一种基于偏振散射特征的炭黑颗粒物测量方法和装置制造方法及图纸

一种基于偏振散射特征的炭黑颗粒物测量方法和装置，该方法包括以下步骤：探测颗粒物对激光散射后的散射光，其中对90‑120度范围内的特定散射角度下的散射偏振光进行测量；提取散射光的偏振通道电压，计算散射光的Stokes矢量S，根据Stokes矢量计算得到如下特征偏振参量Pdop；根据Pdop的值分析和确定颗粒物吸收属性，并可由此鉴别炭黑颗粒物。本发明专利技术操作简单快捷，测量范围广，局限性小，减少了探测器的数量，降低了成本。

A method and apparatus for measuring carbon black particles based on polarization scattering characteristics

A carbon black particle measuring method and device based on polarization scattering characteristics, the method comprises the following steps: detecting particles on the light scattering laser scattering, scattering of polarized light scattering in which the specific angle to 90 within 120 degrees of the polarization measurement; channel voltage extraction of scattering light, scattering light Stokes according to the vector S and Stokes vector calculated following characteristics of polarization parameters of Pdop; based on the value of Pdop analysis and determination of particulate absorption properties, and thus the differential carbon black particles. The invention has the advantages of simple and fast operation, wide measuring range and small limitation, thereby reducing the number of detectors and reducing the cost.

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏振散射特征的炭黑颗粒物测量方法和装置
本专利技术涉及颗粒物检测
，特别是涉及一种基于偏振散射特征的炭黑颗粒物测量方法和装置。
技术介绍
炭黑主要是燃料燃烧排放出对光具有高吸收性的典型颗粒物，炭黑对可见光波段的吸收性较强。对炭黑的测量方法主要有光热法，光声法和光散射法。光声法对测量炭黑颗粒物精度主要受含碳物质颗粒物影响，或其它颗粒物在高能量激光照射下生成含碳化合物(CH4)对测量结果产生影响；而且光声法与光热法队器件密闭性有较高要求，保证测量腔内压力恒定等精密条件。光散射法则多通过测量透射光强度与入射光强度对照得到消光系数，炭黑颗粒物对光主要产生吸收作用，散射系数较小，以近似的方法认为测得的消光系数为吸收系数，这种方法也会存在测量和计算误差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是为了克服原有光散射颗粒物光学属性分析方法的不足，提供一种基于偏振散射特征的炭黑颗粒物测量方法和装置。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于偏振散射特征的炭黑颗粒物测量方法，包括以下步骤：探测颗粒物对激光散射后的散射光，其中对90-120度范围内的特定散射角度下的散射偏振光进行测量；提取散射光的偏振通道电压，计算散射光的Stokes矢量S，根据Stokes矢量计算得到如下特征偏振参量Pdop：Pdop＝U/I其中I代表光的总强度或0°光强I0和90°光强I90之和；Q代表0°光强I0和90°光强I90的差；U代表45°光强I45和135°光强I135的差；V代表右旋和左旋圆偏光强的差；根据Pdop的值分析和确定颗粒物吸收属性，并可由此鉴别炭黑颗粒物。进一步地：所述特定散射角度为105度。所述偏振通道包括45度偏振通道和135度偏振通道。所述偏振通道包括对称设置的两个45度偏振通道和两个135度偏振通道。根据Pdop的值对颗粒物吸收属性的特异性表征，将颗粒物区分为炭黑、水溶性无机盐或沙尘。使用光源为输出波长532nm输出功率50mW的He-Ne激光器，将粒径在0.3μm-10μm的颗粒物以2L/min的流速通过测量区，并对其散射光进行探测。一种用于所述的颗粒物形态测量方法的测量装置，包括激光器、光阑、线性偏振片、一分多光纤束、测量光腔、喷嘴和探测器，所述一分多光纤束设置在90-120度范围内的特定散射角度上，并在光纤束前端装配有偏振薄膜以形成散射光的偏振通道，优选为45度偏振通道和135度偏振通道，所述激光器发出的光经过光阑之后由所述线性偏振片调制为特定的偏振态，在通过所述测量光腔过程中经所述喷嘴喷出的颗粒物散射后，散射偏振光通过所述一分多光纤束进入散射光的偏振通道，再由所述探测器探测。进一步地：所述特定散射角度为105度。所述一分多光纤束为一分二光纤束，所述一分二光纤束上形成一个45度偏振通道和一个135度偏振通道，或者所述一分多光纤束为一分四光纤束，所述一分四光纤束上形成对称设置的两个45度偏振通道和两个135度偏振通道。所述特定的偏振态为45度的偏振态。本专利技术的有益效果：本专利技术提出的测量方法能够基于光的偏振散射特性的表征炭黑颗粒物吸收属性，不同于以往光散射测量，本专利技术在光入射到样品中和接收到探测器中的光分别具有偏振光学特征，不同颗粒物散射过程中颗粒物的散射吸收属性不仅反映在散射强度上，更能敏感地影响偏振光学特征，偏振散射的测量模式可以有效降低传统光散射成分分析对角度和波长信息的要求。偏振测量增加了获取颗粒物属性信息的维度，对找到表征具有吸收属性的炭黑颗粒物的偏振参量提供理论基础。本专利技术继承了光散射法较其它方法成本低，操作简单快捷，测量范围广，局限性小的优点；在此基础上，又减少了探测器的数量，进一步降低了成本，简化了测量仪结构。附图说明图1本专利技术基于偏振散射特征的颗粒物吸收属性测量装置一种实施例的示意图；图2a和图2b为本专利技术一种实施例的一分四光纤束的内部侧视图和主视图；图3a和图3b为本专利技术一种实施例的一分四光纤束的外部侧视图和主视图；图4为本专利技术基于偏振散射特征的炭黑颗粒物测量方法一种实施例的流程图；图5为三种成分颗粒物(主要有炭黑，水溶性无机盐和沙尘)在45度线性偏振光入射散射在105度散射角测量得到的Pdop值；图6a为炭黑和水溶性无机盐混合得到的Pdop随不同质量比例的变化曲线，图6b为炭黑和沙尘混合得到的Pdop随不同质量比例的变化曲线。具体实施方式以下对本专利技术的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。参阅图1至图4，在一种实施例中，一种基于偏振散射特征的炭黑颗粒物测量方法，包括以下步骤：探测颗粒物对激光散射后的散射光，其中对90-120度范围内的特定散射角度下的散射偏振光进行测量；提取散射光的偏振通道电压，计算散射光的Stokes矢量S，根据Stokes矢量计算得到如下特征偏振参量Pdop：Pdop＝U/I其中I代表光的总强度或0°光强I0和90°光强I90之和；Q代表0°光强I0和90°光强I90的差；U代表45°光强I45和135°光强I135的差；V代表右旋和左旋圆偏光强的差；根据Pdop的值分析和确定颗粒物吸收属性，并可由此检测炭黑颗粒物。参阅图1至图4，在另一种实施例中，一种用于所述的颗粒物形态测量方法的测量装置，包括激光器S、光阑a1、a2、线性偏振片L、一分多光纤束fb、测量光腔mc、喷嘴Jet和探测器，所述一分多光纤束设置在90-120度范围内的特定散射角度上，并在光纤束前端装配有偏振薄膜以形成散射光的偏振通道，优选为45度偏振通道和135度偏振通道，所述激光器发出的光经过光阑之后由所述线性偏振片调制为特定的偏振态，在通过所述测量光腔过程中经所述喷嘴喷出的颗粒物散射后，散射偏振光通过所述一分多光纤束进入散射光的偏振通道，再由所述探测器探测。根据本专利技术实施例的颗粒物测量方法，第一步：利用偏振测量特定角度下颗粒物的散射偏振光进行测量；第二步：提取散射光的偏振通道电压，计算Stokes矢量S，根据Stokes矢量计算得到偏振参量Pdop。其原理是，利用Mie散射理论，偏振光对不同结构和分布属性的粒子散射光强分布和偏振态变化规律不同，通过检测散射光强的偏振特征可以分析评估散射微粒组成。对入射的偏振光和检偏的散射光可以建立表示其光强和偏振态的Stokes矢量，可以得到偏振参量。其中，Stokes矢量的数学表达形式是，Stokes矢量中的I代表光的总强度或0°和90°光强之和；Q代表0°和90°光强的差；U代表45°和135°光强的差；V代表右旋和左旋圆偏光强的差。I为总光强，因此除了分解成0°和90°光强之和以外，也可以写成45°和-45°或者左旋和右旋光强之和。Q表示探测光变为0°或90°的倾向，若Q＞0则表明出射光更容易变成0°偏振方向。U表示探测光变为45°或-45°的倾向，若U＞0则出射光更容易变成45°偏振方向。V表示探测光变为右旋或左旋圆偏振的倾向，若V＞0则出射光更容易变成右旋圆偏振。我们由Stokes矢量，直接利用下式(2)计算得到本专利技术给出的偏振参量Pdop：Pdop＝U/I(2)专利技术人发现，通过测量散射后的stokes矢量得到散射光的Pdop，用Pdop对吸收属性的特异性表征可以将炭黑与砂砾、无机盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于偏振散射特征的炭黑颗粒物测量方法，其特征在于，包括以下步骤：探测颗粒物对激光散射后的散射光，其中对90‑120度范围内的特定散射角度下的散射偏振光进行测量；提取散射光的偏振通道电压，计算散射光的Stokes矢量S，根据Stokes矢量计算得到如下特征偏振参量Pdop：

【技术特征摘要】
1.一种基于偏振散射特征的炭黑颗粒物测量方法，其特征在于，包括以下步骤：探测颗粒物对激光散射后的散射光，其中对90-120度范围内的特定散射角度下的散射偏振光进行测量；提取散射光的偏振通道电压，计算散射光的Stokes矢量S，根据Stokes矢量计算得到如下特征偏振参量Pdop：Pdop＝U/I其中I代表光的总强度或0°光强I0和90°光强I90之和；Q代表0°光强I0和90°光强I90的差；U代表45°光强I45和135°光强I135的差；V代表右旋和左旋圆偏光强的差；根据Pdop的值分析和确定颗粒物吸收属性，并可由此鉴别炭黑颗粒物。2.如权利要求1所述的炭黑颗粒物测量方法，其特征在于，所述特定散射角度为105度。3.如权利要求1所述的炭黑颗粒物测量方法，其特征在于，所述偏振通道包括45度偏振通道和135度偏振通道。4.如权利要求3所述的炭黑颗粒物测量方法，其特征在于，所述偏振通道包括对称设置的两个45度偏振通道和两个135度偏振通道。5.如权利要求1至4任一项所述的炭黑颗粒物测量方法，其特征在于，根据Pdop的值对颗粒物吸收属性的特异性表征，将颗粒物区分为炭黑、水溶性无机盐或沙尘。6.如权利要求1至5任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾楠，马辉，李达，何永红，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44