.当烟尘浓度低于0.01mg/kg，散射光强很弱，图像传感器得到的光强信号小于或 接近传感器的测量下限时，增加图像传感器的曝光时间τ来提高测得的图像信号的强度，图 像传感器的曝光时间τ根据被测烟尘浓度调整，从微秒到毫秒；
[0034] c.在计算机内将该光强值与事先由实验室标定得到的散射光强与烟尘浓度关系 曲线进行比较，求出烟尘浓度。
[0035] 本发明的有益效果是利用一个图像传感器，如CCD或CMOS面阵或线阵数字相机和 激光束，可以测量从很低浓度0. 〇lmg/kg到高浓度50mg/kg以上的排放烟尘浓度，满足超低 排放要求的烟尘在线监测。
【附图说明】
[0036] 图1为颗粒散射光从0度到180度的光强分布图；
[0037]图2为本发明实施例1示意图；
[0038]图3为本发明实施例2示意图；
[0039]图4为本发明实施例3示意图；
[0040]图5为本发明实施例4示意图。
【具体实施方式】 [0041 ] 实施例1:
[0042] -种用图像法测量的排放烟尘浓度和粒度的在线测量装置，由图2所示，该装置包 括激光器1、面阵图像传感器2和计算机5,激光器1发出的激光束3入射到被测烟尘4后，部分 光被烟尘颗粒散射，这部分散射光相对于面阵图像传感器2属后侧向散射光，所述的后侧向 散射光被置于激光束入射方向后侧的面阵图像传感器2接收，图像传感器2将测得的后侧向 散射光信号送入计算机5进行数据处理，得到烟尘的浓度。
[0043] 激光器1可以是连续发光的激光器或者是脉冲发光的激光器，采用脉冲发光的激 光器时，图像传感器2的快门曝光时间要与激光器的脉冲同步。
[0044]当烟尘浓度低于0.01mg/kg时，散射光强度较低，此时透过调整面阵图像传感器2 的快门曝光时间，增加曝光时间来得到高的图像信噪比，曝光时间可以从1毫秒调整到1秒， 或者更长。在烟尘浓度0.05mg/kg时，图像传感器采用5ms的曝光时间T，得到的烟尘颗粒散 射光强图像的灰度值接近图像传感器的本底噪音时，可以将图像传感器的曝光时间τ增大， 为50ms，或500ms，直到达到图像传感器的信号饱和值的60%左右。
[0045] 实施例2:
[0046] -种用图像法测量的排放烟尘浓度和粒度的在线测量装置，由图3所示，激光器1 发出的激光束入射方向，在被测烟尘4的前端置有反射镜6,激光器1发出的激光束3入射到 被测烟尘4后，部分光被烟尘颗粒散射，这部分散射光相对于面阵图像传感器2属后侧向散 射光，其透射激光光束被反射镜6反射，再次入射到烟尘，部分光再次被烟尘颗粒散射，这部 分散射光相对于面阵图像传感器2属前侧向散射光，所述后侧向散射光和前侧向散射光同 时被面阵图像传感器2接收后，送入计算机5进行数据处理，得到烟尘颗粒的粒度和浓度。
[0047] 在该实施例中，反射镜6可以是角锥、平面反射镜或凹面反射镜，也可以是转向棱 镜。
[0048] 实施例3:
[0049]所述的在线测量装置置有两个激光器，由图4所示，所述两个激光器置于被测烟尘 烟道两侧，相对布置，第一激光器1发出的第一激光束3入射到烟尘，部分光被烟尘散射，第 二激光器9发出的第二激光束8入射到烟尘，部分光同样被烟尘散射，第一激光束3和第二激 光束8的烟尘散射光相对于面阵图像传感器2而言分别是后侧向散射光和前侧向散射光，后 侧向散射光和前侧向散射光同时被面阵图像传感器2接收后，送入计算机5进行数据处理， 得到烟尘颗粒的粒度和浓度。
[0050] 第一激光器1和第二激光器9可以是连续发光的激光器或者是脉冲发光的激光器。 [0051 ] 实施例4:
[0052] 激光器1发出的光强会随时间发生变化，影响测量的准确性。为补偿激光器1发出 的光强的变化，由图5所示，在所述激光器1前置有半透半反镜10,激光束经半透半反镜10 后，部分光被反射到90度方向，被90度方向置有的第一光电探测器件11监测，得到激光器1 的发射光强，透射光束则入射到烟尘4，部分被散射，部分透射，透射光被反射镜6反射后，再 次入射到烟尘，部分被烟尘4再次散射，其透射光部分入射到半透半反镜10后，部分光被反 射到270度方向，被270度方向置有的第二光电探测器件12监测，得到被烟尘散射吸收后的 衰减光强;第一光电探测器11和第二光电探测器12测得的光强信号与面阵图像传感器2得 到的烟尘散射光信号都送入计算机5进行数据处理，可以得到光强补偿后的准确的烟尘浓 度和粒度处理结果
[0053] 在上述施例中，所用的面阵图像传感器为CCD或CMOS器件，或由CCD或CMOS器件构 成的数码相机。
【主权项】
1. 一种排放烟尘浓度和粒度的在线测量装置，其特征在于，该装置包括激光器、面阵图 像传感器和计算机，激光器发出的激光束入射到被测烟尘后，部分光被烟尘颗粒散射，这部 分散射光相对于面阵图像传感器属后侧向散射光，所述的后侧向散射光被置于激光束入射 方向后侧的面阵图像传感器接收，图像传感器将测得的后侧向散射光信号送入计算机进行 数据处理，得到烟尘的浓度。2. 根据权利要求1所述的排放烟尘浓度和粒度的在线测量装置，其特征在于，激光器发 出的激光束入射方向，在被测烟尘的前端置有反射镜，激光器发出的激光束入射到被测烟 尘后，部分光被烟尘颗粒散射，这部分散射光相对于面阵图像传感器属后侧向散射光，其透 射激光光束被反射镜反射，再次入射到烟尘，部分光再次被烟尘颗粒散射，这部分散射光相 对于面阵图像传感器属前侧向散射光，所述后侧向散射光和前侧向散射光同时被面阵图像 传感器接收后，送入计算机进行数据处理，得到烟尘颗粒的粒度和浓度。3. 根据权利要求2所述的排放烟尘浓度和粒度的在线测量装置，其特征在于，在所述激 光器前置有半透半反镜，激光束经半透半反镜后，部分光被反射到90度方向，被90度方向置 有的第一光电探测器件监测，得到激光器的发射光强，透射光束则入射到烟尘，部分被散 射，部分透射，透射光被反射镜反射后，再次入射到烟尘，部分被烟尘再次散射，其透射光部 分入射到半透半反镜后，部分光被反射到270度方向，被270度方向置有的第二光电探测器 件监测，得到被烟尘散射吸收后的衰减光强;第一光电探测器和第二光电探测器测得的光 强信号与面阵图像传感器得到的烟尘散射光信号都送入计算机进行数据处理，可以得到光 强补偿后的准确的烟尘浓度和粒度处理结果。4. 根据权利要求2所述的排放烟尘浓度和粒度的在线测量装置，其特征在于，所述反射 镜为角锥、平面反射镜、凹面反射镜或转向棱镜。5. 根据权利要求1所述的排放烟尘浓度和粒度的在线测量装置，其特征在于，所述的在 线测量装置置有两个激光器，所述两个激光器置于被测烟尘烟道两侧，相对布置，第一激光 器发出的第一激光束入射到烟尘，部分光被烟尘散射，第二激光器发出的第二激光束入射 到烟尘，部分光同样被烟尘散射，第一激光束和第二激光束的烟尘散射光相对于面阵图像 传感器而言分别是后侧向散射光和前侧向散射光，后侧向散射光和前侧向散射光同时被面 阵图像传感器接收后，送入计算机进行数据处理，得到烟尘颗粒的粒度和浓度。6. 根据权利要求5所述的排放烟尘浓度和粒度的在线测量装置，其特征在于，所述的第 一激光器1和第二激光器为连续发光的激光器或脉冲发光的激光器。7. 根据权利要求1、2、3、5所述的排放烟尘浓度和粒度的在线测量装置，其特征在于，所 述的面阵图像传感器为C⑶或CMOS器件，或由C⑶或CMOS器件构成的数码相机。8. -种利用权利要求1所述装置测量排放烟尘浓度和粒度的在线测量方法，其特征在 于，该方法步骤为： (1) 激光光源发出的激光束从测量区的一端入射到测量区，测量区有被测量的含有烟 尘的烟气通过； (2) 安装在激光侧向的图像传感器拍摄烟尘颗粒对激光的散射光图像； (3) 图像传感器将测得的散射光信号送入计算机进行数据处理： a. 将拍摄到的烟尘散射光图像进行分析，得到散射光图像的光强值； b. 当烟尘浓度低于0.01mg/kg，散射光强很弱，图像传感器得到的光强信号小于或接近 传感器的测量下限时，增加图像传感器的曝光时间τ来提高测得的图像信号的强度，图像传 感器的曝光时间τ根据被测烟尘浓度调整，从微秒到毫秒； c.在计算机内将该光强值与事先由实验室标定得到的散射光强与烟尘浓度关系曲线 进行比较，求出烟尘浓度。
【专利摘要】本发明公开了一种排放烟尘浓度和粒度的在线测量装置及其测量方法，其特点是，该装置包括激光器、面阵图像传感器和计算机，激光器发出的激光束入射到被测烟尘后，部分光被烟尘颗粒散射，这部分散射光相对于面阵图像传感器属后侧向散射光，所述的后侧向散射光被置于激光束入射方向后侧的面阵图像传感器接收，图像传感器将测得的后侧向散射光信号送入计算机进行数据处理，得到烟尘的浓度。本发明的有益效果是利用一个面阵图像传感器，如CCD或CMOS面阵或线阵数字相机和激光束，可以测量从很低浓度到高浓度的排放烟尘浓度，满足超低排放要求的烟尘在线监测，并且可以消除烟气中存在的水滴的散射影响。
【IPC分类】G01N15/02, G01N15/06
【公开号】CN105651661
【申请号】
【发明人】蔡小舒
【申请人】上海理工大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月21日