本发明专利技术涉及基于近红外光谱的生物气溶胶含水量测定及其分类方法，该方法包括利用开放式FTIR大气透过光谱测定系统，采集并计算出待检测的生物气溶胶的近红外透过率光谱；利用光学粒子计数器，测定待检测的生物气溶胶中生物颗粒的平均粒径；根据生物气溶胶的近红外透过率光谱和生物气溶胶中生物颗粒的平均粒径，反演计算生物气溶胶中生物颗粒的红外复折射率实部；根据生物气溶胶中生物颗粒的红外复折射率实部，反演计算生物气溶胶中生物颗粒的含水量；根据不同种类生物颗粒含水量的差异，对待检测的生物气溶胶进行分类。采用简洁的实验步骤就可以实现对生物气溶胶的在线识别，克服了当前生物气溶胶识别方法存在的实施难度大和实时性差问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学探测领域，尤其是一种。
技术介绍
生物气溶胶作为大气气溶胶的重要组成部分，对人类的生产、生活具有巨大的影响。随着人类社会生物技术的日益发展，大气中的生物气溶胶同人类活动的联系愈加密切，发展有效的生物气溶胶识别方法对对准确评价环境空气质量环境和积极防护生物战剂具有重要意义。 目前，生物气溶胶的探测识别方法主要有荧光法、显微镜法和散射法。生物气溶胶中的色氨酸(Tryptophan)、烟酰胺腺嘌呤二核甘酸磷酸(Nicotinamide adeninenucleotides phosphate)和核黄酸(Riboflavin)等紫外发光团，在紫外光的激发下会产生本征荧光。荧光法探测生物气溶胶，是通过探测生物气溶胶的荧光强度实现对生物气溶胶的探测。显微镜法识别生物气溶胶，首先利用通过生物气溶胶采样仪采集生物颗粒，然后利用生物技术手段对样品中生物颗粒进行分离、培养、观察，最后根据生物颗粒的形态特点判断其种类。散射法根据生物颗粒对激光的散射相函数，分析生物颗粒的形态特征，实现对生物气溶胶的分类。然而，无论是荧光法、显微镜法还是散射法，它们都存在各自不足。例如，荧光法虽然能够有效探测生物气溶胶，但是无法判断生物战剂威胁是否存在；显微镜法能够有效识别生物气溶胶的种类，但是实时性差、实验过程繁琐；散射法无法分辨形状尺寸相同但是种类不同、成分相近的生物颗粒。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以含水量作为分类依据，通过对气溶胶中生物颗粒含水量的反演，实现生物气溶胶分类的。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案一种，该方法包括下列顺序的步骤(I)利用开放式FTIR大气透过光谱测定系统，采集并计算出待检测的生物气溶胶的近红外透过率光谱t(X);利用光学粒子计数器，测定待检测的生物气溶胶中生物颗粒的平均粒径D32 ；(2)根据生物气溶胶的近红外透过率光谱t ( X )和生物气溶胶中生物颗粒的平均粒径D32,反演计算生物气溶胶中生物颗粒的红外复折射率实部n ；(3)根据生物气溶胶中生物颗粒的红外复折射率实部n，反演计算生物气溶胶中生物颗粒的含水量w (%)；(4)根据不同种类生物颗粒含水量的差异，对待检测的生物气溶胶进行分类。由上述技术方案可知，本专利技术利用常规的开放式FTIR大气透过光谱测定系统、光学粒子计数器和计算机，采用简洁的实验步骤就可以实现对生物气溶胶的在线识别，克服了当前生物气溶胶识别方法存在的实施难度大和实时性差问题；通过测定气溶胶中生物颗粒的含水量可以实现对生物气溶胶的有效识别；充分利用红外透射光谱曲线的波动特征，避免受到气溶胶中生物颗粒的粒子数浓度影响。附图说明图I为开放式FTIR大气透过光谱测定系统的结构原理图；图2为本专利技术的工作流程图；图3为本专利技术中生物颗粒含水量反演的方法流程图。具体实施例方式一种，该方法包括下列顺序的步骤第一步，利用开放式FTIR大气透过光谱测定系统，采集并计算出待检测的生物气溶胶的近红外透过率光谱t(X);利用光学粒子计数器，测定待检测的生物气溶胶中生物颗粒的平均粒径D32 ;第二步，根据生物气溶胶的近红外透过率光谱t(X)和生物气溶胶中生物颗粒的平均粒径D32，反演计算生物气溶胶中生物颗粒的红外复折射率实部n ;第三步，根据生物气溶胶中生物颗粒的红外复折射率实部n，反演计算生物气溶胶中生物颗粒的含水量w (%);第四步，根据不同种类生物颗粒含水量的差异，对待检测的生物气溶胶进行分类。如图1、2、3所示。如图1、2所示，针对第一步，对待检测的生物气溶胶的近红外透过率光谱t(X)进行计算是指，首先关闭开放式FTIR大气透过光谱测定系统的黑体光源，采集远距离背景的响应输出电压Vfm badt(X)和近距离背景的响应输出电Svnem badt(X);其次，打开近距离黑体光源，采集近场黑体光源的响应输出电压vn_( X );再次，关闭近距离黑体光源，打开远场黑体光源，采集远距离黑体光源的响应输出电压Vto ( A );最后，根据公式(I)计算待检测的生物气溶胶的近红外透过率光谱t(入)权利要求1.一种，该方法包括下列顺序的步骤 (1)利用开放式FTIR大气透过光谱测定系统，采集并计算出待检测的生物气溶胶的近红外透过率光谱t(X);利用光学粒子计数器，测定待检测的生物气溶胶中生物颗粒的平均粒径D32 ； (2)根据生物气溶胶的近红外透过率光谱t( X )和生物气溶胶中生物颗粒的平均粒径D32,反演计算生物气溶胶中生物颗粒的红外复折射率实部n ； (3)根据生物气溶胶中生物颗粒的红 外复折射率实部n，反演计算生物气溶胶中生物颗粒的含水量w (%)； (4)根据不同种类生物颗粒含水量的差异，对待检测的生物气溶胶进行分类。2.根据权利要求I所述的，其特征在于对待检测的生物气溶胶的近红外透过率光谱t(X)进行计算是指，首先关闭开放式FTIR大气透过光谱测定系统的黑体光源，采集远距离背景的响应输出电压VfmbadtU)和近距离背景的响应输出电压^_—badtU);其次，打开近距离黑体光源，采集近场黑体光源的响应输出电压vn_(X);再次，关闭近距离黑体光源，打开远场黑体光源，采集远距离黑体光源的响应输出电压Vto ( A );最后，根据公式(I)计算待检测的生物气溶胶的近红外透过率光谱t (入)3.根据权利要求I所述的，其特征在于对待检测的生物气溶胶中生物颗粒的平均粒径D32进行测定是指，利用光学粒子计数器，根据公式(2)进行测定 式中，Iii是粒径为Di的生物颗粒的数量占颗粒总数量的比例。4.根据权利要求I所述的，其特征在于对生物气溶胶中生物颗粒的红外复折射率实部n进行反演计算是指，首先，读取生物气溶胶近红外透过率光谱数据文件和气溶胶中生物颗粒平均粒径数据文件；其次，对近红外透过率光谱去噪，在近红外透过率光谱中选择一段光谱曲线，该曲线的整体波动规律符合正弦波动规律；再次，根据曲线段整体正弦波动趋势，确定其正弦包络中的两个相邻的极大值点、极小值点或零值点及其对应的波长，并由选定的两个相邻极值点或零值点的波长间距确定曲线段整体正弦波动的波动频率f ;最后，根据曲线段整体正弦波动的波动频率f，计算生物颗粒光谱复折射率实部n，计算公式如下5.根据权利要求I所述的，其特征在于对生物气溶胶中生物颗粒的含水量w (%)进行反演计算是指，先读取生物颗粒光谱复折射率实部n的数据文件；再带入生物颗粒含水量和近红外波段复折射率实部关系模型w=F (n),计算生物颗粒含水量w (%)。6.根据权利要求I所述的，其特征在于对生物气溶胶进行分类是指，通过将生物颗粒含水量的反演结果带入生物颗粒含水量特征数据库，确定生物气溶胶种类。7.根据权利要求4所述的，其特征在于所述的在生物气溶胶近红外透过率 光谱中所选择的光谱曲线，该曲线段满足以下特征 (1)曲线正弦波动特征明显； (2)不规则扰动少且易剔除； (3)曲线段中至少有半个明显的正弦波动趋势，即至少可以找到I对相邻的极值或零值。8.根据权利要求4所述的，其特征在于所述的生物气溶胶近红外透过率光谱中正弦波动曲线段整体波动频率的确定，采用正弦函数拟合的方法进行，具体步骤如下 (1)根据曲线段的正弦波动规律初步判断其整体波动频率4，确定I个本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于近红外光谱的生物气溶胶含水量测定及其分类方法，该方法包括下列顺序的步骤：（1）利用开放式FTIR大气透过光谱测定系统，采集并计算出待检测的生物气溶胶的近红外透过率光谱t(λ)；利用光学粒子计数器，测定待检测的生物气溶胶中生物颗粒的平均粒径D32；（2）根据生物气溶胶的近红外透过率光谱t(λ)和生物气溶胶中生物颗粒的平均粒径D32，反演计算生物气溶胶中生物颗粒的红外复折射率实部n；（3）根据生物气溶胶中生物颗粒的红外复折射率实部n，反演计算生物气溶胶中生物颗粒的含水量w（%）；（4）根据不同种类生物颗粒含水量的差异，对待检测的生物气溶胶进行分类。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡以华，雷武虎，顾有林，孙杜娟，赵楠翔，石亮，王勇，郑之明，
申请(专利权)人：中国人民解放军电子工程学院，
类型：发明
国别省市：
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