一种基于对穿法的颗粒物检测方法与流程

1.本发明涉及颗粒物检测技术领域，更具体的说，本发明涉及一种基于对穿法的颗粒物检测方法。


背景技术：

2.随着社会经济的发展，国家对环境污染物排放的要求越来越高，这对颗粒物浓度的可靠和稳定检测技术提出了更高的要求。
3.一直以来，业界基于光学技术的颗粒物检测方法主要有三种：激光前散射法，激光后散射法，对穿法。激光前/后散射法在安装时为简便的单端安装，不涉及光路对准问题，也方便后续的维护保养，故多年来一直为颗粒物检测方法的主流技术。
4.尽管如此，激光前/后散射法存在一个明显且难解的缺陷：无法做到全光路校准。完整的校准可以保证仪器长期测量的精度和稳定性。对于激光前/后散射法，目前主要有前端折返光路校准和双光束校准两种方法，但是这两种方法都存在校准盲区。前端折返光路校准无法校准镜片污染导致的信号衰减；双光束校准无法校准主激光器老化导致的发光功率衰减。校准方法的缺陷，直接导致激光前/后散射法的测量精度会因为镜片污染(比如积灰，腐蚀)而大幅降低测量精度，增加产品维护频次，影响产品长期在线测量的稳定性。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于对穿法的颗粒物检测方法，能够准确计算颗粒物浓度值，也能有效避免因为镜片污染或激光器老化导致的测量误差，大幅降低产品维护频次。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于对穿法的颗粒物检测方法，其改进之处在于，该方法包括以下的步骤：
7.s10、构建基于光电检测平台，该光电检测平台包括激光器、光电传感器以及位于激光器和光电传感器之间的颗粒物测量区，以用于对颗粒物进行检测；
8.s20、光电信号的波动量和直流量的输出，对光电传感器的信号进行调理，光电信号分离出电压信号的波动量和电压信号的直流量，并通过模数转换器adc采集；
9.s30、熄灭激光，模数转换器adc采集电压信号的波动量和直流量，计算电压信号的波动量δx0和电压信号的直流量y0；
10.s40、点亮激光，模数转换器adc采集与步骤s30中数量相同的电压信号的波动量和直流量，并计算电压信号的波动量δx1和电压信号的直流量y1；
11.s50、计算颗粒物浓度值c，依据电压信号的波动量δx0、电压信号的直流量y0、电压信号的波动量δx1以及电压信号的直流量y1计算颗粒物浓度值c。
12.进一步的，步骤s10中，构建基于对穿法的光电检测平台。
13.进一步的，步骤s20中，包括以下的步骤：
14.s201、对光电传感器的光电信号进行iv转换；
15.s202、光电信号进行第一级放大处理；
16.s203、光电信号分别通过带通滤波器和低通滤波器，被分离出电压信号的波动量和电压信号的直流量。
17.进一步的，所述的步骤s30中，电压信号的波动量δx0的计算公式为：
[0018][0019]
其中，n为模数转换器adc采集数据的数量，为模数转换器adc采集n个电压信号波动量的均值，xi为模数转换器adc采集的第i个电压信号波动量值；
[0020]
电压信号的直流量y0的计算公式为：
[0021][0022]
其中，n为模数转换器adc采集数据的数量，yi为模数转换器adc采集的第i个电压信号直流量值。
[0023]
进一步的，所述的步骤s30中，当模数转换器adc采集的数据n≥500条时，δx0表述为模数转换器adc采集n个波动量电压值的峰值：
[0024]
δx0＝max(xi)-min(xi)。
[0025]
进一步的，步骤s40中，波动量δx1为反映颗粒物浓度的有效信号电压波动量叠加电路的本底噪声，直流量y1为激光被颗粒物衰减后的有效电压叠加电路的基准电压值。
[0026]
进一步的，步骤s50中，颗粒物的浓度值c跟接收信号的有效波动量δx和有效直流量δy的比值成线性关系，c的计算方法为：
[0027][0028]
其中，k为颗粒物物理修正系数，需采样颗粒物称重后确定，δx为有效波动量，δy为有效直流量，有效波动δx和有效直流量δy的计算方法为：
[0029]
δx＝δx
1-δx0；
[0030]
δy＝y
1-y0。
[0031]
进一步的，还包括校准的步骤：
[0032]
进行初次手动校准时，有效波动量为δxm，后续手动或自动校准时有效波动量为δxn，校准修正系数k
adj
表达为：
[0033][0034]
校准修正后，颗粒物浓度值c的计算方法为：
[0035][0036]
其中，k为颗粒物物理修正系数，需采样颗粒物称重后确定，δx为有效波动量，δy为有效直流量。
[0037]
本发明的有益效果是：本发明的计算方法能有效避免因为镜片污染或激光器老化导致的测量误差，在保证测量精度的同时能大幅降低产品维护频次，保证了产品长期在线测量的稳定性。
附图说明
[0038]
图1为本发明的一种基于对穿法的颗粒物检测方法的流程示意图。
[0039]
图2为本发明的一种基于对穿法的颗粒物检测方法中光电检测平台的原理框图。
具体实施方式
[0040]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0041]
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
[0042]
参照图1所示，本发明揭示了一种基于对穿法的颗粒物检测方法，具体的，该方法包括以下的步骤：
[0043]
s10、构建基于光电检测平台，该光电检测平台包括激光器、光电传感器10以及位于激光器和光电传感器10之间的颗粒物测量区，以用于对颗粒物进行检测；
[0044]
步骤s10中，构建基于对穿法的光电检测平台；结合图2所示，对于光电检测平台的具体结构，本发明提供了一具体实施例，本实施例中，光电检测平台还包括iv转换电路20、电压信号第一集放大电路30、带通滤波器40、低通滤波器50以及模数转换器adc60；
[0045]
s20、光电信号的波动量和直流量的输出，对光电传感器10的信号进行调理，光电信号分离出电压信号的波动量和电压信号的直流量，并通过模数转换器adc60采集；
[0046]
结合图2所示，步骤s20包括以下的步骤：
[0047]
s201、通过iv转换电路20对光电传感器10的光电信号进行iv转换；
[0048]
s202、通过电压信号第一集放大电路30对光电信号进行第一级放大处理；
[0049]
s203、光电信号分别通过带通滤波器40和低通滤波器50，被分离出电压信号的波动量和电压信号的直流量；
[0050]
s30、熄灭激光，模数转换器adc60采集电压信号的波动量和直流量，计算电压信号的波动量δx0和电压信号的直流量y0；
[0051]
本实施例中，步骤s30中，电压信号的波动量δx0的计算公式为：
[0052][0053]
电压信号的直流量y0的计算公式为：
[0054][0055]
其中，n为模数转换器adc采集数据的数量，为模数转换器adc采集n个电压信号波动量的均值，xi为模数转换器adc采集的第i个电压信号波动量值；yi为模数转换器adc采集的第i个电压信号直流量值。
[0056]
另外，当模数转换器adc60采集的数据n≥500条时，δx0表述为模数转换器adc60采集n个波动量电压值的峰值：
[0057]
δx0＝max(xi)-min(xi)。
[0058]
s40、点亮激光，模数转换器adc60采集与步骤s30中数量相同的电压信号的波动量和直流量，并计算电压信号的波动量δx1和电压信号的直流量y1；本实施例中，电压信号的波动量δx1和电压信号的直流量y1的计算方式与步骤s30中相同，本实施例中则不再详细说明。
[0059]
步骤s40中，波动量δx1为反映颗粒物浓度的有效信号电压波动量叠加电路的本底噪声，直流量y1为激光被颗粒物衰减后的有效电压叠加电路的基准电压值。
[0060]
s50、计算颗粒物浓度值c，依据电压信号的波动量δx0、电压信号的直流量y0、电压信号的波动量δx1以及电压信号的直流量y1计算颗粒物浓度值c；
[0061]
本实施例中，步骤s50中，颗粒物的浓度值c跟接收信号的有效波动量δx和有效直流量δy的比值成线性关系，c的计算方法为：
[0062][0063]
其中，k为颗粒物物理修正系数，需采样颗粒物称重后确定，δx为有效波动量，δy为有效直流量；有效波动δx和有效直流量δy的计算方法为：
[0064]
δx＝δx
1-δx0；
[0065]
δy＝y
1-y0。
[0066]
另外，在步骤s50中，还包括括校准的步骤：
[0067]
进行初次手动校准时，有效波动量为δxm，后续校准时有效波动量为δxn，校准修正系数k
adj
表达为：
[0068][0069]
校准修正后，颗粒物浓度值c的计算方法为：
[0070][0071]
其中，k为颗粒物物理修正系数，需采样颗粒物称重后确定，δx为有效波动量，δy为有效直流量。
[0072]
在上述的实施例中，如果激光老化导致发光功率衰减，或者光学系统的镜片积灰或腐蚀，最终导致接收到的光电信号的衰减系数会同时作用在有效波动量δx和有效直流量δy，衰减系数经过两者的比值后会被消除，因此，本发明的计算方法能有效避免因为镜片污染或激光器老化导致的测量误差，在保证测量精度的同时能大幅降低产品维护频次，保证了产品长期在线测量的稳定性。
[0073]
本发明与传统的基于朗伯比尔定律计算颗粒物浓度的对穿法不同，该方法通过优化的算法能够准确计算颗粒物浓度值，同时也能有效避免因为镜片污染或激光器老化导致的测量误差，大幅降低产品维护频次；另外，该方法也可以实现全光路校准，进一步保证了长期测量的精度和稳定性；该方法非常适合应用在抽取式产品上，这样能有效克服对穿法安装时存在的光路难对准问题。
[0074]
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。