本发明专利技术火灾烟颗粒斯托克斯散射矩阵测量方法及装置，特征是由激光器出射的激光经过偏振片与电光调制器后，入射至烟颗粒发生光散射，通过三维调节装置的调节，使烟颗粒位于转臂转动的圆心，转臂固定于转盘上，由计算机控制马达驱动转臂绕烟颗粒转动，在转臂上，依次安装准直小孔、１／４波片、偏振片和光电倍增管，在某一固定散射角度上，安装准直小孔和光电倍增管，两个光电倍增管所测得信号通过锁相放大器由计算机进行采集，电光调制器与锁相放大器之间通过信号发生器同步；本发明专利技术能够以较高的角度分辨率和精度测量火灾颗粒光散射的斯托克斯散射矩阵中所有元素的角度分布，大大推动烟颗粒光散射信息的挖掘。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于火灾探测
，特别涉及火灾烟颗粒光散射的斯托克斯散射矩阵的测量方法及装置。
技术介绍
英国出版的《火灾安全期刊》(Fire Safety Journal，1997，第29卷，第77-85页)指出，烟颗粒是火灾早期的重要特征参量之一，烟颗粒光散射特征的测量与挖掘对于光电感烟火灾探测技术的发展具有重要的作用。而《火灾安全期刊》(Fire Safety Journal，1997，第29卷，第185-194页)提到的一种火灾烟颗粒光散射实验装置，在半圆环上安装多路光电倍增管测量烟颗粒的光散射特征，该装置只能够测量散射光的光强与线偏振度，这2项参量仅仅是详细描述烟颗粒光散射信息的斯托克斯散射矩阵中的2个元素，无法对斯托克斯散射矩阵中所有16个元素进行测量而损失了大量的烟颗粒光散射信息；此外，该装置的圆环上安装的光电倍增管数目有限，只能测量相应离散角度上的散射光，粗略分析散射信号的角度分布趋势，而无法以较小的角度步长细致地测量散射光信号的角度分布特征，即该装置测量的散射光信号的角度分辨率较低，精度较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种火灾烟颗粒斯托克斯散射矩阵测量方法及装置，能够以较高的精度与角度分辨率测量烟颗粒的斯托克斯散射矩阵中所有16个元素。本专利技术的火灾烟颗粒斯托克斯散射矩阵测量装置，包括在激光器1出射的激光束入射至喷烟头7喷出的烟颗粒6而形成的散射光点周围安装接收散射光信号的第一光电倍增管16；其特征在于由激光器1出射的激光束在入射至烟颗粒6之前先经过第一偏振片2，并经由电光调制器3进行调制；用于安装光学与机械器件的光学平台22的中心开有孔5，具有开孔的转盘4置于光学平台22的正中心，喷烟头7通过三维调节部件8固定于光学平台22的中心位置上，转臂17固定于转盘4上，马达18驱动转臂17绕烟颗粒6转动，在第一光电倍增管16前方的光路上依次设有第二偏振片15、1/4波片14和准直小孔13，这四个器件封装于盒子12里并通过三维调节部件11安装于转臂17上，在烟颗粒光散射的另一半圆周的某一固定散射角度上，沿着散射光的光路依次安装准直小孔9和第二光电倍增管10，所述第二光电倍增管10和第一光电倍增管16的信号输出端接锁相放大器21的信号输入端，计算机20的并口输出信号端与马达18的信号输出端连接，计算机20的串口与锁相放大器21的串口连接，信号发生器19的信号输出端接光电调制器3与锁相放大器21的信号输入端。本专利技术的火灾烟颗粒斯托克斯散射矩阵测量方法，包括对激光束入射至烟颗粒形成的散射光进行光电倍增测量；其特征在于激光束经过第一偏振片后用电光调制器进行调制，然后入射至烟颗粒发生光散射，光电倍增测量器件前端装有1/4波片和第二偏振片，使第一偏振片、电光调制器、1/4波片和第二偏振片的光轴方向分别为(a)“0°，-45°，--，--”；(b)“0°，-45°，--，0°”；(c)“0°，-45°，--，45°”；(d)“0°，-45°，0°，45°”；(e)“45°，0°，--，--”；(f)“45°，0°，--，0°”；(g)“45°，0°，--，45°”；(h)“45°，0°，0°，45°”，其中符号“--”表示该器件不用，在上述8个组合条件下，分别测量散射光信号的直流、一阶谐波和二阶谐波分量在半圆周上的分布；在某一固定散射角度上测量散射光强度随时间的变化曲线，将在半圆周上测量的各阶散射光信号除以该固定散射角度上测得曲线对应时刻的光强值得到矫正的各阶散射光信号分量；直接从第(a)和第(e)组合条件下测得的经矫正后的直流、一阶谐波和二阶谐波信号，得到4个矩阵元素F11(θ)、F12(θ)、F13(θ)和F14(θ)，将第(b)、(c)和(d)组合条件下测量的经矫正后的的各阶信号减去第(a)组合条件下的相应测量值，以及将第(f)、(g)和(h)组合条件下测量的经矫正后的的各阶信号减去第(e)组合条件下的相应测量值，从而得到烟颗粒斯托克斯散射矩阵中其余12个元素的角度分布特征；所述测量的烟颗粒斯托克斯散射矩阵是指下式所示的4×4的矩阵F(θ)Isca(θ)Qsca(θ)Usca(θ)Vsca(θ)=1r21k2·F11(θ)F12(θ)F13(θ)F14(θ)F21(θ)F22(θ)F23(θ)F24(θ)F31(θ)F32(θ)F33(θ)F34(θ)F41(θ)F42(θ)F43(θ)F44(θ)·IincQincUincVinc.]]>现有装置只能够测出散射光的光强与线偏振度，而本专利技术由于对入射激光采用偏振片与电光调制器进行了调制，并在接收散射光信号的第一光电倍增管前端安装1/4波片与第二偏振片，利用锁相放大器采集散射光的直流信号与谐波信号，通过转臂围绕烟颗粒散射光点转动，从而可测量烟颗粒斯托克斯散射矩阵中的所有元素的角度分布曲线，因此，本专利技术能够测量出丰富得多的烟颗粒光散射信息，为光电感烟火灾探测器的设计挖掘出更多新判据。现有装置散射光信号测量的角度分辨率较低，该装置在一个直径为0.3米的半圆周上安装了14个光电倍增管，整个装置已相当拥挤，此时对应的角度分辨率仅为12°，即每隔12°测量一个角度上的散射光信号，只能由这几个离散角度上测量值粗略分析散射信号的角度分布趋势。而本专利技术通过马达控制转臂围绕烟颗粒散射光点转动，由安装于转臂之上始终对准散射光点的第一光电倍增管测量散射光的角度分布，通过马达控制转臂的转动能够达到很高的精度，例如马达每走一步转臂仅仅转动0.0045°，故本专利技术能够以很小的角度步长详细测量散射光的角度分布特征。针对实际测量的烟颗粒浓度略有变化，而某一固定散射角度的上的散射光强值由烟颗粒浓度决定，本专利技术采取在圆周上的某一固定散射角度上采用第二光电倍增管测量散射光强随时间的变化曲线，将第一倍增管测得的散射光信号除以第二倍增管测得的相应时刻上的散射光强，从而消除了烟颗粒浓度变化带来的影响，提高了测量精度。与现有通过在半圆周上安装多个光电倍增管测量烟颗粒散射光的光强与线偏振度的装置相比，本专利技术能够以较高的角度分辨率和精度测量烟颗粒的斯托克斯散射矩阵中所有元素的角度分布，从而为光电感烟火灾探测器的设计挖掘出更多的信息。附图说明图1为本专利技术火灾烟颗粒斯托克斯散射矩阵测量方法及装置的结构原理示意图。具体实施例方式以下结合附图说明本专利技术的具体实施方式。实施例1本实施例烟颗粒斯托克斯散射矩阵测量装置中的各光学与机械部件安装于一个1.4×1.6米的光学平台22之上，该光学平台的中心位置开有一个直径为0.1米的圆孔5。一个横截面尺寸为0.25×0.25米、中心具有直径为0.08米的开孔的正方形旋转台4安装于光学平台的正中心，使旋转台的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种火灾烟颗粒斯托克斯散射矩阵测量装置，包括在激光器（１）出射的激光束入射至喷烟头（７）喷出的烟颗粒（６）而形成的散射光点周围安装接收散射光信号的第一光电倍增管（１６）；其特征在于：由激光器（１）出射的激光束在入射至烟颗粒（６）之前先经过第一偏振片（２），并经由电光调制器（３）进行调制；用于安装光学与机械器件的光学平台（２２）的中心开有孔（５），具有开孔的转盘（４）置于光学平台（２２）的正中心，喷烟头（７）通过三维调节部件（８）固定于光学平台（２２）的中心位置上，转臂（１７）固定于转盘（４）上，马达（１８）驱动转臂（１７）绕烟颗粒（６）转动，在第一光电倍增管（１６）前方的光路上依次设有第二偏振片（１５）、１／４波片（１４）和准直小孔（１３），这四个器件封装于盒子（１２）里并通过三维调节部件（１１）安装于转臂（１７）上，在烟颗粒光散射的另一半圆周的某一固定散射角度上，沿着散射光的光路依次安装准直小孔（９）和第二光电倍增管（１０），所述第二光电倍增管（１０）和第一光电倍增管（１６）的信号输出端接锁相放大器（２１）的信号输入端，计算机（２０）的并口输出信号端与马达（１８）的信号输出端连接，计算机（２０）的串口与锁相放大器（２１）的串口连接，信号发生器（１９）的信号输出端接光电调制器（３）与锁相放大器（２１）的信号输入端。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谢启源，张永明，张和平，乔利锋，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]
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