一种修正光纤探头沾染干扰的方法技术

本发明专利技术属于气溶胶及粉尘检测技术领域，具体涉及一种修正光纤探头沾染干扰的方法

【技术实现步骤摘要】
一种修正光纤探头沾染干扰的方法、修正系统及传感器


[0001]本专利技术属于气溶胶及粉尘检测
，具体涉及一种修正光纤探头沾染干扰的方法
、
一种气溶胶
/
粉尘传感器的修正系统，以及一种气溶胶
/
粉尘传感器
。

技术介绍

[0002]在流化床
、
反应器
、
飞机发动机舱等受限空间内，通常需要对局部存在粉尘或气溶胶的浓度进行实时监测，以避免可能存在的安全风险
。
为了实现准确测量，学者们通常采用基于小型化光纤探头的气溶胶传感器或粉尘传感器进行测量
。
这类传感器通过采集探头处光强度的变化，并将其利用光纤传输并转换为电脉冲，检测过程中随着时间的推移可以获取电信号的变化，进而通过电信号与浓度信号之间的转化关系，可以实现对局部的粉体或气溶胶的浓度进行定量测量
。
[0003]探入式光纤测量方式由于具有小型化的探头设计和较高的安全性，因而非常适合应用于复杂环境和危险场景下的气溶胶或粉尘浓度监控
。
但是在实际测量过程中，光纤探头的测量范围和精度在很大程度上取决于所使用的校准技术
。
根据应用场景的不同，为提高光纤探头在粉体环境中测量校准的准确性，必须开发标定技术，以便准确和定量地测量对浓度变化的响应
。
小型化光纤探头缺乏复杂的气流保护结构，在进行粉体浓度标定由于粉体地沉降特性和静电效应造成光学镜窗前地粉体沾染，对测量信号会造成影响，进而显著降低气溶胶传感器或粉尘传感器的检测精度
。
[0004]在一些大型检测设备中，技术人员通过配置气流保护装置的方式避免光纤探头发生沾染，进而保证检测精度；但这在小型化光纤探头中无法适用
。
另外，现有技术中也缺乏能够对气溶胶或粉尘颗粒物在光纤探头上的沾染的影响进行量化的有效手段，这些都制约了气溶胶传感器和粉尘传感器在高浓度和强粘染性场景下的应用，尤其给小型化探头的测量应用带来了严峻挑战
。

技术实现思路

[0005]为了解决缺乏气流保护的小型化光纤探头在进行气溶胶和粉尘浓度检测时容易受沾染进而导致检测精度降低的问题，本专利技术提供一种修正光纤探头沾染干扰的方法
、
一种气溶胶
/
粉尘传感器的修正系统，以及一种气溶胶
/
粉尘传感器
。
[0006]本专利技术采用以下技术方案实现：一种修正光纤探头沾染干扰的方法，其用于修正采用光纤探头探测气溶胶
/
粉尘浓度的传感器中因沾染而产生的干扰
。
该方法包括如下步骤：
S1
：利用未修正的光纤探头对指定的气溶胶
/
粉尘环境进行测量，并根据测量结果计算出测量沾染率
P
；其中，气溶胶
/
粉尘环境的最高浓度为
C
max
。
[0007]S2
：设计和实施光纤探头在气溶胶
/
粉尘环境下的响应和恢复的模拟实验，以模拟测试过程光纤探头的沾染状态
。
模拟实验过程如下：
S21
：创建一个气溶胶
/
粉尘的浓度可控的标定环境，并将光纤探头置入标定环境
内
。
[0008]S22
：获取标定环境内未通入气溶胶
/
粉尘时，在
T1周期内测出的光纤探头的初始光强
I0。
[0009]S23
：以
C
max
为气溶胶
/
粉尘浓度上限，向标定环境通入气溶胶
/
粉尘，使得气溶胶
/
粉尘浓度从0逐步升高至
C
max
后停止通入，周期为
T2。
并根据记录的监测数据生成
T2周期内气溶胶
/
粉尘的浓度变化函数
C
（
t
）和光强变化函数
I
m
（
t
）
。
[0010]S24
：在停止通入气溶胶
/
粉尘后，继续获取光纤探头的光纤数据直至标定环境内的气溶胶
/
粉尘浓度从峰值降为0，周期为
T3。
并记录
T3周期结束后光纤探头的恢复光强
I
n
。
[0011]S25
：计算标定过程的标定沾染率
W
：
W=I
n
/I0；并根据标定沾染率
W
与测量沾染率
P
间的关系做出如下决策：（1）当
0.85P≤W≤1.15P
时，则模拟实验结束，进入下步骤的重新标定阶段
。
[0012]（2）当
W
＜
0.85P
时，上调实验过程的气溶胶
/
粉尘浓度上限，清洁或更换光纤探头，并重新实施模拟实验
。
[0013]（3）当
W
＞
1.15P
时，下调实验过程的气溶胶
/
粉尘浓度上限，清洁或更换光纤探头，并重新实施模拟实验
。
[0014]S3
：在重新标定阶段，基于模拟实验获取的气溶胶
/
粉尘的浓度变化函数
C
（
t
）
、
光强变化函数
I
m
（
t
）和初始光强
I0重新建立透射率与气溶胶
/
粉尘浓度
C
间的映射关系：过程如下：
S31
：根据光强变化函数
I
m
（
t
）和初始光强
I0生成标定过程的透射率变化函数，表达式如下：；
S32
：基于时域同步的浓度变化函数
C
（
t
）和透射率变化函数，利用如下的数学模型创建修正沾染干扰的新的气溶胶
/
粉尘浓度与透射率间的映射：；上式中，
、b、k1、k2分别为气溶胶
/
粉尘浓度与透射率的映射中待求解的常数
。
其中，为表征浓度与透射率间映射关系类型的指数函数项；为表征气溶胶
/
粉尘沾染率对透射率影响的修正项，
b
为修正项中的常数
。
[0015]S4
：利用新的气溶胶
/
粉尘浓度与透射率间的映射对光纤探头的检测信号进行处理，进而输出修正后的检测结果
。
[0016]作为本专利技术进一步的改进，步骤
S1
中，测量沾染率
P
为光纤探头检测后的沾染状态在非本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种修正光纤探头沾染干扰的方法，其用于修正采用光纤探头探测气溶胶
/
粉尘浓度的传感器中因沾染而产生的干扰，其特征在于，其包括如下步骤：
S1
：利用未修正的光纤探头对指定的气溶胶
/
粉尘环境进行测量，并根据测量结果计算出测量沾染率
P
；其中，气溶胶
/
粉尘环境的最高浓度为
C
max
；
S2
：设计和实施光纤探头在气溶胶
/
粉尘环境下的响应和恢复的模拟实验，以模拟测试过程光纤探头的沾染状态；所述模拟实验过程如下：
S21
：创建一个气溶胶
/
粉尘的浓度可控的标定环境，并将光纤探头置入标定环境内；
S22
：获取标定环境内未通入气溶胶
/
粉尘时，在
T1周期内测出的光纤探头的初始光强
I0；
S23
：以
C
max
为气溶胶
/
粉尘浓度上限，向标定环境通入气溶胶
/
粉尘，使得气溶胶
/
粉尘浓度从0逐步升高至
C
max
后停止通入，周期为
T2；并根据记录的监测数据生成
T2周期内气溶胶
/
粉尘的浓度变化函数
C
（
t
）和光强变化函数
I
m
（
t
）；
S24
：在停止通入气溶胶
/
粉尘后，继续获取光纤探头的光纤数据直至标定环境内的气溶胶
/
粉尘浓度从峰值降为0，周期为
T3；并记录
T3周期结束后光纤探头的恢复光强
I
n
；
S25
：计算标定过程的标定沾染率
W
：
W=I
n
/I0；并根据标定沾染率
W
与测量沾染率
P
间的关系做出如下决策：（1）当
0.85P≤W≤1.15P
时，则模拟实验结束，进入重新标定阶段；（2）当
W
＜
0.85P
时，上调实验过程的气溶胶
/
粉尘浓度上限，清洁或更换光纤探头，并重新实施模拟实验；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）当
W
＞
1.15P
时，下调实验过程的气溶胶
/
粉尘浓度上限，清洁或更换光纤探头，并重新实施模拟实验；
S3
：在重新标定阶段，基于模拟实验获取的气溶胶
/
粉尘的浓度变化函数
C
（
t
）
、
光强变化函数
I
m
（
t
）和初始光强
I0重新建立透射率与气溶胶
/
粉尘浓度
C
间的映射关系：过程如下：
S31
：根据光强变化函数
I
m
（
t
）和初始光强
I0生成标定过程的透射率变化函数，表达式如下：；
S32
：基于时域同步的浓度变化函数
C
（
t
）和透射率变化函数，利用如下的数学模型创建修正沾染干扰的新的气溶胶
/
粉尘浓度与透射率间的映射：；上式中，
、b、k1、k2分别为气溶胶
/
粉尘...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆松，马伟通，施卉，刘邵南，张和平，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：