固体灰尘颗粒径谱分析仪制造技术

固体灰尘颗粒径谱分析仪，本发明专利技术公开了一种测量固体颗粒密度与径谱分布的原理及技术。本发明专利技术采用喇叭口电晕灰尘带电技术与灰尘成像分析技术，构造固体灰尘径谱识别与灰尘颗粒直径测量。颗粒径谱的显示与测量的环境可以通过自动设置与手动设置完成，并将测量结果显示到LCD屏，为快速灰尘固态颗粒径的测量提供了一种有效、快速的解决方案。

Solid dust particle diameter spectrum analyzer

【技术实现步骤摘要】
固体灰尘颗粒径谱分析仪
本专利技术公开了一种测量固体颗粒密度与径谱分布的原理及技术。本专利技术采用喇叭口电晕灰尘带电技术与灰尘成像分析技术，构造固体灰尘径谱识别与灰尘颗粒直径测量。颗粒径谱的显示与测量的环境可以通过自动设置与手动设置完成，并将测量结果显示到LCD屏，为快速灰尘固态颗粒径的测量提供了一种有效、快速的解决方案。
技术介绍
灰尘颗粒测量，是灰尘颗粒检测中的一个难点，传统的灰尘检测方式如离子化灰尘探测技术、光电灰尘探测技术，运用了不同的方法获取粒径。传统分析理论使用物理化学方法，进行的模型建设与模拟[1]，实际使用效果不高；空气采样检测灰尘颗粒中，吸气散射法[2]与粉尘法[3]、化学胶体法[4]，仅仅限于对大颗粒灰尘尘感知，而无法获得颗粒径与密度。使用激光全散射法成像形成的颗粒探测[5，6]，由于动态图像分辨率差，成本高，所形成的颗粒径应用性差；传统的灰尘尘图像斑点识别技术[7]限于像素识别，物理直径计算不准确；而用于光学成像测距的斑点物理距离计算[8]，由于没动态捕获斑点最小值算法，智能性不足，在对灰尘场应用中效果较差。灰尘是较大粒径微颗粒，中位值为0.5μm。颗粒带电方式多样，本专利技术采用低密度小颗粒的感灰尘探测技术，与吸气法的大颗粒感灰尘探测技术综合优点，可以快捷宽谱（颗粒径谱）探测颗粒直径的分布范围。[1]TheGenevaAssoeiation.GenevaAssociationNewLetter:WbrldFirestatisties.Oct.2003[2]李宏文,冉鹏.吸气式感灰尘探测报警系统的应用[]J.建筑科学.VOL16,Nos,2000.47-49[3]ThorstenSehultze,IngolfWillms.Smokeanddustmonitoringbyamicroscopevideosensor.AUBE’04,PP:716-722,2004[4]GQQ0.1型灰尘传感器.淮南市润金工矿机电有限公司.[5]赵建华,袁宏永,等.多波长激光全散射法探测灰尘的研究[J].应用激,2001,21(2):79-81.[6]疏学明，袁宏永，苏国锋，郑魁，章为民.基于激光片光源的灰尘探测新技术研究.消防科学与技术2003年11月第22卷第6期.[7]马绥华等.图像探测中液品光阀的特性.光学技术，Vol.29，No.4，504-508200.3[8]陈涛.气体产物和灰尘颗粒的光声复合探测研究,合肥,中国科学技术大学2004.
技术实现思路
灰尘颗粒检测传感器部分，解决了灰尘颗粒的泡室腔（下称泡室）取样、泡面粒径图形成、泡面清洗三个过程。其中泡室灰尘取样使用了静电吸附技术与颗粒沉降技术，将颗粒快速沉降到透明的泡面上，形成颗粒沉降层形成颗粒图，电路将获取图像后，进行粒探测器分析。泡面图像完成后，使用高压气体（灰尘沉淀后的气体）清洗泡面，将灰尘从泄气孔吹出泡面，完成一次灰尘取样与泡面灰尘感应图像生成。1工作原理灰尘是较大粒径的颗粒，带电性普遍。专利技术采用灰尘带电与灰尘在电场中降速沉淀相结合，在斑点成像控制基础上对灰尘影像进行图像分析与计算，形成灰尘颗粒直径分布（下称径谱）。带电荷Q的灰尘颗粒质量m，在电场E的作用下，向一个方向运动，如图1所示：灰尘颗粒在电场的作用下，向一个方向运动并最终停留在边缘。这个时间为：Δt=Δt为灰尘颗粒到达泡室另一边时间，之后停留在泡室边缘；Q为一个灰尘颗粒所带有电量。对于n个灰尘颗粒，会在边缘形成一层吸附物，并如图2所示。如果每次泡室Ｖ中有n个灰尘颗粒，完全吸附到边缘（称泡室取样表面，简称泡面）。该泡面面积为s，到达泡面的通道长L，宽(高)为D，每次灰尘尘的数据呈现出斑状态分布。灰尘的沉淀出现斑状态分布，并依据聚集范围（斑）色值(RGB值)测量出斑的特征面积Sb0，斑数量p0，图像倍率为k0；提高倍率到k时，斑中出现不可再分斑点时，斑的特征面积Sb，斑数量p；斑特征面积由像素为单位计算。假设像素对应泡面物理距离已知且为xd时，则k倍率下斑点直径d为：d=物理距离xd为泡面上深色已知（长度）距离线段，用于确定成像后的像素对应长度距离。若成像后，距离线段xd对应像素为pd个，则每像素对应长度为xd0=xd/pd。其中的斑点倍率控制算法为：步骤1；变量为k，初始值为K0步骤2；像素值为RGB，其中RGB0为已知斑点值，已知阈值△rgb(常数)步骤3；已知一个像素对应物理长度xd0步骤4；遍历当前所有像素与相邻像素的RGB差值△RGB步骤5；记录所有相邻RGB0值与RGB相差大于△rgb的数量pk步骤6：k+1步骤7：计算pk+1,且p=pk+1-pk步骤8；if(p>0)步骤9；到步骤４步骤10；else步骤11；计算当前倍率下每斑点面积（像素Y），斑点数P步骤12；计算斑点直径d步骤13：p个斑点在泡面（图像坐标）不同位置直径，形成颗粒径的坐标分布灰尘颗粒径检测技术由颗粒吸附、颗粒声像、颗粒测量与径谱计算、显示四个部分组成，如图3所示：灰尘颗粒群在高电压场带电①加速进入泡室②，后沿泡室降速通过长为L，宽为Ｄ通道④，以不同质量电荷比吸附到泡面③上，泡面③以周期t获取灰尘颗粒堆积图像，图像传感器与图像电路⑨形成一帧图像，图像由arm处理器系统⑥进行计算，依据颗粒质量荷比在泡面上分布，计算形成粒径分布曲线、数据、密度，显示在LCD⑧显示器上。径向高压电路⑤作用在高速通道二侧④形成侧向电压，提高颗粒径分辨率，电压由arm处理系统控制。控制电路④用于形成高电压①以及泡室定向高电压电场。2泡室吸附原理高压电场作用有二个，在泡室外形成对流动状态的空间灰尘颗粒充电①，使得灰尘颗粒带电充入泡室②，垂直电场④作用下以惯性降速沉淀到泡面③，定向电场对颗粒带电量与质量比颗粒，形成偏移力并吸附在泡面上。如图4所示。利用空气负压技术与电子空气活塞技术，进行灰尘颗粒的取样，这个过程分为三步：抽取灰尘颗粒、释放离子、电子加速成像。其中电子成像的本质是获取一个灰尘颗粒吸附层影像，并进行电子成像。详细过程如图5所示。泡室完成对灰尘颗粒的带电与灰尘量吸入，工作电路是电晕产生，由外层的尖端放电产生带电颗粒；并用高压定向使灰尘颗粒进入泡室。3泡室取样控制电路进入泡室的带电灰尘颗粒通过恒定水平加速电场与可调整垂直电场选择灰尘尘颗粒m（电量），在泡面上形成灰尘集聚形成的深色（ＲＧＢ）斑。泡室工作电路，由高压电场发生电路、清洗(泡面)电路与垂直电场、图像使能控制电路组成。如图6，电场驱动电路由脉冲电路提供形成高压电场，其中的垂直电场为进入加速通道的灰尘颗粒，提供一个偏转电场，选择不同颗粒质量电荷比的微颗粒。水平电场的强度由arm处理系统微调整形成。完成一次取样，需要开启清洗功能时，清洗电路开启进气孔、同时开启（本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量灰尘微颗粒密度与直径谱的智能电子测量技术方案，其特征包括灰尘微颗粒样的泡室技术原理与颗粒粒径的图像计算显示框架、电路时序与计算系统控制逻辑；其中，/n灰尘微颗粒样的泡室技术原理，包括高压电场的产生与颗粒选择原理、可复用泡面灰尘颗粒斑成像原理；颗粒粒径的图像计算公式与算法，包括了泡面图像的存储过程，泡面斑点图像像素物理直径算法，电场与直径构造的颗粒径谱计算，颗粒的密度与径谱显示；电路时序与计算系统控制逻辑，包括了泡室的灰尘颗粒气体取样时序、时序电路的使能信号与ARM计算系统的算法。/n

【技术特征摘要】
1.一种测量灰尘微颗粒密度与直径谱的智能电子测量技术方案，其特征包括灰尘微颗粒样的泡室技术原理与颗粒粒径的图像计算显示框架、电路时序与计算系统控制逻辑；其中，
灰尘微颗粒样的泡室技术原理，包括高压电场的产生与颗粒选择原理、可复用泡面灰尘颗粒斑成像原理；颗粒粒径的图像计算公式与算法，包括了泡面图像的存储过程，泡面斑点图像像素物理直径算法，电场与直径构造的颗粒径谱计算，颗粒的密度与径谱显示；电路时序与计算系统控制逻辑，包括了泡室的灰尘颗粒气体取样时序、时序电路的使能信号与ARM计算系统的算法。


2.根据权利要求1所述的高压电场的产生与颗粒选择原理，其特征是二种高电压脉冲电路，泡室的结构，空间灰尘颗粒的带电技术，水平降速电场室与垂直电场室，垂直电场作用下的颗粒选择公式，具体包括；高电压脉冲电路，包括了时序电路形成的固定频率脉冲电路所形成的高压升压电路，与ＡＲＭ系统的ＰＷＭ（脚）输出降频，形成的升压开关电路；泡室的结构，包括了泡室外高电场颗粒带电电路，室内带电颗粒水平加速结构，垂直电场偏移选择结构，颗粒加速后吸附到泡面所在位置；空间灰尘颗粒带电电路，包括双电极空间放电的电晕颗粒带电；水平降速电场室与垂直电场室，包括了极板位置与电场强度的计算方法，极板的距离；垂直电场作用下的颗粒选择公式，包括了在固定泡室、固定加速电场强度下，垂直电场强度对颗粒m的选择。


3.根据权利要求1所述的复用泡面灰尘颗粒斑成像原理，其特征是包括泡面灰尘颗粒吸附控制技术，清洗泡面已经吸附灰尘颗粒方法，颗粒斑的吸附图像形成，具体包括：泡面灰尘颗粒吸附控制技术，包括固定垂直电场强度下的时序周期；清洗泡面已经吸附灰尘颗粒方法，包括时序控制周期泡室的进气孔位置，泄气孔子位置；颗粒斑的吸附图像形成，使用泡面与透镜分离结构，颗粒多次吸取灰尘尘累积形成。


4.根据权利要求1所述的泡面图像的存储过程，其特征是包括泡面灰尘颗粒图像，透镜成像与光学传感器像素生成，存储器存储传感数据，具体包括：泡面灰尘颗粒累积，指多次吸取灰尘尘颗粒所形成的颗粒在泡面上的累积；透镜成像与光学传感器像素生成，包括泡面位置，与透镜准确成...

【专利技术属性】
技术研发人员：童彬，
申请(专利权)人：合肥市诚泰模具有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34