一种三维空间中颗粒物浓度场标定装置

1.本实用新型涉及三维空间颗粒物浓度标定技术领域，特别涉及一种三维空间中颗粒物浓度场标定装置。


背景技术：

2.在现有的三维激光诱导荧光(3d laser induced fluorescence，3dlif)测量中，为了将图像灰度分布准确反演为真实三维浓度场，通常需要进行示踪粒子浓度与图像灰度的相关关系标定和校正。3dlif技术在水体测量方面已经显示出突出的应用价值。
3.类似地，3dlif技术在测量三维空间颗粒物浓度也同样巨大潜力。但是如果运用3dlif技术测量空气中颗粒物浓度，在没有传统的示踪粒子的情况下，空气中颗粒物浓度与图像灰度的相关关系的也同样需要标定。由于水溶液很容易配置出标准浓度的溶液用于标定，对于气体，却很难配置标准颗粒物浓度的混合气体。因此，现有的水体中颗粒物浓度标定方式并不适用于空气中颗粒物的浓度标定。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是：针对上述背景技术中存在的不足，提供一种针对空气中颗粒物浓度标定的、简单准确的实现装置。
5.为了达到上述目的，本实用新型提供了一种三维空间中颗粒物浓度场标定装置，包括气泵、颗粒物发生箱体、颗粒物发生器、以及颗粒物浓度标定箱体，所述气泵与所述颗粒物发生箱体的第一入口连通，用于向所述颗粒物发生箱体泵送气体，所述颗粒物发生器布设在所述颗粒物发生箱体内，用于向所述颗粒物发生箱体内散发颗粒物，所述颗粒物发生箱体的第一出口与所述颗粒物浓度标定箱体的第二入口连通，且布设有阀门以及第一颗粒物浓度传感器，所述第一颗粒物浓度传感器用于检测进入所述颗粒物浓度标定箱体的气体颗粒物浓度，所述颗粒物浓度标定箱体采用透明材料制成，所述颗粒物浓度标定箱体还开设有第二出口，所述第二出口也连接有阀门以及第二颗粒物浓度传感器，所述第二颗粒物浓度传感器用于检测所述颗粒物浓度标定箱体的排出气体颗粒物浓度。
6.进一步地，所述气泵按预设的流量泵送气体。
7.进一步地，所述气泵与所述第一入口、所述第一出口与所述第二入口之间均通过导管连通。
8.本实用新型的上述方案有如下的有益效果：
9.本实用新型提供的三维空间中颗粒物浓度场标定装置，能够在颗粒物发生箱体内生成颗粒物，依靠气泵将颗粒物以及空气泵送至颗粒物浓度标定箱体中，准确获取标准颗粒物浓度的气体，从而完成3dlif技术在测量三维空间颗粒物浓度时对任意空间颗粒物浓度的标定工作，并且标定过程简单，操作便捷，准确率高，提升了3dlif技术在测量三维空间颗粒物浓度的可靠性以及准确性；
10.本实用新型的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
11.图1为本实用新型中标准颗粒物浓度气体预制示意图；
12.图2为本实用新型中气体颗粒物浓度标定过程示意图。
13.【附图标记说明】
14.1-气泵；2-颗粒物发生箱体；3-颗粒物发生器；4-颗粒物浓度标定箱体；5-第一入口；6-第一出口；7-第二入口；8-第二出口；9-均匀片光源；10-相机。
具体实施方式
15.为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
16.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
17.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是锁定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
18.如图1所示，本实用新型的实施例提供了一种三维空间中颗粒物浓度场标定装置，包括气泵1、颗粒物发生箱体2、颗粒物发生器3、以及颗粒物浓度标定箱体4。其中，颗粒物发生箱体2具有第一入口5与第一出口6，气泵1通过导管与颗粒物发生箱体2的第一入口5连通，用于向颗粒物发生箱体2按一定气压泵送气体。颗粒物发生器3布设在颗粒物发生箱体2内，用于向颗粒物发生箱体2内散发颗粒物，通过喷撒的方式即可。颗粒物发生箱体2的第一出口6与颗粒物浓度标定箱体4的第二入口7通过导管连通，在气泵1作用下空气从颗粒物发生箱体2的第一出口6进入颗粒物浓度标定箱体4内，而使颗粒物浓度标定箱体4内逐渐充满对应量的颗粒物。
19.在本实施例中，第一出口6或第二入口7布设有阀门，即颗粒物发生箱体2与颗粒物浓度标定箱体4之间的通道布设阀门，用于切换通道的开闭状态。同时布设有第一颗粒物浓度传感器a，第一颗粒物浓度传感器a用于检测进入颗粒物浓度标定箱体4的气体颗粒物浓度。颗粒物浓度标定箱体4还开设有第二出口8，第二出口8也连接有阀门以及第二颗粒物浓度传感器b，第二颗粒物浓度传感器b用于检测颗粒物浓度标定箱体4的排出气体颗粒物浓度。
20.在本实施例中，气泵1按预设的流量泵送气体。因此，第一入口5进入气体的流量是一定的，也即相同的时间内流经两个传感器的气体体积一定，气体流量
×
浓度差值就是单
位时间内残留在颗粒物浓度标定箱体4内的颗粒物质量，因此在预设的时间内可以获得颗粒物浓度标定箱体4内的颗粒物浓度。
21.在本实施例中，颗粒物浓度标定箱体4采用透明材料制成，以便进行图像的采集。
22.如图2所示，再利用图像处理方法，用波长一定的均匀片光源9在颗粒物浓度标定箱体4的不同位置(p1,..，pn)采集图像，采集过程中保持相机10相对均匀片光源9的距离l恒定，避免粒子图像离焦，同时也避免激光沿光程衰减的影响。
23.在激光诱导荧光(laser induced fluorescence，lif)测量中，水溶液单一流体微元发出的荧光强度满足f＝iεφcv，i为照射入此区域的激光光强，ε为荧光物吸光系数，φ为荧光物量子产率，c为该区域荧光物浓度，v为该流体微元体积。根据浓度场测量原理，ε和是φ相对恒定的系数，流体微元发出的荧光强度与激光光强呈正比，此时若i保持恒定，则测量得到的荧光强即可反应流体的浓度。类似地，空间中含颗粒物的气体单元通过漫反射而非荧光方式显示出光强，当激光照射空间时，其颗粒反射光强也近似满足f～iψcv，其中φ为漫反射系数，为相对恒定的系数。因此，可以控制入射激光光强i，来检测空间可颗粒物浓度与光强f的对应关系。
24.假设入射片光源理想均匀的条件下，空间颗粒浓度漫反射出的光强被相机捕捉后，可以得到平均灰度为g
i,j
(x)的图像(其中i,j分别表示试验的序号，和图像在颗粒物浓度标定箱体4不同拍照位置对应的序号，取值为1,2,..,n)，为了尽量消除误差，对颗粒物浓度标定箱体4多个不同位置的平均灰度为g
i,j
(x)的图像取均值，即得到某一浓度下对应的灰度值以此类推，当在颗粒物浓度标定箱体4注入不同浓度的混合气体时，就可以获得一系列对应的灰度值，从而获得空间颗粒物浓度与图像灰度值的关系，从而实现空间某种颗粒的标定过程。
25.因此，可以逐次地开启阀门，使颗粒物浓度标定箱体4内的颗粒物质量不断增加，而获得一系列对应的灰度值完成标定。
26.采用本实施例提供的装置，能够完成3dlif技术在测量三维空间颗粒物浓度时对任意空间颗粒物浓度的标定工作，并且标定过程简单，操作便捷，准确率高，提升了3dlif技术在测量三维空间颗粒物浓度的可靠性以及准确性。
27.以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。