[发明专利]一种基于偏振散射特征的炭黑颗粒物测量方法和装置

说明书

一种基于偏振散射特征的炭黑颗粒物测量方法和装置，该方法包括以下步骤：探测颗粒物对激光散射后的散射光，其中对90‑120度范围内的特定散射角度下的散射偏振光进行测量；提取散射光的偏振通道电压，计算散射光的Stokes矢量S，根据Stokes矢量计算得到如下特征偏振参量Pdop；根据Pdop的值分析和确定颗粒物吸收属性，并可由此鉴别炭黑颗粒物。本发明操作简单快捷，测量范围广，局限性小，减少了探测器的数量，降低了成本。

技术领域

本发明涉及颗粒物检测技术领域，特别是涉及一种基于偏振散射特征的炭黑颗粒物测量方法和装置。

背景技术

炭黑主要是燃料燃烧排放出对光具有高吸收性的典型颗粒物，炭黑对可见光波段的吸收性较强。对炭黑的测量方法主要有光热法，光声法和光散射法。光声法对测量炭黑颗粒物精度主要受含碳物质颗粒物影响，或其它颗粒物在高能量激光照射下生成含碳化合物(CH4)对测量结果产生影响；而且光声法与光热法队器件密闭性有较高要求，保证测量腔内压力恒定等精密条件。光散射法则多通过测量透射光强度与入射光强度对照得到消光系数，炭黑颗粒物对光主要产生吸收作用，散射系数较小，以近似的方法认为测得的消光系数为吸收系数，这种方法也会存在测量和计算误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是为了克服原有光散射颗粒物光学属性分析方法的不足，提供一种基于偏振散射特征的炭黑颗粒物测量方法和装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于偏振散射特征的炭黑颗粒物测量方法，包括以下步骤：

探测颗粒物对激光散射后的散射光，其中对90-120度范围内的特定散射角度下的散射偏振光进行测量；

提取散射光的偏振通道电压，计算散射光的Stokes矢量S，根据Stokes矢量计算得到如下特征偏振参量Pdop：

Pdop＝U/I

其中I代表光的总强度或0°光强I₀和90°光强I₉₀之和；Q代表0°光强I₀和90°光强I₉₀的差；U代表45°光强I₄₅和135°光强I₁₃₅的差；V代表右旋和左旋圆偏光强的差；

根据Pdop的值分析和确定颗粒物吸收属性，并可由此鉴别炭黑颗粒物。

进一步地：

所述特定散射角度为105度。

所述偏振通道包括45度偏振通道和135度偏振通道。

所述偏振通道包括对称设置的两个45度偏振通道和两个135度偏振通道。

根据Pdop的值对颗粒物吸收属性的特异性表征，将颗粒物区分为炭黑、水溶性无机盐或沙尘。

使用光源为输出波长532nm输出功率50mW的He-Ne激光器，将粒径在0.3μm-10μm的颗粒物以2L/min的流速通过测量区，并对其散射光进行探测。

一种用于所述的颗粒物形态测量方法的测量装置，包括激光器、光阑、线性偏振片、一分多光纤束、测量光腔、喷嘴和探测器，所述一分多光纤束设置在90-120度范围内的特定散射角度上，并在光纤束前端装配有偏振薄膜以形成散射光的偏振通道，优选为45度偏振通道和135度偏振通道，所述激光器发出的光经过光阑之后由所述线性偏振片调制为特定的偏振态，在通过所述测量光腔过程中经所述喷嘴喷出的颗粒物散射后，散射偏振光通过所述一分多光纤束进入散射光的偏振通道，再由所述探测器探测。

进一步地：

所述特定散射角度为105度。