，Tmax为最大设定目标透过率，所需抛洒的1、2、3、……、n种形态的W种质衰减物的最低质量分别记为m1,min，m2,min，m3,min，……，mn,min；mmin=min(mi,min)（i=1，2，3，……，n）；式中，i形态即为种质W在该电磁衰减应用背景下的最优形态，mmin为实用化形态优选参数。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：采用本专利技术的生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法,采用衰减物的最低质量mmin作为形态实用化优选参数，可以对生物种质形态不同所带来的消光性能差异进行量化评判，并且mmin可以作为工程应用中很有用的一个参数，用来指导生物气溶胶电磁衰减物的释放，本专利技术有广阔的应用范围，能够快速确定电磁衰减背景下生物气溶胶衰减物的最优形态，指导生物衰减物制备过程中结构参数的设定。附图说明图1为本专利技术提出的生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法的一个实施例的流程图；图2为本专利技术提出的生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法的一个实施例的利用MonteCarlo概率仿真推算生物气溶胶的实用化形态优选参数的流程图；图3为本专利技术提出的生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法的一个实施例的生物气溶胶的粒子群消光系数。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本专利技术一部分实施例，而不是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法，其特征在于，包括：/n获取生物气溶胶的目标透过率T和粒子群消光系数α；/n当所述生物气溶胶的目标透过率的最大值不小于设定阈值时，利用朗伯-比尔定律推算生物气溶胶的实用化形态优选参数m

【技术特征摘要】
1.一种生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法，其特征在于，包括：
获取生物气溶胶的目标透过率T和粒子群消光系数α；
当所述生物气溶胶的目标透过率的最大值不小于设定阈值时，利用朗伯-比尔定律推算生物气溶胶的实用化形态优选参数mmin;
当所述生物气溶胶的目标透过率的最大值小于设定阈值时，利用MonteCarlo概率仿真推算生物气溶胶的实用化形态优选参数mmin;
根据所述实用化形态优选参数mmin获取生物气溶胶所对应的形态值，从而得到目标透过率条件下的生物气溶胶强消光的特性形态。


2.根据权利要求1所述的生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法，其特征在于，还包括：优化计算生物气溶胶的形态；
所述优化计算生物气溶胶的形态包括：
获取生物气溶胶电磁衰减应用背景下的种质及其对应的形态；
计算生物气溶胶各种质的形态在其透光率小于设定阈值时的种质衰减物的最低质量；
获取种质衰减物的质量最低的生物气溶胶的种质，则该生物气溶胶的种质结构即为该电磁衰减应用背景下的最优形态。


3.根据权利要求1所述的生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法，其特征在于，所述生物气溶胶的目标透过率的设定阈值为36.78%。


4.根据权利要求3所述的生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法，其特征在于，所述朗伯-比尔定律推算生物气溶胶的实用化形态优选参数的条件包括：
生物气溶胶粒子群的光学厚度f(λ)小于1或目标透过率T(λ)大于20%；
当所述生物气溶胶粒子群的光学厚度f(λ)小于1时，所述目标透过率T(λ)大于36.78%；
所述朗伯-比尔定律推算生物气溶胶的实用化形态优选参数的条件为目标透过率T(λ)≥36.78%。


5.根据权利要求3所述的生物气溶胶强消光特性颗粒形态的快速计算方法，其特征在于，所述利用朗伯-比尔定律推算生物气溶胶的实用化形态优选参数mmin包括：
朗伯-比尔定律的算法公式为：
T(λ)=exp[-α(λ)cL]；
式中，T(λ)为目标透过率，α为粒子群消光系数，单位是m2/g，c为粒子群的质量浓度，单位为g/m3；L为光程，单位为m；
在利用朗伯-比尔定律推算生物气溶胶的实用化形态优选参数mmin时，T(λ)、α、L均为已知参数，根据公式反推c，c为粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡以华，顾有林，赵欣颖，雷武虎，王勇，王迪，郑之明，王鹏，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43