[发明专利]应用于扬尘颗粒物在线监测的mie散射快速计算方法

摘要

本发明公开了一种应用于扬尘颗粒物在线监测的mie散射快速计算方法，包括如下步骤：计算粒子的散射系数，形成散射系数表格；建立粒子粒径分布数学模型，选定优化算法中模型参量的合理初始值；反演粒子粒径分布，计算粒子浓度。本发明提前计算粒子的理论散射系数，采用查表的方法用于模型参量优化计算，避免多次循环运算，极大缩减计算时间；算法中利用网格法寻求进行第一次优化算法的合理模型参量初始值，以此准确获得目标函数的全局最小值；非第一次测量的模型参量初始值设定为上一次算出的最优模型参量，减少迭代次数，增加运算速度；能够适应扬尘颗粒物粒径范围大、浓度变化快速的特性，用于测量系统做到对扬尘颗粒物浓度的实时测量。

主权项

1.应用于扬尘颗粒物在线监测的mie散射快速计算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、计算粒子的散射系数，形成散射系数表格：根据扬尘的折射率m与入射光波长λ_i，其中1≤i≤N，基于Mie散射理论计算出扬尘空间存在的各种粒径D_j，其中1≤j≤M，并计算该粒径下粒子的理论散射系数k_ext，形成N*M粒子散射系数表格：式中，α＝πD_j/λ_i为尺寸参数，a_n、b_n为m、D_j、λ_i的函数；S2、建立粒子粒径分布数学模型，选定优化算法中模型参量的合理初始值：S21、根据扬尘样本数据或者理论数据拟定多峰分布数学模型f(a₁,a₂,...,a_N,x)，其中a₁,a₂,...,a_N为数学模型的模型参量，参量的个数与入射光波长数量相等，根据模型参量个数调整入射光波长的个数；x为粒子粒径；S22、判断是否为首次测量，如果是，则在扬尘浓度分布合理范围内使用网格法寻找目标函数参量的合适初始值；如果该次测量不是首次测量，则将上一次数据处理获得的最优模型参量作为下一次数据处理的模型参量的初始值，即S3、反演粒子粒径分布，计算粒子浓度：S31、基于函数限制解法，利用粒子浓度分布模型结合粒子理论散射系数计算出各个波长下的一组浊度值，与实测浊度值对比计算残差平方和，通过L‑M优化算法的反复迭代，找到与实际粒子分布最接近的粒子模型的最优模型参量；S32、将最优模型参量代入到粒子浓度分布模型，通过积分得到固定粒径范围内粒子的浓度信息。