[发明专利]一种激光诱导炽光微米级含碳微粒质量浓度测量装置及方法

权利要求书

1.一种激光诱导炽光微米级含碳微粒质量浓度测量装置，其特征在于：包括煤粉发射单元、对煤粉颗粒进行加热的激光器、用于捕获煤粉中激光诱导炽光信号的捕获单元、显示并记录所捕获的激光诱导炽光信号强度的示波器以及与所述示波器通讯连接的处理单元；

所述捕获单元包括放置在煤粉射流路径上的光电倍增管以及放置在所述光电倍增管前且用于除去煤粉射流中除激光诱导炽光信号之外的光信号的滤光片；

所述处理单元包括存储器和处理器，所述存储器存储计算机程序，该计算机程序被所述处理器执行时能实现以下步骤：

建立煤粉质量浓度与激光诱导炽光信号峰值强度之间的关系；基于包含煤粉质量浓度与激光诱导炽光信号峰值强度关系的煤粉质量浓度计算模型得到煤粉的质量浓度；

所述的煤粉质量浓度计算模型为：

其中，S_max表示波长为λ_det下激光诱导炽光信号峰值强度；K为煤粉质量浓度与激光诱导炽光信号峰值强度的比例系数；所述的K的表达式如下：

其中，C_s为探测系统标定参数，在实验过程中维持不变；表示煤粉颗粒在探测波长为λ_det时的辐射率；d_c为煤粉颗粒粒径；T_max为颗粒的峰值温度；h、c、k分别为普朗克常数、光速常数和玻尔兹曼常数；ρ_c为煤粉颗粒的密度。

2.根据权利要求1所述的激光诱导炽光微米级含碳微粒质量浓度测量装置，其特征在于：所述的煤粉射流路径通过分光镜分为两束，且两束射流路径上均设有所述的捕获单元。

3.根据权利要求1所述的激光诱导炽光微米级含碳微粒质量浓度测量装置，其特征在于：所述的激光器与所述的煤粉发射单元之间设有用于对正射流中心的光阑以及用于调节所述激光器发射的脉冲能量的衰减器；

所述激光器放置在一移动平台上，该移动平台根据光阑的对正信号校正激光器的位置以使其对准煤粉射流中心。

4.根据权利要求1所述的激光诱导炽光微米级含碳微粒质量浓度测量装置，其特征在于：所述的激光器为脉冲激光器，在使用激光器对煤粉进行加热时，激光能量密度为0.3J/cm²至3J/cm²，并采集至少500次激光脉冲下的激光诱导炽光信号峰值强度进行平均。

5.一种激光诱导炽光微米级含碳微粒质量浓度测量方法，其特征在于，包括：

步骤1)，确定同一种类、同一粒径的煤粉质量浓度与被同一能量强度的激光所激发的激光诱导炽光信号强度的比例系数K；

步骤2)，建立煤粉质量浓度与激光诱导炽光信号强度之间的关系模型；

步骤3)，基于步骤2)得到的关系模型，根据同一能量强度的激光所激发的激光诱导炽光信号峰值强度得到同一种类、同一粒径的煤粉的质量浓度；

步骤1)中，K的表达式为

其中，C_s为探测系统标定参数，在实验过程中维持不变；表示煤粉颗粒在探测波长为λ_det时的辐射率；d_c为煤粉颗粒粒径；T_max为颗粒的峰值温度；h、c、k分别为普朗克常数、光速和玻尔兹曼常数；ρ_c为煤粉颗粒的密度。

6.根据权利要求5所述的激光诱导炽光微米级含碳微粒质量浓度测量方法，其特征在于，步骤1)中，通过绘制激光诱导炽光信号强度与煤粉质量浓度关系的折线图得到K的值。