烟雾总量分析计算

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1、西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)开题报告 题目：烟雾总量分析计算系 别 光电信息系 专 业 光电信息工程 班 级 B090105 姓 名 冀凯凯 学 号 B09010507 导 师 卢进军 2012年 12 月 17 日 摘要本文主要运用光电检测技术。检测激光束穿过烟雾后的透射光强，透射率，以及及单位体积的粒子个数，通过建立烟雾通道，光通过烟雾通道射出透射光和散射光，由于散射光可以用偏振片去除，所以设计一个偏振片。则测出透射光。分别在有烟和无烟的通道测出光强，由Mei散射确定烟雾颗粒个数，计算烟雾量。 目录 1绪论1 2第一章课题背景、研究意义及国内外相关研究情况2 3第二章 主要

2、研究内容3 4第三章烟雾光学透过率与散射率的测量方案设计论证4 5第四章编写烟雾光学透过率和散射率测量数据计算烟雾总量程序5 6完成本课题的工作方案及进度计划6 7参考文献7 绪论烟雾(smog)是煤烟(smoke)和雾(fog)两个词的合成体，1905年英国人沃伊克思(H.A.Voeux)提出来的。原意是空气中的煤烟与自然雾结合后产生。目前此词含义范围超出原意变广，泛指因工业生产排放的固体粉尘凝结后生成的雾状物(如伦敦烟雾)，或由碳氢化合物和氮氧化物经光化学反应生成的二次污染物(如洛杉矶光化学烟雾)以及参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的淡蓝色烟雾污染现象等。随着有害烟

3、雾浓度过高造成危害人类的事件越来越多，在预防火灾和救援，气象研究等。对烟雾浓度检测技术的研究成为必要问题被提出来。第一章课题背景、研究意义及国内外相关研究情况 1.1目前运用光学方法对烟雾的检测技术已有很多，而使用烟雾浓度的计算方法来检测烟雾量已经进入智能化。有五种测量方法。 （1）激光雷达监测。烟雾气体成分大部分都有拉曼散射的性质(各种气体的独特光谱特性)，这些气体的位移波长大都在红外波长，因此，利用红外激光雷达可以监测各种有害气体的浓度分布情况。 （2）基于光在雾中传导，基于物理模型，分为子弹光和蛇形光。不与介质中分子或粒子发生相互作用，在传输过程中不改变状态的光子，称为子弹光(即退射光)

4、，它载有最初的物像信息。因此，运用偏振片区分这两种光，并设法降低蛇形光的比份，检测烟雾浓度。 (3)微波辐射监测。烟雾有害气体成分在微波段具有特征吸收带，如一氧化碳co在2.59mm波长有吸收带，氧氮化合物(N20)在2.4mm处有吸收带，所以可通过微波遥测确定有害气体的种类和性质。 (4)利用近红外彩色航片植物影像色调，还可以对大气降尘进行监测。由于绿色植物对近红外辐射有强烈的反射作用，没有受烟尘污染的健康植物在近红外彩色航片上的影像呈鲜。(5)遥感摄影监测城市工业区上空的烟雾、森林火灾、火山口喷发后的烟云、核爆炸蘑菇云都可通过遥感摄影监测。基于数字图像处理技术，通过建立烟雾浓度与摄像灰度之

5、间的相关关系，用微机对影像进行微密度分割，绘制烟雾浓度的等值线图。在军事方面对抢、炮口，以及爆炸物产生的烟雾计量尤为重要在第一次世界大战中德军的三氧化硫和氯磺酸在第二次世界大战中英国人使用三氧化硫和氯磺酸、六氯乙烷和黄磷发烟形成烟幕对德军的空袭遮掩了目标。 苏联在卫国战争中，装甲兵和机械化步兵曾使用烟幕遮蔽目标，使德军不能直接瞄准射击和投弹。 海湾战争期间，伊拉克军队点燃了许多油井，某些目标区浓烟滚滚，形成烟幕防护，使以美国为首的多国部队的飞行员发射红外制导导弹命中精度很低，只好使用普通炸弹对烟区盲目轰炸。美军曾出动F - 117飞机使用激光制导炸弹袭击伊拉克的奥西拉克核设施时，由于伊军施放大

6、规模烟幕遮蔽核设施，致使激光制导炸弹失效。美军连续几晚用了多种武器进行攻击才最终奏效。 目前火炮在战争中日趋智能化机、自动化、信息化的发展在火炮发射过程中会产生尾焰和炮口焰、有害气体排放、发射烟雾、噪声等。这些影响不仅带来目标的暴露，人员的伤害而且是火炮的瞄准精度大大降低，因此对炮口烟雾的研究非常重要。 1.2课题研究的目的、意义 在军事领域内，提高武器性能、实现武器智能化与信息化成为武器发展的主导趋势。发射药(弹丸)作为炮的主要组成部分为其提供能源，由于弹丸本身及消焰剂的添加，大量炮口烟雾成为影响其准确率的主要因素。炮体射击产生巨大的烟雾，本课题研究的目的就是用光检测法，利用激光的照射烟雾，

7、测烟雾的透射光强，检测烟雾浓度的研究。在测量领域，这种方法在测量隧道烟雾、火灾监测、化学实验、煤矿有害气体浓度、军事武器等领域，此外还在尘埃粒子计数器应用。本课题的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。1. 3国内外研究现状 如今烟雾事件随处可见，当初的“伦敦烟雾事件”“洛杉矶光化学烟雾”己不再是特例，烟雾的来源更是层出不穷，国内外针对不同来源的烟雾浓度测量方法也应运而生。 工业生产中烟气浓度测量最普遍的方法是林格曼烟气浓度图，它是十九世纪末法国的林格曼(Ringelmann)提出的。林格曼图规格多样，标准形式是由大小为14cmX21cm的黑度不同的六小块组成。全白、全黑除两块外，剩余四块是在

8、白色背底上画上不同宽度的黑色条格，据其在整个小块中所占的面积的百分数分成。= 5的林格曼级数。0级是全白，1级是黑色条格占面积的20% 2级占40%，以此类推，5级是全黑。此法以林格曼上不透光度为标准，与排放源处烟气颜色相比较，当某一烟气颜色与其中色块接近时，则认为烟尘浓度与该色块的黑度等级一致。此测量方法简便快捷，但精确度较低。 烟草燃烧可产生四千多种化学物质，其中有几百种己知的有毒有害物质，烟草烟雾与呼吸、心血管等系统的多种疾病的发生、发展有关。尼古丁是烟草烟雾中颗粒物的重要组成成分9。监测公共场所室内空气中的尼古丁浓度在反映ET(环境烟草烟雾)污染水平上具有高度特异性，在国外应用较为广泛

9、。但由于该方法设备要求高，在国内应用还相对较少。国内评价室内环境烟草烟雾的方法是检测空气中细颗粒(particulatematter of aerodynamic diameters 215 Lm, PIuI15)浓度，利用监测仪器获取烟雾中细微颗粒物，通过比较不同禁烟措施和不同类型场所以及同一场所室内外Pms的浓度差可较灵敏地反映出ET的污染情祝早期科学家就着手研究火灾产生的烟雾，其在很短时间内让人窒息而死亡，20世纪50年代，离子感烟探测器的雏形的产生标志着感烟探测技术被应用于火灾烟雾的测量。20世纪70年代末，光电元件向着高寿命快速发展，光电感烟探测器从此产生。20世纪80年代后，随着各

10、种技术快速结合交叉发展，火灾烟雾探测技术走向智能化l。1996年，美国佛罗里达州立大学着手研究基于图像的火灾烟雾，西蒙弗教授通过红外线成像获取到的视频图像信息研究探测火灾烟雾。1997年开始，我国也着手此方面研究，中国科技大学火灾科学国家重点实验室发表的视频火灾探测系统的原理即为标志。 2000年1月，VSD-8视频烟雾探测系统在英国期刊杂志防火安全工程中出现，称此系统有广谱检测性，可靠性高，能迅速探测到烟雾火灾。 火药约在1860年即不再是粉末形状，当时罗德曼(T. J. Rod man)将军发现平行燃烧原理，此后发射药向颗粒状转变，其尺寸与火炮的类型匹配相适应12。虽然对弹道的研究有了深一

11、步发展，经此变化后黑火药仍产生大量的烟而不尽人意。1886年火药中加入硝化纤维对无烟发射药的改善提供帮助，但弹药的其它成分产生大量的烟同样影响武器的发射精确度。1946年前对炮口烟雾的研究资料极少，20世纪90年代中期，澳大利亚国防部Jean-Pierre Ardouin及其伙伴利用遥感红外光谱技术对烟雾区域进行扫描，测量炮口烟雾的组成成分。近年来，随着数字图像处理技术的发展，通过图像研究浓度被应用于炮口烟雾中，来实现对烟雾浓度的非接触测量队14。数字图像处理又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。 为了提高检测烟雾的实时性和可靠性，国内外许多研究者

12、一直致力于应用图像处理进行烟雾浓度测试技术的研究。 204所在“九五”期间，提出用可见光波段(0.4-0.7 m)的透过率来表征烟雾，实现对烟雾浓度的研究。 2000年，朱海平、徐志君通过光穿透烟雾的物理模型，提出了用偏振光来检钡烟雾浓度的方法。 2003年，疏学明等人通过搭建烟雾通道，利用光散射系统将烟雾粒子成像后获得其形状来进行检测。该方法主要从硬件上实现，成本太高而无法一直使用【161。 2003年，日本Nobuyukil提出利用分形编码技术实现烟雾检测，利用烟雾区域之间存在相似的特性，通过将图像进行编码获取烟雾的边缘特征检测是否有烟雾，此算法过于冗长量而不能实时进行处理。 2004年，

13、UgurTo-reyin 1g提出利用小波变换实现烟雾检测，此法假设将摄像机固定，背景物体因烟雾产生而模糊且使背景颜色变灰，在小波域上即为高频段所含能量变低，亮度变弱，检测烟雾区域边缘的凸状特性来识别烟雾。此方法因为小波变换繁杂的计算量而不能实时进行处理。 Kha-nanian通过获得遥感图像结合与神经网络并用烟雾检测，此法缺点在于拍照产生的图像远离烟雾区域，检测厚且密的烟雾效果明显。 2007年，袁非牛据烟雾的模糊特性、背景可遮挡特性，提出利用高通滤波实现半透明遮挡的模型。此可用于表征烟雾遮挡的半透明特性。 浙江理工大学利用小波变换，分析摄像机拍摄的视频序列，通过空、时域特征展示整个空间里烟雾的情形，最终看是否有烟雾。 2007年，天津大学吴爱国及其他研究员在RGB空间下利用混合高斯模型构建背景模型后进行小波变换，然后提取烟雾的特征来识别是否存在烟雾。 清华大学的杨静根据烟雾图像灰度是否一致和烟雾边缘轮廓是否规则，通过支持向量机识别出烟雾。这些方法进行烟雾检测还是利用烟雾的基本特征，烟雾深层次信息的特征尚待挖掘。 总之，烟雾浓度的检测最主要的有两种方法:一种是基于光检测法，一种是基于图像检