(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210438923.X (22)申请日 2022.04.25 (71)申请人 西安理工大 学 地址 710048 陕西省西安市碑林区金花 南 路5号 (72)发明人 赵恒　汪兴博　张荣瑞　王若飞　 李佳琦　 (74)专利代理 机构 西安弘理专利事务所 61214 专利代理师 刘娜 (51)Int.Cl. G01N 15/06(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01N 21/53(2006.01) (54)发明名称 小角度颗粒物散射脉冲信号检测系统及检 测方法 (57)摘要 本发明公开了小角度颗粒物散射脉冲信号 检测系统及检测方法， 包括半导体激光器， 半导 体激光器发出的激光束经过孔径光阑进入光陷 阱中， 还包括进气管、 出气管、 光电探测器， 进气 管和出气管分别位于孔径光阑和光陷阱之间的 上下方区域， 光电探测器位于水平激光束的侧前 方区域， 光电探测器与数据采集卡电性连接， 数 据采集卡电性连接上位机信号处理软件。 本发明 的检测方法， 可以区分散射信号和杂散光信号， 并根据不同光吸收和颗粒大小动态适应脉冲幅 值的变化。 与传统的散射脉冲提取方法相比， 处 理后的粒子散射脉冲信号的分辨率大大提高， 小 角度的弱粒子散射脉冲提取具有更大的优势,能 够有效实时在线检测1μm以下的粒子散射脉冲 信号。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 114923821 A 2022.08.19 CN 114923821 A 1.小角度颗粒物散射脉冲信号检测系统， 其特征在于， 包括半导体激光器(1)， 所述半 导体激光器(1)发出的激光束 经过孔径 光阑(2)进入光陷阱(3)中， 还包括进气管(4)和出气 管(5)， 所述进气管(4)和出气管(5)分别位于孔径 光阑(2)和光陷阱(3)之间的上下方区域， 所述半导体激光器(1)和光陷阱(3)的连线与进气管(4)和出气管(5)的交叉区域形成光敏 区； 还包括光电探测器(8)， 所述光电探测器(8)位于激光束的侧前方区域， 且光电探测器 (8)与激光束的夹角为20 °； 所述光电探测器(8)与数据采集卡(9)电性连接， 所述数据采集 卡(9)电性连接上位机信号处 理软件(10)。 2.根据权利要求1所述的小角度颗粒物散射脉冲信号检测系统， 其特征在于， 所述半导 体激光器(1)、 孔径光阑(2)、 光陷阱(3)位于同一水平线上。 3.根据权利要求1所述的小角度颗粒物散射脉冲信号检测系统， 其特征在于， 所述进气 管(4)和出气管(5)的两端分别设置有 进口和出口， 且所述进气管(4)的出口为喷 嘴状。 4.小角度颗粒物散射脉冲信号检测方法， 其特 征在于， 具体按照以下步骤实施： 步骤1， 半导体激光器(1)产生激光束， 经孔径光阑(2)限制后传入光敏区； 步骤2， 首先， 进气管(4)不通入待测颗粒物， 进气管(4)和出气管(5)的气泵均不工作， 此时光电探测器(8)接收的信号为无颗粒散射脉冲参考信号， 数据采集卡(9)存储无待测颗 粒散射脉冲参考信号r(n)； 接着， 进气管(4)通入待测颗粒物， 进气管(4)和出气管(5)的气 泵均工作， 待测颗粒物与激光束在光敏区相互作用产生散射光， 此时光电探测器(8)接收的 信号为有待测颗粒散射脉冲检测信号， 数据采集卡(9)存储有待测颗粒散射脉冲参考信号x (n)； 步骤3， 上位机信号处理软件(10)读取无待测颗粒散射脉冲参考信号和有待测颗粒散 射脉冲检测信号， 利用VFF ‑RLS自适应滤波算法完成对小角度颗粒物散射脉冲信号实时在 线提取。 5.根据权利要求4所述的小角度颗粒物散射脉冲信号检测方法， 其特征在于， 所述步骤 3中， 利用VF F‑RLS自适应滤波算法对小角度颗粒物散射脉冲信号实时在线提取， 具体为： 首先， 将r(n)和x(n)作为自适应滤波器的两个输入向量； 设置初始化 值， 令w(0)＝0， P(0)＝ δ‑1I； 其中， I是单位矩阵， δ是正则化参数， w(0)表示初始的权向量， P(0)表示初始的自相关 矩阵的逆矩阵； 自适应滤波器不断迭代更新， 计算自适应滤波后x(n)的估计信号y(n)： y(n)＝wT(n‑1)x(n) 其中， w(n ‑1)是上一次迭代的权向量， wT(n‑1)是w(n‑1)的转置， x(n)是有粒子散射脉冲 的检测信号； 计算粒子 散射脉冲信号的估计信号e(n)： e(n)＝r(n) ‑y(n) 其中， r(n)是 无粒子散射脉冲的参 考信号； 更新增益向量： 其中， P(n ‑1)是上一次迭代的自相关矩阵的逆矩阵， xT(n)是x(n)的转置， λ(n)是可变遗权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114923821 A 2忘因子， k(n)是增益向量； 更新权向量： w(n)＝ w(n‑1)+k(n)e(n) 其中， w(n ‑1)是上一次迭代的权向量， w(n)是本次迭代后的权向量； 更新自相关矩阵的逆矩阵： 其中， P(n)是本次迭代后的自相关矩阵的逆矩阵； 最后， 当达到迭代终止的滤波 阶数时停止迭代， 滤波 阶数设定为300 ‑500， 输出最终的 估计信号e(n)， 即为 提取的粒子 散射脉冲信号。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114923821 A 3