基于多角度光散射湿度修正的粉尘浓度检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多角度光散射湿度修正的粉尘浓度检测方法，属于粉尘检测技术领域。该方法包括：S1：通过多角度光散射的粉尘浓度检测单元获得散射角度为π/2和3π/2处的散射光强度和散射光通量，并构建多角度光散射的湿度修正数学模型；S2：根据湿度修正因子算法计算得到在当前相对湿度环境下的湿度修正因子；S3：然后将湿度修正因子带入多角度光散射的湿度修正数学模型中，完善湿度修正模型，得到带湿度修正的粉尘浓度计算模型；S4：根据带湿度修正的粉尘浓度计算模型计算得到实时检测的粉尘浓度值。本发明专利技术能克服现有技术中湿度对粉尘浓度检测的影响，减小粉尘浓度检测的误差。差。差。

【技术实现步骤摘要】
基于多角度光散射湿度修正的粉尘浓度检测方法


[0001]本专利技术属于粉尘检测
，涉及一种基于多角度光散射湿度修正的粉尘浓度检测方法。

技术介绍

[0002]粉尘是煤矿五大自然灾害之一，矿工在作业场所长时间吸入粉尘将引发尘肺病，且影响煤矿现场的生产和加大了粉尘爆炸的风险。为了降低矿工的尘肺病患病风险和保障煤矿的安全生产，需要对生产场所的粉尘进行实时在线检测，为粉尘治理和尘肺病预警提供基础数据和技术支撑。
[0003]调研发现，目前粉尘浓度在线检测的主流方法是光散射法。粉尘浓度检测的核心是检测误差，影响检测误差的因素较多。
[0004]为了进一步降低粉尘浓度检测误差，国内外学者针对光散射法的影响因素进行了研究。Lin C J等人提出一种多参数正则优化方法解决了光散射法的粒径反演不适应问题；Cui X J等人提出了一种改进的鞘流结构，以获得粉尘颗粒通过鞘流池时准确可靠的散射光信号；Zheng X T等人研究了粉尘颗粒半径、折射率、入射光波长对粉尘浓度检测的影响关系；戴珺等人改进了光散射粉尘浓度检测的反演算法，提高了检测的稳定性和抗噪性能；吴娟等人提取光散射信号中颗粒粒径和属性的非线性特征向量，利用广义神经网络解析颗粒粒径和识别属性。
[0005]但目前部分学者，比如李晨沛等人发现粉尘颗粒会发生吸湿生长，尤其≥60％RH时较为明显，从而影响浓度的检测结果。针对该问题，Sioutas C.等人使用扩散干燥剂去除环境湿度，但是需要隔一段时间去除干燥剂的水分，保证干扩散干燥剂的有效性；另外一些学者建立经验算法，通过修正因子来补偿相对湿度对粉尘浓度检测的影响，但经验修正因子不能实时反馈现场的粉尘颗粒吸湿生长引起的变化情况。
[0006]因此，为了实时跟踪光散射的变化特征，亟需一种基于多角度光散射的湿度修正方法来解决现有粉尘浓度检测技术中误差较大的问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于多角度光散射湿度修正的粉尘浓度检测方法，克服现有技术中湿度对粉尘浓度检测的影响，减小粉尘浓度检测的误差。
[0008]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种基于多角度光散射湿度修正的粉尘浓度检测方法，具体包括以下步骤：
[0010]S1：通过多角度光散射的粉尘浓度检测单元获得散射角度为π/2和3π/2处的散射光强度I1、I2和散射光通量F(π/2)、F(3π/2)，并构建多角度光散射的湿度修正数学模型；
[0011]S2：根据湿度修正因子算法计算得到在当前相对湿度环境下的湿度修正因子；
[0012]S3：然后将湿度修正因子带入多角度光散射的湿度修正数学模型中，完善湿度修正模型，得到带湿度修正的粉尘浓度计算模型；
[0013]S4：根据带湿度修正的粉尘浓度计算模型计算得到实时检测的粉尘浓度值。
[0014]进一步，步骤S1中，构建的多角度光散射的湿度修正数学模型为：
[0015][0016]其中，ρ
Δm
为多角度光散射的粉尘浓度检测单元中光敏感区的粉尘浓度。
[0017]进一步，步骤S2中，所述湿度修正因子算法的计算公式为：
[0018]Hum
c
＝c
p
c
h
[0019]其中，Hum
c
为湿度修正因子，c
p
是不同中位粒径粉尘在相同湿度下的散射光通量比值的修正因子，c
h
是同种粒径粉尘的散射光通量比值与湿度的关系因子。
[0020]进一步，步骤S2中，不同中位粒径粉尘在相同湿度下的散射光通量比值的修正因子c
p
的表达式为：
[0021]c
p
＝4e
‑8d3‑
e
‑5d2+0.0019d+0.9734
[0022]同种粒径粉尘的散射光通量比值与湿度的关系因子c
h
的表达式为：
[0023]c
h
＝e
‑6h3‑
0.0002h2‑
0.0004h+2.0433
[0024]其中，e为自然底数，d为粉尘颗粒粒径；h为环境湿度值，％RH。
[0025]进一步，步骤S3中，所述带湿度修正的粉尘浓度计算模型的表达式为：ρ
Δm
＝c
p
c
h
(I1+I2)。
[0026]本专利技术的有益效果在于：
[0027](1)本专利技术基于Mie光散射基本原理，推演得到多角度光散射理论，确定了光散射接收的角度，分别为π/2和3π/2。
[0028](2)本专利技术根据多角度光散射理论，建立了一种实时湿度修正粉尘浓度检测的数学模型。
[0029](3)本专利技术研究了环境湿度、粉尘粒径和散射光通量之间的关系，揭示了湿度影响粉尘浓度检测的本质，结合湿度修正模型，建立湿度修正因子算法，继而提出了湿度修正的粉尘浓度检测技术，该检测技术能进一步减小粉尘浓度检测的误差。
[0030]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0031]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0032]图1为Mie光散射基本原理示意图；
[0033]图2为多角度光散射粉尘浓度检测单元原理示意图；
[0034]图3为试验系统示意图；
[0035]图4为粒径1μm粉尘的吸湿生长形貌特征图；
[0036]图5为中位粒径11.3μm粉尘在不同湿度下的散射光通量比值图；
[0037]图6为不同中位粒径粉尘在90％RH湿度下的两个角度的散射光通量比值图；
[0038]图7为两种检测单元粉尘能读检测误差对比图。
具体实施方式
[0039]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0040]其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0041]本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多角度光散射湿度修正的粉尘浓度检测方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：S1：通过多角度光散射的粉尘浓度检测单元获得散射角度为π/2和3π/2处的散射光强度I1、I2和散射光通量F(π/2)、F(3π/2)，并构建多角度光散射的湿度修正数学模型；S2：根据湿度修正因子算法计算得到在当前相对湿度环境下的湿度修正因子；S3：然后将湿度修正因子带入多角度光散射的湿度修正数学模型中，完善湿度修正模型，得到带湿度修正的粉尘浓度计算模型；S4：根据带湿度修正的粉尘浓度计算模型计算得到实时检测的粉尘浓度值。2.根据权利要求1所述的粉尘浓度检测方法，其特征在于，步骤S1中，构建的多角度光散射的湿度修正数学模型为：其中，ρ
Δm
为多角度光散射的粉尘浓度检测单元中光敏感区的粉尘浓度。3.根据权利要求2所述的粉尘浓度检测方法，其特征在于，步骤S2中，所述湿度修正因子算法的计算公式为：Hum
c
＝c
p
c
h
其中，Hum
c
为湿度修正因子，c

【专利技术属性】
技术研发人员：赵政，吴付祥，李德文，刘国庆，惠立锋，陈涛，焦敏，张强，陈建阁，李彦筑，王宇廷，罗小博，齐灵紫，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：