瞬态积分浓度场的测量研究

根据污染扩散烟雾粒子的成像理论、粒子光散射原理和数字图像技术,建立了烟雾粒子非定常瞬态积分浓度与 其散射图像强度之间的数学关系,通过烟雾粒子散射图像强度的数字化分析和处理来定量测量非定常瞬态污染扩散相对 瞬态积分浓度场。并利用该方法对烟雾扩散的非定常瞬态积分浓度场进行了实际测量。     

火灾烟雾颗粒凝并分形特性研究

火灾烟雾颗粒因布朗运动由初期的主粒子凝并形成大颗粒的凝团结构，其外形呈现出分形特征，根据分形理论对火灾烟雾颗粒凝团结构进行分析研究，采用场发射扫描电镜对多种材料的烟雾颗粒图像进行测试，通过对烟雾凝团图像进行处理，获得了火灾探测中常见的多种材料的分形维数和分形系数，给出了烟雾颗粒的主粒子粒径，并对其影响因素进行了对比分析，为火灾烟雾探测中颗粒凝并分形特性研究提供有益的探索. 关键词： 火灾 烟雾 颗粒 凝并 分形     

火灾烟雾颗粒532 nm光散射矩阵实验研究

基于自主研制的结合偏振调制和锁相检测技术的光散射实验装置,测量了两种典型火灾烟雾颗粒(棉绳阴燃烟雾和正庚烷池火烟雾)及超声雾化水滴颗粒的532 nm光散射矩阵元素随散射角的分布. 通过水滴颗粒测量结果与数值计算结果的比较验证了实验装置的可靠性. 对比分析了棉绳阴燃烟雾和正庚烷池火烟雾光散射矩阵元素随散射角的分布特征,讨论了该特征在颗粒区分上的应用. 研究了烟雾颗粒微观形貌特征对光散射矩阵的影响,发现可以利用Lorenz-Mie理论描述棉绳阴燃烟雾的光散射,表明其形貌为球形,并利用模拟退火拟合的方法得到了棉 关键词： 光散射 散射矩阵 烟雾     

烟雾环境下的偏振差成像方法

基于激光主动成像的烟雾环境下的目标探测具有重要研究意义,有效抑制光的散射作用是提高烟雾环境下成像质量的关键。根据光的偏振理论,仿真分析了光子单次散射的偏振特性与散射角的变化关系,并利用蒙特卡罗方法模拟了光在烟雾环境中传输的偏振特性,提出了利用偏振差法来抑制光散射作用,最后进行了简单的成像实验。结果表明,光在烟雾中传输时散射光主要由小角度散射光构成,仍然保留了初始激光的部分偏振特性,相比于直接灰度成像,偏振差法能够有效滤除小角度散射光的影响,增强成像目标的细节信息和图像的对比度。     

用消光系数比表征火灾烟雾的分类特征

提出了一种表征火灾烟雾分类特征的方法,采用两个已知波长的消光系数的比值表征火灾烟雾的本质特征.研究表明:两个已知波长的消光系数比仅与烟雾粒子群的粒径分布、平均粒径和折射率有关,排除了烟雾粒子浓度的影响,通过对火灾烟雾进行简单的光学测量和计算,即可得到火灾烟雾的分类特征 关键词： 消光系数比 火灾烟雾 分类特征     

双波长抗干扰光电感烟探测机理

基于T矩阵法, 选取双波长入射光, 对火灾烟颗粒与非火灾烟雾颗粒的光散射矩阵进行了详细的数值计算和比较分析. 结果表明, 入射光波长改变时, 烟颗粒光散射矩阵元素的变化明显不同于非火灾烟雾颗粒. 选用双波长脉冲激光入射, 通过检测合适的光散射矩阵元, 结合异或逻辑运算, 可区分火灾烟雾颗粒和非火灾烟雾颗粒, 降低非火灾烟雾颗粒引起的误报.     

基于光热效应的显微光谱技术在单粒子检测中应用和发展

高灵敏度的单粒子检测技术是纳米粒子在生物医学、化学、光电子等领域应用的前提条件。常见的单粒子检测技术主要包括基于粒子的荧光、拉曼、散射和吸收等信号而发展起来的光学显微成像及光谱技术。其中,拉曼光谱和荧光光谱技术主要适用于一些具有拉曼活性的分子/粒子或可发光的荧光分子或粒子,然而即使对于荧光效率高的有机染料分子和半导体纳米粒子,固有的光漂白和blinking现象也对单粒子探测形成了挑战。散射光谱测量是应用于单粒子检测的另外一种方法,从理论上讲,由于瑞利散射随着尺寸的减小而呈六次方减弱的趋势,在细胞或生物组织内,小尺寸粒子的散射信号很难从背景散射噪声中分离出来。众所周知,介质吸收激发光后会引起介质内的折射率变化,进而在光加热区附近出现折射率的梯度分布,称为光热效应(photothermal effect)。基于粒子光热效应的光学显微成像和光谱测量技术具有信号灵敏度高、无背景散射、原位和免标记等优点,在单粒子检测领域展现了良好的应用潜力。综述了近年来基于光热效应的显微光谱技术在单粒子检测中应用和研究发展,首先介绍了光热效应的测量原理;接着分别讨论了光热透镜测量技术、微分干涉相差测量技术和光热外差测量技术的实验装置,比较了各种测量技术的信噪比、灵敏度、分辨率等特点,并且介绍这些测量技术在单粒子检测中的应用研究进展;接着,论述了近年来研究人员在提高光热显微测量的信噪比、改善动态测量性能以及在红外波段拓展等方面的最新研究成果;最后,简单总结了光热测量技术在单粒子检测领域所面临的挑战。     

含有密集随机分布内核的椭球粒子光散射特性研究

给出了一种结合射线追踪和蒙特卡罗方法计算含核粒子光散射的方法,内核粒子可以为稀疏分布也可为浓密分布.粒子外边界的反射和折射由射线追踪方法计算,而粒子内部的多次散射过程由蒙特卡罗方法模拟;当内核粒子为浓密随机分布时,其单次散射特性由基于静态结构因子（static structure factor）的浓密介质光散射理论计算.最后讨论了含核椭球粒子模型的单次散射特性. 关键词： 射线追踪技术 蒙特卡洛方法 光散射 椭球粒子     

基于移动机器人的室内火灾预警点探测与定位的方法研究

火灾探测技术已成为对火灾进行预防的重要手段之一,目前常用的固定式火灾探测装置不能自主的探测和定位到火警点,对火灾发生初期的预防和灭火有一定的局限性。论文针对该问题,在分析火灾探测技术的基础上,提出一种多位姿仿人鼻的火灾探测装置,并制备出样机,同时尝试将其与可移动机器人结合来实现对室内火警点的探测和定位。基于不同的烟雾情况制定出不同的探测准则,根据该准则进行路径轨迹仿真,经过仿真结果可以看到移动机器人最终定位到火警点的位置。可移动的火灾探测装置在探测和定位到火警点的过程中,若所在空间中由拐角或家具死角导致烟雾扩散有聚集死角的情况存在,会对探测和定位过程造成很大的影响,仿真实验中的移动机器人在探测和定位火警点中的轨迹可以看出死角的存在虽然影响了对火警点的探测,但最终还是能够探测和定位到火警点,其路径轨迹表现出很好的一致性和连续性。     

吸收性海水中气泡光散射特性的理论研究

 给出了一种适合于吸收性介质内粒子散射的Mie级数新的表示形式。利用Mie理论研究了吸收性海水中气泡的单散射特性和气泡群的相位函数。与非吸收性海水中气泡的光散射特性相比，分析了海水折射率虚部对气泡光散射的影响。结果表明：180°后向散射的增强是气泡固有的光学性质，与所处介质无关，可以利用后向散射的增强来探测气泡。     

光散射在烟尘探测中的应用

利用烟尘微粒对光的散射作用，通过测量散射光的强度，可以作为烟尘的传感信号，这种信号可用于火警初期的报警信号，进行火警探测，从而扩充了光散射现象的应用范围。     

Discrimination of Smoke Particles Using Infrared Photoelectrical Detection

A method of discrimination of smoke particles using infrared photoelectrical detection is proposed in this paper. Principle of the method is that smoke particles of different materials have different scattering light intensities at same scattering angle according to Mie Theory. Facility used to realize the method includes an infrared laser as light source and an array of avalanche photodiodes distributed at assigned angles as sensing devices. Scattered light signal at these angles are collected and processed. Categories of smoke particle are discriminated by signal processing results. Experiments show that by using this method cigarette smoke, kerosene smoke and water vapor can be discriminated with rate of discrimination of greater than 95%. Application of this technology in the field of fire detection will eliminate some effects of human activities such as cigarette smoking and steam on smoke detection, and improve sensitivity as well as reliability of smoke detection.     

Multiple scattering of light transmission in a smoke layer

The visibility in a fire scene decreases because of the existence of smoke produced by the flammable materials. With the growth of smoke concentration, the relationship between light and smoke becomes complicated due to the multiple scattering. In this paper, the radiative transfer equation (RTE) that considers the multiple scattering was applied to calculate the light transmission in a smoke layer. As input parameters of RTE, the single scattering albedo, asymmetry parameter and extinction cross section of single smoke agglomerate were calculated by the discrete dipole approximation (DDA) method. The effects of smoke agglomerate diameter, number density of smoke layer, and the incident light wavelength were considered. The results show that the light transmitted flux decreases with the growth of smoke diameter and number density, and increases with the growth of wavelength. The smoke diameter is dominant among the three parameters, and the light transmitted flux tends to be stable when the wavelength reaches a certain value.     

火灾烟颗粒的分形结构形状模拟与光散射计算

针对火灾烟颗粒的形状特点，提出并建立火灾烟颗粒分形结构凝团的形状模型，并对烟颗粒扫描电镜(SEM)图像进行分析，获取分形结构模型中的单个凝团中基本颗粒个数、凝团分形维数、基本颗粒半径等参数.利用该模型对火灾烟颗粒的形状进行模拟的结果表明，该模型能够较好反映出烟颗粒的形貌特征.利用形状模型对火灾烟颗粒散射进行初步计算表明，在其他参数相同的情况下，相对于同体积的球形颗粒，分形凝团具有前向散射较弱，后向散射较强的特征.     

Characteristics of light scattering by smoke particles based on spheroid models

Light scattering models of smoke particles play an important role on the development of photoelectric smoke detection. Aiming at the influence of morphology of smoke particles, spheroid models are introduced to analyze the Stokes scattering matrix of smoke particles, which are lognormal size distributions. Under the condition of random orientations, the effects of refractive indexes and mean size of smoke particles are considered. The results show that after averaging of the orientation and size, the nonsphericity of smoke particles has a considerable effect on their light scattering. Additionally, the nonsphericity of gray smoke particles generated from smoldering fires is more important than soot from flaming fires for analyzing the light scattering.     

基于多光谱图像的烟雾检测

烟雾检测对于火灾早期防范非常重要,传统的智能视频和图像处理技术易受背景运动信息影响,抗干扰性差,且不容易区分森林水雾和燃烧产生的烟雾,森林防火误报率高。为此提出一种新的多光谱图像检测方法检测烟雾。采用多光谱成像系统,获取400至720 nm波段范围的烟雾、水雾光谱图像序列,对图像进行分层像素整合处理;利用欧氏距离度量不同分块光谱特征差异,获取动态区域光谱特征向量,根据目标与背景间光谱特征向量差异,提取烟雾、水雾区域。室内外试验结果表明：多光谱图像检测方法可用于烟雾检测,能够有效地检测并区分烟雾和水雾,与视频图像方法结合,可有效地用于森林火灾监测,降低森林火灾检测误报率。     

基于图像探测的早期火灾烟气模式研究

烟气是火灾过程中的重要物理现象。为改进早期火灾探测和预警,需要对基于图像探测的火灾烟气模式加以研究。以不同应用背景为依据,对烟气模式提出分类研究的思想。并以提高图像探测的可靠性和灵敏度为目的,对烟气的图像信息特征进行分析,提出了建立早期火灾烟气模式的设想。