用可见光断层扫描技术测定烟尘浓度场的方法和装置是用于气固二相流三维浓度场分析的，如旋风除尘器空间浓度分布研究等。本发明专利技术中，其射线源采用了可见光源，如点光源，其投影数据是以从点光源到各接收器之间各点上光衰减系数对射线的线积分为依据的。同时设计了相应的装置，然后用公知的计算机辅助图象重建技术把投影转化为图象。与目前通用的浓度场测定法相比，具有可较精确地测定烟尘场的空间浓度分布、易于实现测量过程自动化等优点。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可见光断层扫描技术(简称可见光CT技术，下同)测定烟尘浓度场的方法适用于气固二相流的三维浓度场分析，可用于如旋风除尘器等内部的气固分离的机理研究上。在苏联学者A·∏·克里门科等著、梁振荣译的《粉尘浓度的连续监测》(新时代出版社1984年出版)一书中提出了二种粉尘(或烟尘)浓度连续监测的方法予沉降测量和非予沉降测量法。前者普遍采用的是称量法，其原理是将尘粒从含尘气流中分出，再用称量法确定粉尘的质量。其优点是可以测量粉尘的质量浓度，其缺点是操作工序繁杂，采样时间长。当需要测定断面上的浓度分布时，不仅要根据等速采样的原则确定采样流量而且还要在管道的测定断面上多点取样，数据处理量极大。非予沉降法是一种无接触测量法，以光学测试法最便于应用，其原理主要是应用了运动中含尘气流对光的吸收和散射现象，使光线直接穿过含尘气流进行测量，不必再在气流内部设置取样装置，因此其气流可不受外界气流干扰的影响，具有可连续测量、灵敏度高、实际上无惯性，测量过程可全部实现自动化等优点，但是，到目前为止，它只能测定粉尘的平均浓度，也无法对烟尘场截面上的相对浓度分布作出精确的测定。为了精确测定烟尘场的空间相对浓度分布，本专利技术提出了一种用可见光CT技术测定烟尘场浓度空间分布的方法及装置。所谓可见光CT技术是在光学测试法的基础上引入计算机辅助图象重建技术而发展起来的。通常，烟尘场是一种含有大小不等尘粒的气固二相流系统，也是一种分散系统。如旋风除尘器要处理的工业含尘气流就是如此。其分散介质是工业生产中排放的气体，尘粒则形成分散相。这就产生了光的不均匀性，当光通过分散系统时就会由于散射和吸收作用而发生衰减。当入射光波长一定时，散射和吸收将随尘粒的几何形状、大小、表面状态和粒径的分布而异。因而，截面上各点的烟尘浓度就可以通过测定该点上对入射光的光衰减系数来反映，二维浓度分布就可用该截面上光衰减系数分布的图象灰度来表示，图象重建是一种由数据到图象的处理技术，它的理论是奥地利数学家雷顿(Radon)在1917年提出的。他证明了任何二维或三维物体能够通过其无限多个投影来确定。但是限于技术条件，当时无法得到实用。到了六十年代初，随着计算机科学和技术的发展，图象重建理论终于实用化了。英国EMI公司的工程师豪斯菲尔德(Housfield)在1972年提出了使用电子计算机的X射线断层扫描技术(ComputerizedTomography)，简称X射线CT技术，相应地研制成了诊断颅脑用的计算机化的X射线CT装置。其中，投影数据的形成是以人体各部组织对X射线衰减(包括吸收、散射或反射)作用的不同为依据的。其原理(见周新伦等著的《数字图象处理》，国防工业出版社出版)如下若令f(x，y)表示图象函数，穿过f(x，y)的一条线称为射线。f(x，y)沿某一根射线的积分称为射线积分，而射线积分的集合则组成投影。在x-y坐标系中，若从坐标原点向射线作一条垂线，以此垂线作为新坐标系(l，s)的一个轴l，则可以看出(l，s)坐标系仅仅是(x，y)坐标系旋转θ角的结果，附图说明图1就是图象在角度为θ方向的投影Pθ(l)。二个坐标系统存在以下关系l＝xCosθ+y·Sinθ……(1)s＝-xsinθ+ycosθ……(2)从而，射线积分则可表示为Pθ(l)＝∫射线f(x·y)ds……(3)或Pθ(l)＝∫射线f〔(l·cosθ-s·sinθ)，(l·sinθ+s·cosθ)〕(4)射线方程为xcosθ+ysinθ＝L……(5)沿着一组平行射线取f(x·y)的射线积分而组成的投影称平行投影，见图2。如果是沿着点源辐射出来的一辐射线取f(x·y)的射线积分而组成的投影称扇束投影，见图3。只要把坐标系(l，s)转换成极坐标系，就可把平行投影转换为扇束投影。即把Pθ(l)换成P(l，β)。在X射线CT装置中，射线源是X光源，接收器是粒子探测器，其投影数据是根据人体各部组织对X射线衰减作用的不同而形成的。若衰减系数记作μ，Nin代表测量时间间隔内X光的入射光子数，Nd代表同一时间间隔内接收器收集到的光子数，则根据X射线的衰减规律，有Nd＝NinEXP〔-∫射线μ(x·y)ds〕……(6)其中μ(x·y)是点(x·y)的线性衰减系数，因而ln( (Nin)/(Nd) )= μ(x·y)ds…(7)当Nin已知时，只需测定Nd，即可求得线积分。因而，μ(x·y)在空间的分布就可作为人体各部组织的图象灰度函数f(x·y)。本专利技术则是一种采用可见光作光源的CT技术。为了实际测量的需要，它设计了一个测量园筒，图4是它的示意图。其中，1是接收器，2是测量园域，3是测量筒体，4是光源S。首先将光源固定在筒体某截面边壁上，然后以光源为园心，在同一截面上，使N+1个接收器按等角间隔排列，每个等分角为α。在实际测量时，调整测量筒，使光源-接收器截面与被测截面重合。然后如图5的测量方式所示，使测量筒从初始位置开始作逆时针方向转动，每旋转βj角度，由N+1个接收器采集一组数据。旋转一周，共有M组数据，则每个接收器读进的数据正比于光源和该接收器之间各点上光衰减系数的射线积分。现再详述如下见测量截面示意图6。设筒体测量面厚度为单位长度，将截面划分为若干个具有相等的单位面积的正方形块，这种方块称为横截面的体积元素t。当光线在任何特定的光源-接收器对的位置之间沿直线l通过t传播时，若t内的分散介质中，在粒径为dp～dp+d(dp)之间的尘粒粒子数为dN，在单位光程长度dl内的总的粒子横截面积为(πdp2/4)·dN·dl，于是在这个光程长度dl内，光I的衰减为 式中f(dp)·d(dp)为dp～dp+d(dp)之间尘粒粒子数，f(dp)是以尘径为分布变量的粒径分布函数;K消光是粒子每单位横截面积所散射和吸收的入射光数，称为消光效率，K消光可写为K消光＝K散射+K吸收……(9)g为颗粒周长与光的波长之比，即＝πdp/入，为一个无量纲的可见光粒子尺度参数，m为颗粒的复折射指数。令 则μt即t内尘粒对入射光束的散射和吸收分数，称为光衰减系数或消光系数;t无限小时，对某一点(x，y)而言，则该点的光衰减系数为μ(x，y)，即(10)式中的μt可用μ(x，y)代替。按照散射和吸收的分别作用则μt＝μt散射+μt吸收……(11)把(10)代入(8)得 (dI)/(I) ＝-μtdl……(12)若沿射线从光源(l＝0)到接收器(l＝L)对(12)求积可得Il＝Io·EXP(-τ)……(13)其中Il透射光强度;Io入射光强度;τ光学厚度，无量纲量。对某点而言，τ＝∫Lμ(x，y)·dlo。由式(13)得 当光照到总数为N+1个接收器群时，由于线积分的路径改变，便可得N+1个线积分的测量值;当点光源按逆时针方向转动M次时，就可得到M组线积分的测量值，即投影数据，可得下式 i为接收器的编号，i＝1，2，……N，N+1，j为投影数据组的编号，j＝1·2，……M，Li为点光源到第i个接收器的射线。在已知IO，测定IL求出投影数据后，再采用计算机化后的图象重建技术，就可以获得筒体横截面上任意一点的光衰减系数，若以光衰减系数在截面上的分布作为该截面的图象灰度函数，则它就可以用来反映该面上的二维相对浓度分布，逐步测定各个截面即可获得烟尘场的空本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用可见光断层扫描技术测定烟尘浓度场的方法，其特征如下：（１）、其射线源为可见光源，如点光源；（２）、在烟尘浓度场的一个被测截面上，某个图象的投影数据是从点光源到各接收器之间各点上光衰减系数对射线的线积分，当点光源沿着该横截面的周 边以相等的间隔（或角度）逆时针方向移动时便形成若干个投影数据组，其中横截面上任意一点（Ｘ、Ｙ）处的光衰减系数μ（Ｘ，Ｙ）可定义为该点上烟尘尘粒对可见入射光的散射和吸收的衰减系数，它可表达为：＊＊＊其全部投影数据组可表达为：＊＊＊ ｄ↓［ｐ］：烟尘粒子的直径；Ｋ↓［消光］：粒子每单位横截面积所散射和吸收的可见入射光数，定义为消光效率，即：Ｋ↓［消光］＝Ｋ↓［散射］＋Ｋ↓［吸收］Ｋ↓［散射］：粒子每单位截面积所散射的入射光数；Ｋ↓［吸收］：粒子每单位 截面积所吸收的入射光数；Ｉ↓［０］：入射光强度；Ｉ↓［Ｌ］：透射光强度；ｇ：无量纲的光学粒子尺度参数，定义为颗粒周长与光的波长之比，即ｇ＝π↑［ｄ］ｐ，ｍ：颗粒的折射复指数；ｉ：接收器的编号；ｊ：投影数据组的编号；Ｌ ↓［ｉ］：点光源到第ｉ个接收器的射线，（３）、图象重建的方法：当点光源的位置确定以后，根据点源的入射光强度Ｉ↓［０］和各接收器收到的透射光强度Ｉ↓［Ｌ］，就可确定烟尘浓度场任意一个截面上的一组投影数据，并再通过点光源在该横截面的周边上作 匀间隔运动而获得若干组投影数据后，便可采用公知的计算机辅助图象重建技术得到横截面上各点的光衰减系数，就可以此来反映其二维相对浓度分布，在逐个截面测定后即可测出其三维相对浓度分布。（４）、测量步骤：第一步实现园柱体在测量域中形状及位置的重 建，以用于程序调试和分析测量到的投影数据组数对重建结果的影响；第二步再实现被测对象某一截面上的二维烟尘浓度场的重建；第三步实现空间浓度场的重建。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：王宁，王世洪，贾衡，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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