尘埃粒子计数器光散射脉冲信号幅度分布规律.pdfVIP

砸 计量与测试技术)2014丰第47卷第，2期 尘埃粒子计数器光散射脉冲信号幅度分布规律 彭 刚 张银鹏 何亚洲 (江苏省计量科学研究院，江苏 南京 210007) 摘 要：从测量过程的随机性人手，借助于尘埃粒子计数光电传感器，对随机脉冲信号的幅度分布特征进行了统计测量 ，发现不同粒径标准粒子、空气中的 尘埃粒子以及光电传感器随机噪声等对应的脉冲信号数随幅度的分布具有对数正态分布形式。描述其分布的参数与传感器特性有关。为尘埃粒子计数 器的性能评价提供了理论依据。 关键词：测量；尘埃粒子计数器；脉冲信号；对数正态分布 中图分类号：TH741 文献标识码：A 国家标准学科分类代码：460．4030 DOI：10．15988／j．cnki．1004—6941．2014．12．005 LightScatteringParticleCounterPulseSignalAmplitudeDistribution PengGang ZhangYinpeng HeYazhou 1 引言 长期以来有关尘埃粒子计数器的研究大多集中在测 量原理、光电传感器设计、信号分析模型等方面。文献 [6]研究了多个粒子同时出现在光敏区的概率及信号幅 度分布并由此给出光敏区设计的新思路；文献 [7]以尘 埃粒子计数技术为基础，研究空气中悬浮颗粒质量浓度 测量技术中的等效粒度模型。而对尘埃粒子计数器的脉 冲信号幅度统计分布进行系统性研究的比较少 ，实际上 脉冲信号计数分布直接决定传感器的计数效率、粒径分 辨率等基本性能。 本文分析了尘埃粒子计数光 电传感器测量过程 中的 随机性 ，并且应用2048个均匀电压通道信号采样 电路， 图 1 光敏 区示霖 图 发现不同粒径标准粒子、空气 中的尘埃粒子产生的脉冲 设 为光电探测器的粒子散射光收集效率 ， 为光 电信号转换特性参数，5为粒子等效散射截面，则光电 信号，以及光电传感器的噪声脉冲信号随幅度的统计规 探测器输出的脉冲信号电压幅度 与粒子散射光通量 ， 律均满足对数正态分布。研究结果对改进尘埃粒子计数 成正 比，即有 ： 光电传感器的设计，提高光电传感器的性能有重要指导 V=,rlHSd， (1) 意义。 2 尘埃粒子计数光电传感器脉冲信号幅度分布的随机性 粒子在光敏区中的位置决定光收集率范 围(71， )，光电传感器决定转换参数范围( ，HM)，粒子性状 尘埃粒子计数器光敏区(参见图1)，是指采样气流 (沿 Y轴正方向)与照明光束 (沿 z轴正方 向)垂直相交 决定散射截面范围(．s，S)，光敏区及激光光源决定光 通量范围(，， )。传感器输出的与粒子散射信号对应 的区域。待测粒子随样气流经光敏区时产生对应的散射 光脉冲信号，若光敏区宽度为 ￡，粒子的速度为 ，光电传 的电压脉冲信号幅度的大小、宽度因此表现出时间序列 的随机性，信号幅度 的分布范围为 ( ， )。计数法 感器将散射光信号置换成脉宽为 =L／v的电压脉冲信 号。单粒子散射光信号幅度与粒径大小、照明光强大小 对不同信号幅度范围内出现的信号数进行分档统计记 有关 ，光电传感器转换后的电压脉冲集中幅度还与传感 录，电压档的平均宽度为AV，与信号幅度范围( ， ) 器的随机噪声有关。