[发明专利]餐饮油烟颗粒物浓度和粒度在线测量方法

说明书

本发明涉及一种餐饮油烟颗粒物浓度和粒度在线测量方法，多波长连续激光器入射到待测颗粒，通过镜头和相机拍摄的颗粒散射光图像送入计算机进行分析。不同波长的激光同时穿过颗粒系，采用光学检测元件对颗粒散射光束进行同时成像，通过对大量颗粒散射光图像进行统计平均，得到不同波长下灰度信号沿激光束方向的分布，该分布信息对应了不同角度范围下的散射光积分信号，通过反演算法求解颗粒粒径与散射光信号之间的关系矩阵，即可得到粒径分布信息；结合标定实验得到的浓度和灰度信号的关系模型，获得颗粒物浓度；采用一套非接触系统获取餐饮油烟颗粒群的多角度多波长散射光信号，以同时测量餐饮油烟颗粒粒度和浓度，实现低成本免维护在线监测。

技术领域

本发明涉及一种颗粒物检测技术，特别涉及一种餐饮油烟颗粒物浓度和粒度在线测量方法。

背景技术

近年来，我国空气污染愈加严重，随着城市人口增加，我国餐饮规模增大，餐饮油烟的排放已经成为影响空气质量的重要原因之一，餐饮油烟是食用油和食物在高温条件下经过热解产生的，其成分十分复杂。有研究表明冬夏两季餐饮源在油烟排放时间段PM_2.5质量浓度是当日环境大气的3.0～23.9倍，且PM_2.5质量浓度与PM₁₀质量浓度比值介于0.55～0.91之间，表明餐饮油烟中的细颗粒物也是城市空气颗粒物的主要来源之一。颗粒物的浓度测量方法主要有滤膜称重法、β射线吸收法、微量天平振荡法以及光散射法，抽气式取样分析操作复杂，仪器昂贵，光散射法测量具有适用性广、测量准确、速度快、无接触等优点，但不同颗粒粒径的光散射效应不同，在粒径未知的情况下难以准确测量浓度。

发明内容

本发明是针对餐饮油烟浓度测量难的问题，提出了一种餐饮油烟颗粒物浓度和粒度在线测量方法，能对餐饮油烟颗粒物的粒径和浓度进行同步在线监测，实现连续低成本免维护在线监测。

本发明的技术方案为：一种餐饮油烟颗粒物浓度和粒度在线测量方法，具体包括如下步骤：

1)、测量前将测量系统中激光器、镜头和相机布置于标准油烟发生装置上，激光器布置在油烟管道一侧面，光束照亮标准油烟发生装置发出的颗粒群，镜头光轴与激光光束垂直，相机通过镜头拍摄的颗粒散射光图像送入计算机，已知颗粒物浓度C₀、粒径D₀和相对折射率m₀的球形颗粒，对测量系统进行标定，获得不同波长下测量系统响应系数k₁；

2)、将步骤1)标定后测量系统中的激光器、镜头和相机用步骤1)相同的方式固定于餐饮油烟测量段上，打开相机的图像采集软件；调节镜头焦距并对焦于激光照明区域，调节相机曝光时间、增益和画幅大小，使图像灰度最大值小于图像饱和灰度；

3)、重复拍摄测量工况下的多张颗粒散射光图像并取平均，并将获取的图像保存至计算机；

4)、提取颗粒对不同波长激光的散射光图像灰度沿激光照射方向的分布，即不同角度区域下的光散射积分信号，将光束沿激光光轴方向分段统计图像灰度即可获得不同角度范围下散射光积分信号，并对其进行归一化处理，得到每段光束图像灰度占总光束图像灰度的比率G’；

5)、将颗粒系散射光能E对颗粒粒径进行离散，按下面公式(3)，根据理论模型获得系数矩阵T；

其中，下标i、j、k分别为颗粒粒径分档数、光束分段数以及波长个数；λ为入射光波长；I₀为入射光强；D为颗粒粒径；ρ为颗粒的密度；i₁为垂直散射面的散射强度函数；i₂为平行散射面的散射强度函数；θ为散射角，即散射点和镜头主点连线与激光光束轴向的夹角；θ₁到θ₂为成像位置对应的相机接收光能的散射角范围；m为颗粒相对介质折射率；为方位角，由公式(2)计算，