專利名稱：基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微米級(jí)顆粒的在線測(cè)量，特別涉及一種基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí) 顆粒的在線測(cè)量方法及裝置。
背景技術(shù)：
顆粒是無(wú)處不在的，如在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的懸浮微粒，環(huán)境工程中的空氣污染，在半導(dǎo)體 工業(yè)中硅片表面的污染顆粒等。在天氣預(yù)報(bào)中常?？梢砸?jiàn)到“可吸入顆粒物指標(biāo)”。據(jù)報(bào) 道顆粒物的直徑越小，進(jìn)入呼吸道的部位越深。10微米直徑的顆粒物通?！澳仭鄙虾粑?， 5微米直徑的可溜入呼吸道的深部，2微米以下的可暢通無(wú)阻地深入到細(xì)支氣管和肺泡。研究人員提出了許多用于測(cè)量顆粒粒度和濃度的光散射方法和儀器，特別是在小 顆粒的測(cè)量領(lǐng)域，已有多種細(xì)微顆粒測(cè)量技術(shù)和濃度分析方法。目前測(cè)量顆粒粒度的方法 很多，有篩分法，沉降法，激光衍射法，電光環(huán)帶計(jì)數(shù)法，電阻法以及靜態(tài)圖像法等，但是這 些方法測(cè)量的精度不夠高，不能對(duì)空氣中微粒的濃度進(jìn)行在線檢測(cè)。光散射方法測(cè)量顆粒一般采用激光和光譜儀配合，也有和質(zhì)譜儀配合的，能夠比 較精確的對(duì)微粒的濃度進(jìn)行測(cè)量，但是現(xiàn)有技術(shù)中該種方法所使用的設(shè)備比較昂貴，體積 較大，所以在某些應(yīng)用場(chǎng)合受到一定限制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠?qū)ξ⒚准?jí)顆粒進(jìn)行在線測(cè)量的基于嵌 入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量方法及裝置，該方法測(cè)量精度高，該裝置價(jià)格便宜，可以大 大降低系統(tǒng)成本，減小設(shè)備的體積和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量 方法，其特征在于，包括以下步驟嵌入系統(tǒng)2發(fā)出指令，然后光源發(fā)出入射光Itl ；上訴入射光Itl經(jīng)過(guò)測(cè)量區(qū)，形成透射光I ；上訴透射光I經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)化和信號(hào)放大后進(jìn)入嵌入系統(tǒng)1 ；通過(guò)嵌入系統(tǒng)1接受到的透射光I和嵌入系統(tǒng)2發(fā)出的入射光IQ，PC計(jì)算出入射 光和透射光的光強(qiáng)之比IAtl ；根據(jù)Lambert-Beer光透射定律，把上述1/%帶入公式 計(jì)算出微米級(jí)顆粒的濃度W ；如果上訴濃度W超過(guò)設(shè)定濃度值，嵌入系統(tǒng)2開(kāi)啟聲光報(bào)警，提醒工作人員測(cè)量值 超標(biāo)。所述光源為一個(gè)受控的可以產(chǎn)生多個(gè)波長(zhǎng)光的光源，該光源產(chǎn)生一組光，通過(guò)光 學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行集束處理后入射到含有顆粒的測(cè)量區(qū)。
所述光電轉(zhuǎn)換裝置接收通過(guò)測(cè)量區(qū)的透射光I，并將透射光I分離成不同波長(zhǎng)的光。所述測(cè)量系統(tǒng)在將IAtl帶入公式進(jìn)行微粒濃度計(jì)算時(shí)分別帶入3組信號(hào)，分別是 暗光信號(hào)、背景光信號(hào)和測(cè)量信號(hào)，然后利用消光法和米氏理論進(jìn)行計(jì)算。在上述公式中的所述L為光程、D為顆粒直徑，K是消光系數(shù)，是入射光波長(zhǎng)λ，顆 粒相對(duì)折射率m和顆粒直徑D的復(fù)雜函數(shù)，可由Mie光散射理論得到。本發(fā)明還提供了一種實(shí)施基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量方法的裝置，其 特征在于包括光源，用于產(chǎn)生多個(gè)受控的波長(zhǎng)光；顆粒測(cè)量區(qū)，用于入射光射到里面的微粒，產(chǎn)生透射光；光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)放大裝置，用于接收不同波長(zhǎng)的透射光，并將該透射光信號(hào)放 大；嵌入系統(tǒng)1，用于模數(shù)轉(zhuǎn)化、接收PC命令和數(shù)據(jù)傳送；嵌入系統(tǒng)2，用于聲光報(bào)警信號(hào)控制，光源控制，接收PC命令和數(shù)據(jù)傳送；PC，用于對(duì)微粒濃度進(jìn)行計(jì)算，發(fā)出命令和接收數(shù)據(jù)。所述嵌入系統(tǒng)1由AD轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通訊和MCU組成。所述嵌入系統(tǒng)2由光源控制、警報(bào)控制、數(shù)據(jù)通訊和MCU組成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括嵌入系統(tǒng)1和嵌入系統(tǒng)2，嵌入系統(tǒng)2不停對(duì)光源發(fā) 出指令，發(fā)出入射光，入射光穿過(guò)測(cè)量區(qū)，產(chǎn)生透射光，被嵌入系統(tǒng)1所接收，然后時(shí)時(shí)在PC 中計(jì)算出空氣中微米級(jí)顆粒的濃度，能夠?qū)諝庵械奈⒚准?jí)顆粒進(jìn)行在線監(jiān)控，精確度高。 嵌入系統(tǒng)2里有警報(bào)控制裝置，一旦測(cè)得的濃度高于設(shè)定值，警報(bào)控制裝置開(kāi)始報(bào)警。同時(shí) 本發(fā)明所使用的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，可以大大降低系統(tǒng)成本，減小設(shè)備的體積和運(yùn)行 維護(hù)費(fèi)用。
圖1為按照本發(fā)明一實(shí)施方式基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量方法的流 程圖。圖2為按照本發(fā)明一實(shí)施方式基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量裝置的結(jié) 構(gòu)示意圖。圖3為按照本發(fā)明一實(shí)施方式基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量裝置的嵌 入系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為按照本發(fā)明一實(shí)施方式基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量裝置的嵌 入系統(tǒng)2的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明圖1為按照本發(fā)明一實(shí)施方式基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量方法的流 程圖，包括以下步驟在步驟101，嵌入系統(tǒng)2發(fā)出指令，然后光源發(fā)出入射光Ici ；
在步驟102，上訴入射光Itl經(jīng)過(guò)測(cè)量區(qū)，形成透射光I ；在步驟103，上訴透射光I經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)化和信號(hào)放大后進(jìn)入嵌入系統(tǒng)1 ；在步驟104，通過(guò)嵌入系統(tǒng)1接受到的透射光I和嵌入系統(tǒng)2發(fā)出的入射光IQ，PC 計(jì)算出入射光和透射光的光強(qiáng)之比Ι/Ιο ；在步驟105，根據(jù)Lambert-Beer光透射定律，把上述1/1。帶入公式 計(jì)算出微米級(jí)顆粒的濃度W ；在步驟106，如果上訴濃度W超過(guò)設(shè)定濃度值，步驟107中嵌入系統(tǒng)2開(kāi)啟聲光報(bào) 警，提醒工作人員測(cè)量值超標(biāo)。所述光源為一個(gè)受控的可以產(chǎn)生多個(gè)波長(zhǎng)光的光源，該光源產(chǎn)生一組光，通過(guò)光 學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行集束處理后入射到含有顆粒的測(cè)量區(qū)。所述光電轉(zhuǎn)換裝置接收通過(guò)測(cè)量區(qū)的透射光I，并將透射光I分離成不同波長(zhǎng)的光。所述測(cè)量系統(tǒng)在將IAtl帶入公式進(jìn)行微粒濃度計(jì)算時(shí)分別帶入3組信號(hào)，分別是 暗光信號(hào)、背景光信號(hào)和測(cè)量信號(hào)，然后利用消光法和米氏理論進(jìn)行計(jì)算。在上述公式中的所述L為光程、D為顆粒直徑，K是消光系數(shù)，是入射光波長(zhǎng)λ，顆 粒相對(duì)折射率m和顆粒直徑D的復(fù)雜函數(shù)，可由Mie光散射理論得到。圖2為按照本發(fā)明一實(shí)施方式基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量裝置的結(jié) 構(gòu)示意圖，包括光源201，用于產(chǎn)生多個(gè)受控的波長(zhǎng)光；顆粒測(cè)量區(qū)202，用于入射光射到里面的微粒，產(chǎn)生透射光；光電轉(zhuǎn)換203和信號(hào)放大204裝置，用于接收不同波長(zhǎng)的透射光，并將該透射光信 號(hào)放大；嵌入系統(tǒng)1206，用于模數(shù)轉(zhuǎn)化、接收PC命令和數(shù)據(jù)傳送；嵌入系統(tǒng)2207，用于聲光報(bào)警信號(hào)控制，光源控制，接收PC命令和數(shù)據(jù)傳送；PC205，用于對(duì)微粒濃度進(jìn)行計(jì)算，發(fā)出命令和接收數(shù)據(jù)。圖3中，所述嵌入系統(tǒng)1由AD轉(zhuǎn)換301、數(shù)據(jù)通訊302和MCU303組成。圖4中，所述嵌入系統(tǒng)2由光源控制402、警報(bào)控制403、數(shù)據(jù)通訊401和MCU404 組成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括嵌入系統(tǒng)1和嵌入系統(tǒng)2，嵌入系統(tǒng)2不停對(duì)光源發(fā) 出指令，發(fā)出入射光，入射光穿過(guò)測(cè)量區(qū)，產(chǎn)生透射光，被嵌入系統(tǒng)1所接收，然后時(shí)時(shí)在PC 中計(jì)算出空氣中微米級(jí)顆粒的濃度，能夠?qū)諝庵械奈⒚准?jí)顆粒進(jìn)行在線監(jiān)控，精確度高。 嵌入系統(tǒng)2里有警報(bào)控制裝置，一旦測(cè)得的濃度高于設(shè)定值，警報(bào)控制裝置開(kāi)始報(bào)警。同時(shí) 本發(fā)明所使用的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，可以大大降低系統(tǒng)成本，減小設(shè)備的體積和運(yùn)行 維護(hù)費(fèi)用。
權(quán)利要求
一種基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟嵌入系統(tǒng)2發(fā)出指令，然后光源發(fā)出入射光I0；上訴入射光I0經(jīng)過(guò)測(cè)量區(qū)，形成透射光I；上訴透射光I經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)化和信號(hào)放大后進(jìn)入嵌入系統(tǒng)1；通過(guò)嵌入系統(tǒng)1接受到的透射光I和嵌入系統(tǒng)2發(fā)出的入射光I0，PC計(jì)算出入射光和透射光的光強(qiáng)之比I/I0；根據(jù)Lambert Beer光透射定律，把上述I/I0帶入公式 <mrow><mi>L</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>I</mi> <mo>/</mo> <msub><mi>I</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mo>-</mo><mi>π</mi><mo>/</mo><mn>4</mn><mo>·</mo><mi>L</mi><munderover> <mo>∫</mo> <mn>0</mn> <mo>∞</mo></munderover><mi>N</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>D</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msup> <mi>D</mi> <mn>2</mn></msup><mo>·</mo><mi>K</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>λ</mi> <mo>,</mo> <mi>m</mi> <mo>,</mo> <mi>D</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mi>dD</mi> </mrow>和 <mrow><mi>W</mi><mo>=</mo><mi>π</mi><mo>·</mo><mi>ρ</mi><mo>·</mo><mo>/</mo><mn>6</mn><munderover> <mo>∫</mo> <mn>0</mn> <mo>∞</mo></munderover><msup> <mi>D</mi> <mn>3</mn></msup><mo>·</mo><mi>N</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>D</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mi>dD</mi> </mrow>計(jì)算出微米級(jí)顆粒的濃度W；如果上訴濃度W超過(guò)設(shè)定濃度值，嵌入系統(tǒng)2開(kāi)啟聲光報(bào)警，提醒工作人員測(cè)量值超標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量方法，其特征在于 所述光源為一個(gè)受控的可以產(chǎn)生多個(gè)波長(zhǎng)光的光源，該光源產(chǎn)生一組光，通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn) 行集束處理后入射到含有顆粒的測(cè)量區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量方法，其特征在于 所述光電轉(zhuǎn)換裝置接收通過(guò)測(cè)量區(qū)的透射光I，并將透射光I分離成不同波長(zhǎng)的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量方法，其特征在于 所述測(cè)量系統(tǒng)在將Ι/Ιο帶入公式進(jìn)行微粒濃度計(jì)算時(shí)分別帶入3組信號(hào)，分別是暗光信 號(hào)、背景光信號(hào)和測(cè)量信號(hào)，然后利用消光法和米氏理論進(jìn)行計(jì)算。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量方法，其特征在于 在上述公式中的所述L為光程、D為顆粒直徑，K是消光系數(shù)，是入射光波長(zhǎng)λ，顆粒相對(duì)折 射率m和顆粒直徑D的復(fù)雜函數(shù)，可由Mie光散射理論得到。
6.一種實(shí)施權(quán)利要求1所述的基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量方法的裝置，其 特征在于包括光源，用于產(chǎn)生多個(gè)受控的波長(zhǎng)光；顆粒測(cè)量區(qū)，用于入射光射到里面的微粒，產(chǎn)生透射光；光電轉(zhuǎn)換和信號(hào)放大裝置，用于接收不同波長(zhǎng)的透射光，并將該透射光信號(hào)放大； 嵌入系統(tǒng)1，用于模數(shù)轉(zhuǎn)化、接收PC命令和數(shù)據(jù)傳送； 嵌入系統(tǒng)2，用于聲光報(bào)警信號(hào)控制，光源控制，接收PC命令和數(shù)據(jù)傳送； PC,用于對(duì)微粒濃度進(jìn)行計(jì)算，發(fā)出命令和接收數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的實(shí)施基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量方法的裝置，其 特征在于所述嵌入系統(tǒng)1由AD轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通訊和MCU組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的實(shí)施基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒在線測(cè)量方法的裝置，其 特征在于所述嵌入系統(tǒng)2由光源控制、警報(bào)控制、數(shù)據(jù)通訊和MCU組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微米級(jí)顆粒的在線測(cè)量，特別涉及一種基于嵌入式系統(tǒng)的微米級(jí)顆粒的在線測(cè)量方法及裝置，本發(fā)明包括嵌入系統(tǒng)1和嵌入系統(tǒng)2，嵌入系統(tǒng)2不停對(duì)光源發(fā)出指令，發(fā)出入射光，入射光穿過(guò)測(cè)量區(qū)，產(chǎn)生透射光，被嵌入系統(tǒng)1所接收，然后時(shí)時(shí)在PC中計(jì)算出空氣中微米級(jí)顆粒的濃度，能夠?qū)諝庵械奈⒚准?jí)顆粒進(jìn)行在線監(jiān)控，精確度高。嵌入系統(tǒng)2里有警報(bào)控制裝置，一旦測(cè)得的濃度高于設(shè)定值，警報(bào)控制裝置開(kāi)始報(bào)警。同時(shí)本發(fā)明所使用的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，可以大大降低系統(tǒng)成本，減小設(shè)備的體積和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。
文檔編號(hào)G01N15/10GK101929940SQ200910053969
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者孫雨朦, 趙奇瑋 申請(qǐng)人:上海市上海中學(xué)