标准粒子散射光信号宽度的统计分析(4)
18 35.2 2060
19 40.0 2320
20 50.0 2910
由实验数据画出曲线，由曲线我们猜想输入信号的脉宽和输出的电压值满足线性关系，使用Matlab软件利用最小二乘法进行拟合。即我们假设脉宽x（us）和电压U（mv）之间的函数关系式为：u=kx+b的形式，拟合得到的曲线如下图所示：
图4 脉宽与电压值之间关系
由拟合结果得到
U（mv）=59.3846x-36.0820 (1)
实验结果表明，转换电路的幅度和宽度之间满足简单的线性关系，其中k=59.3846表示直线斜率，根据实验拟合公式可以由读取的电压值计算出对应的脉宽。
4．标准粒子光脉冲信号宽度分布的研究
经过光电转换器把散射光信号转变成电信号，再经过宽度和幅度的转换电路后，接下来的任务就是对信号进行处理，得到一个周期内颗粒物的电压脉冲信号的宽度分布，也就是每个电压脉冲信号的宽度（经转换电路后已转换为幅值）与数目的关系，由图1可以看出粒子计数器的信号采集与处理部分包括前置放大、非线性放大、多通道计数、显示结果这几部分。电信号经过前置放大后进入非线性放大器，多通道计数器将电信号进行幅度区别再送入对应的通道进行计数，计算机对信号进行处理得出其幅度大小并显示一个周期内不同粒径颗粒产生的脉冲数目，即信号的幅度分布。
颗粒散射光脉冲信号的宽度τ与光敏区结构、粒子路径、粒子速度有关[18]，所以脉冲信号的宽度也有一定的分布范围，一般来说，颗粒的质量越大，颗粒运动速度越小，信号宽度越大，即信号宽度统计参数τ与颗粒质量m存在单调关系。
根据理论分析，对于同一个传感器来说，不同的标准粒子的信号宽度概率分布曲线应该是相似的，其差别主要是由其粒径的差异造成的，也就是说，可以找到一个以粒径为自变量的通用的方程来描述所以粒径粒子的分布。
4.1 实验仪器和步骤
采用采样流量为28.3L/min的激光尘埃粒子计数器分别对粒径为0.4μm、0.5μm、0.6μm和0.8μm的标准粒子群光散射信号进行测量。数据采样率f=1.00MHz，电压通道间隔△V=2.44mV，总计数通道数L=2048个，采样周期T=60s，最小幅值和最大幅值分别设定为0.06v和2.0v。
图5 实验用单分散标准粒子发生装置原理示意图
实验用标准粒子一般采用粒径和折射率已知且粒径均匀的球形单分散粒子，要求其几何标准偏差要小于1.15，本实验采用的是聚苯乙烯胶乳[20]，用纯水稀释后将标准粒子稀释液放入粒子发生器。
泵入的干燥空气经过过滤器后成为洁净空气，部分空气进入粒子发生器，利用泵入空气的引射作用，使标准粒子稀释液从粒子发生器中喷出，并被高速气流雾化，形成雾滴，雾滴在混合干燥器中与其余洁净空气混合，形成的实验用气溶胶进入分配器。尘埃粒子计数器的采样管通过从分配器内吸入气溶胶来进行实验。通过调节图5中的两个阀门可以控制气流大小，从而调节气溶胶的浓度。
将粒子计数器的输出端将信号先通过脉宽-电压转换电路，再送入电脑，用电脑中已有的脉冲分析系统可以绘出信号的曲线，最后通过对实验数据的分析，得出粒子光散射信号的宽度分布。
实验中还将示波器接在尘埃粒子计数器的输出端，用来观测信号的波形，系统的信噪比，检测仪器的工作状态等，观察脉冲波形也有助于保证颗粒入口速率在一定的等级范围内，从而使其不会再感应区内由于多个粒子同时进入而发生重叠误差。