一种微粒浓度测量方法与流程

1.本发明涉及微粒检测测量技术领域，具体而言，涉及一种微粒浓度测量方法。


背景技术：

2.粉尘主要危害是造成大气环境污染，因此，粉尘浓度测量在环境保护、大气科学等领域具有重要的意义。目前已经发展了多种粉尘浓度测量技术，如机械法、电感电容法、超声波法、光学法等，近几十年来由于激光技术、计算机技术和光纤技术的发展，光学法因其非接触性、实时性，得到了迅速的发展应用。
3.光学法测量颗粒浓度方法，根据测量散射光和透射光可分为两种：一种是散射积分法，主要利用前向小角内的散射光，对散射光强进行角度积分，光强积分值与粉尘浓度呈正比关系，即通过测量粉尘散射光就可以得出粉尘浓度。另一种是消光法，根据著名的beer-lambert定理，透射光与入射光的比值是颗粒平均粒径与颗粒浓度的函数，通过对多个波长的透射光强和入射光强的测量就可以求解粒径与浓度参数。
4.但在实际测量中，由于环境的复杂性，难以通过人为标定当前环境的微粒粒径，且不同微粒粒径会使得测量装置测量出的微粒浓度产生误差，因此我们期望依据不同的粒径实现浓度的精准测量。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种微粒浓度测量方法，其通过至少两个通道的信号值的相似度实现有效的识别微粒的空气动力学直径，进而根据实际检测的微粒粒径实现更精确的微粒质量浓度计算。
6.本发明的实施例通过以下技术方案实现：
7.提供一种微粒浓度测量方法，包括如下步骤：
8.检测获取未开启激光时至少两个感光元件的信号转换通道的信号噪声值；
9.对激光开启时的至少两个感光元件的信号转换通道中的信号进行采样得到采样信号数据以及信号量，再根据采样信号数据和噪声信号获取信号相似度数据，并根据相似度数据和噪声信号与预设阈值对比实现信号量的修正获取修正信号量；
10.由信号相似度数据获取当前微粒的粒径，再根据预设的标定参数以及修正信号量计算当前粒径微粒的质量浓度。
11.进一步的，当所述感光元件为两个时，所述根据采样信号数据和噪声信号获取信号相似度数据具体如下式(1)所示，
[0012][0013]
其中，s为信号相似度，n为单个信号的采样个数，若两个通道的采样个数n不一致，则以较大者为准，u
1j
、u
2j
分别为两个通道单个信号的第j个采样值，u
1r
、u
2r
分别为两个通道
的信号噪声值。
[0014]
进一步的，所述根据相似度数据和噪声信号与预设阈值对比实现信号量的修正具体如下：
[0015]
a.判断当前采样值是否大于信号噪声值，若是则信号量计数加1并执行步骤b，否则信号量不变并继续判断下一采样值，直至判断完所有采样值；
[0016]
b.判断下一采样值是否大于信号噪声值，若是则重复执行步骤b直至判断完所有采样值，否则当前有效信号判断结束，进入步骤c；
[0017]
c.判断信号相似度是否大于预设值，若是则判定信号为预设粒径颗粒物的有效信号，并进行信号量的修正计算，否则判定此信号不是预设粒径颗粒物的有效信号，当前信号量计数减1，并进行信号量的修正计算。
[0018]
进一步的，所述信号量的修正计算具体如下式(2)所示，
[0019]
x
′
＝a0 a1x a2x2
…am
xmꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0020]
其中，x
′
为修正信号量，x为信号量，m为与装置结构特征相关取正整数，通常的取值为2-4，a0、a0...am为函数拟合过程中生成的常数。
[0021]
进一步的，所述根据预设的标定参数以及修正信号量计算当前粒径微粒的质量浓度具体为由修正信号量与标定参数的乘积获取质量浓度数据。
[0022]
进一步的，所述方法还包括标定参数的更新，所述标定参数为标准仪器的设定粒径微粒的质量浓度与当前的修正信号量之比。
[0023]
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
[0024]
本技术的方案，通过至少两个通道的信号值的相似度实现有效的识别微粒的空气动力学直径，进而根据实际检测的微粒粒径实现更精确的微粒质量浓度计算。
附图说明
[0025]
图1为本发明的测量方法流程示意图；
[0026]
图2为本发明的信号量修正方法流程示意图。
具体实施方式
[0027]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0028]
在实际的微粒质量浓度测量中，由于环境的复杂性，难以通过人为标定当前环境的微粒粒径，且不同微粒粒径会使得测量装置测量出的微粒浓度产生误差，因此我们期望依据不同的粒径实现浓度的精准测量
[0029]
提供一种微粒浓度测量方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0030]
检测获取未开启激光时至少两个感光元件的信号转换通道的信号噪声值。
[0031]
需要说明的是，在本技术实施方案中，需要的感光元件必须大于等于两个，通常设置为2-4个，本实施例中，以两个感光元件为例。
[0032]
对激光开启时的所有感光元件的信号转换通道中的信号进行采样得到采样信号
数据以及信号量，再根据采样信号数据和噪声信号获取信号相似度数据，并根据相似度数据和噪声信号与预设阈值对比实现信号量的修正获取修正信号量。
[0033]
以感光元件为两个时为例，所述根据采样信号数据和噪声信号获取信号相似度数据具体如下式(1)所示，
[0034][0035]
其中，s为信号相似度，n为单个信号的采样个数，若两个通道的采样个数n不一致，则以较大者为准，u
1j
、u
2j
分别为两个通道单个信号的第j个采样值，u
1r
、u
2r
分别为两个通道的信号噪声值。
[0036]
可以知晓的是当感光元件为三个时，具体计算方式如下：
[0037][0038]
感光元件为4个时的计算方式在此不再赘述。
[0039]
信号量是指本方案在测量微粒质量浓度时的有效信号总量，因此我们还需要通过判断信号是否为有效信号来对信号量进行修正；具体的，根据相似度数据和噪声信号与预设阈值对比实现信号量的修正，如图2所示，方法如下：
[0040]
a.判断当前采样值是否大于信号噪声值，若是则信号量计数加1并执行步骤b，否则信号量不变并继续判断下一采样值，直至判断完所有采样值；
[0041]
b.判断下一采样值是否大于信号噪声值，若是则重复执行步骤b直至判断完所有采样值，否则当前有效信号判断结束，进入步骤c；
[0042]
c.判断信号相似度是否大于预设值，若是则判定信号为预设粒径颗粒物的有效信号，并进行信号量的修正计算，否则判定此信号不是预设粒径颗粒物的有效信号，当前信号量计数减1，并进行信号量的修正计算。
[0043]
需要说明的是所述信号量的修正计算具体如下式(2)所示，
[0044]
x
′
＝a0 a1x a2x2
…am
xmꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0045]
其中，x
′
为修正信号量，x为信号量，m为与装置结构特征相关取正整数，此处的装置结构特征指感光元件的数量，通常的取值为2-4，a0、a0...am为函数拟合过程中生成的常数。
[0046]
知晓微粒的粒径后有助于更准确的计算微粒的质量浓度，因此本方案中先由信号相似度数据获取当前微粒的粒径，再根据预设的标定参数以及修正信号量计算当前粒径微粒的质量浓度。
[0047]
其中微粒粒径的计算主要是通过信号相似度获取，在本发明方案中，可以通过预设微粒粒径与信号相似度的对应表，通过查表获取微粒的粒径，当然若传感器自身的处理计算能力足够，可以通过相应的计算公式进行实时计算，从而可使准确性更进一步；由于大多传感器的处理计算能力有限，因此，当前最优的方式为采用查表的方式获取粒径数据。
[0048]
所述根据预设的标定参数以及修正信号量计算当前粒径微粒的质量浓度具体为由修正信号量与标定参数的乘积获取质量浓度数据。
[0049]
另外，所述方法还包括标定参数的更新，所述标定参数为标准仪器的设定粒径微
粒的质量浓度与当前的修正信号量之比。
[0050]
需要说明的是标定参数一般在传感器初次应用于测试场景时进行更新，在长时间测量时，可以人为发出更新标定参数的指令，也可以预设周期进行标定参数的更新，或根据信号相似度数据情况判断标定参数是否需要更新。
[0051]
本方案通过至少两个通道的信号值的相似度实现有效的识别微粒的空气动力学直径，进而根据实际检测的微粒粒径实现更精确的微粒质量浓度计算。
[0052]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。