一种基于多角度光散射的粉尘浓度检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多角度光散射的粉尘浓度检测方法，属于粉尘检测技术领域。该方法包括：S1：将多角度光散射检测单元置于粉尘浓度检测环境中，得到两个角度光电传感器输出的AD值；S2：采用滤膜质量浓度法测量标准粉尘浓度值；S3：根据标准粉尘浓度值和两个AD值，分别建立曲线m(x)和n(x)；S4：根据样条插值原理，将m(x)和n(x)分成i个插值函数m

【技术实现步骤摘要】
一种基于多角度光散射的粉尘浓度检测方法


[0001]本专利技术属于粉尘检测
，涉及一种基于多角度光散射的粉尘浓度检测方法。

技术介绍

[0002]煤矿井下生产产生的粉尘不仅加大作业人员罹患职业病的风险，而且降低了生产环境的能见度和加大了粉尘爆炸的风险，使得作业人员身心健康及作业环境安全均得不到保障。因此，对粉尘浓度进行在线连续检测是防范粉尘职业危害和保障安全生产的前提。目前，应用较多的粉尘浓度在线检测方法是光散射法。而基于该方法的粉尘浓度检测技术的推广，证明了光散射法对煤矿井下粉尘在线检测的可行性。
[0003]目前，吴付祥提出一种单角度光散射的无动力粉尘浓度检测技术，延长了维护时间；孙淼等自主研发的多角度动态光散射装置，对μg级浓度的纳米及亚微米大气颗粒粒径准确测量方法进行了探究；Juan Carlos G
ó
mez Mart
í
n等通过模拟实验对多分散球和不规则粒子光散射强度进行测量，重新探讨了光散射法的下限不确定的问题；Xueshan Han等基于MIE理论，研究了粉尘颗粒周围介质对散射信号的影响，发现归因于介质的相对折射率。
[0004]国内外学者从微观和宏观对单角度光散射强度、粉尘浓度及影响介质进行了研究，甚至出现了μg级浓度的纳米及亚微米大气颗粒粒径的多角度测量相关研究。但由于煤矿粉尘浓度均达到mg级，至少是大气环境的1000倍，目前仍缺乏针对煤矿井下粉尘的多角度光散射相关研究，其相关检测单元和算法存在差异。
[0005]因此，亟需一种能够减小检测相对误差的粉尘浓度检测方法。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于多角度光散射的粉尘浓度检测方法，减小粉尘浓度检测的相对误差。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种基于多角度光散射的粉尘浓度检测方法，具体包括以下步骤：
[0009]S1：在粉尘浓度检测时，将多角度光散射检测单元置于粉尘浓度检测环境中，分别得到两个角度的光电传感器(Ⅰ和II)输出的AD值m
AD
、n
AD
；
[0010]S2：采用滤膜质量浓度法测量待测粉尘的标准粉尘浓度值；
[0011]S3：根据标准粉尘浓度值和AD值m
AD
、n
AD
，分别建立AD值曲线m(x)和n(x)；
[0012]S4：根据样条插值原理，将曲线m(x)和n(x)分成i个插值函数m
i
(x)和n
i
(x)，然后利用多角度光散射融合算法计算出AD融合值g
i
(x)；
[0013]S5：根据标准粉尘浓度值和AD融合值g
i
(x)建立多角度光散射单元的粉尘浓度检测回归方程G(x)；
[0014]S6：将AD融合值g
i
(x)带入回归方程G(x)中，计算得到多角度光散射单元检测的粉尘浓度值。
[0015]进一步，步骤S1中，所述多角度光散射检测单元包括：激光光源、光学透镜组、光陷阱、光电传感器Ⅰ和II(即光散射接收器件)和对应的检测电路Ⅰ和II等；
[0016]当被测粉尘进入光敏感区，光电传感器Ⅰ和II将收集的散射光强转换成电信号，再经过检测电路Ⅰ和II得到光散射法检测的粉尘浓度值及对应的AD值。
[0017]进一步，光电传感器Ⅰ和II分别设置在散射角θ＝π/2和3π/2处。
[0018]进一步，步骤S3中，所述样条插值原理具体包括：将[0，x
n
]区间分成n个节点：0<x1<x2<
···
<x
n
，根据样条插值原理，将AD值曲线m(x)和n(x)分成i个插值函数m
i
(x)和n
i
(x)。
[0019]进一步，步骤S4中，所述多角度光散射融合算法的计算公式为：
[0020][0021]本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于光散射基本原理，对散射角度与粉尘浓度的关系进行推演，确定光散射的最佳角度，由此设计出多角度光散射粉尘浓度检测单元；基于试验准备与系统，对多角度检测单元的光电传感器进行试验，采用数据融合方法，将两个光电传感器的AD值进行数据融合，实现对粉尘浓度的检测。本专利技术方法大大减小粉尘浓度检测的相对误差。
[0022]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0023]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0024]图1为光散射基本原理示意图；
[0025]图2为多角度光散射检测单元示意图；
[0026]图3为试验系统示意图；
[0027]图4为多角度光散射粉尘浓度检测单元中两个角度的光电传感器的AD值曲线图；
[0028]图5为两个角度的光电传感器与多角度光散射检测单元的粉尘浓度检测相对误差对比图。
具体实施方式
[0029]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相
互组合。
[0030]其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0031]本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利技术的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0032]请参阅图1～图5，本专利技术优选了一种基于多角度光散射粉尘浓度检测单元的粉尘浓度检测方法，具体包括以下步骤：
[0033]步骤1：在粉尘浓度检测时，将多角度光散射检测单元置于检测环境中，分别得到两个角度的光电传感器Ⅰ和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多角度光散射的粉尘浓度检测方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：S1：在粉尘浓度检测时，将多角度光散射检测单元置于粉尘浓度检测环境中，分别得到两个角度的光电传感器输出的AD值m
AD
、n
AD
；S2：采用滤膜质量浓度法测量待测粉尘的标准粉尘浓度值；S3：根据标准粉尘浓度值和AD值m
AD
、n
AD
，分别建立AD值曲线m(x)和n(x)；S4：根据样条插值原理，将曲线m(x)和n(x)分成i个插值函数m
i
(x)和n
i
(x)，然后利用多角度光散射融合算法计算出AD融合值g
i
(x)；S5：根据标准粉尘浓度值和AD融合值g
i
(x)建立多角度光散射单元的粉尘浓度检测回归方程G(x)；S6：将AD融合值g
i
(x)带入回归方程G(x)中，计算得到多角度光散射单元检测的粉尘浓度值。2.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵政，吴付祥，李德文，刘国庆，王宇廷，胥奎，石婧，李征真，罗小博，焦敏，吕二忠，惠立锋，张强，晏丹，邓勤，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：