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申请/专利权人：首都经济贸易大学;中国矿业大学

摘要：一种基于物理与数据双驱动的粉尘浓度监测设备及方法，设备：振荡测量单元包括可拆卸碰撞分离器、振荡测量机构、质量流量控制器和流量泵；振荡测量机构主要由振荡管、滤膜托、磁钢、电磁铁、振荡驱动模块和高精度频率测量模块组成；粒子测量单元包括粒子飞行腔室、高效过滤器、流量泵、限流组件、粒子测量腔室、光陷阱、激光器、光电感应单元、温湿度传感器和质量流量控制器；粒子测量腔室中设置有两个激光器、两个光陷阱、两个过滤片和两个光电感应单元。方法：将参数物理模型与机器学习模型相结合，并通过神经网络融合层对两者的输出进行综合计算，最终输出粉尘浓度最终预测值。该设备及方法自动化程度高，其能实现环境中粉尘浓度的高精度监测。

主权项：1.一种基于物理与数据双驱动的粉尘浓度监测设备，包括壳体1和振荡测量单元，所述壳体1上分别开设有与其内腔相连通的第一进气口32、第二进气口33、第三进气口34、第四进气口35、第一出气口36和第二出气口37；其特征在于，还包括粒子测量单元和数据处理单元；所述振荡测量单元包括可拆卸碰撞分离器27、振荡测量机构、第二质量流量控制器7和第四流量泵11；所述可拆卸碰撞分离器27安装在第四进气口35处；所述振荡测量机构主要由振荡管22、滤膜托26、磁钢23、电磁铁、振荡驱动模块24和高精度频率测量模块25组成；所述振荡管22为锥台型石英振荡管，其截面为椭圆状，其上端的小径端作为进气口，其下端的大径端作为出气口，并通过连通管路C42与第二出气口37连接；所述滤膜托26为薄壁圆台结构，其位于振荡管22的上方，滤膜托26上端的大径端安装有滤膜，并通过连通管路D43与第四进气口35连接，其下端的小径端与振荡管22的小径端相连通；一对磁钢23轴对称地分布在振荡管22长轴方向外部的相对两侧，并且紧密黏附在振荡管22上部的两侧侧壁上；一对电磁铁相对称地支设在一对磁钢23的外侧，并与磁钢23中心处于同一水平线上，用于驱动磁钢23进行振动；所述振荡驱动模块24与一对电磁铁连接，用于向电磁铁输出动态驱动信号；所述高精度频率测量模块25安装在振荡管22的外侧，并与电磁铁处于相同高度位置，用于感应磁场强度变化以实现振荡频率的高精度测量；所述第二质量流量控制器7和第四流量泵11由进气侧到出气侧地依次串接连通管路C42上；所述粒子测量单元包括粒子飞行腔室12、第一高效过滤器5、第一流量泵9、第一限流组件2、第二高效过滤器4、第二流量泵10、第二限流组件3、粒子测量腔室13、第一光陷阱20、第一激光器14、第二光陷阱21、第二激光器15、第一光电感应单元16、第一滤波片18、第二光电感应单元17、第二滤波片19、温湿度传感器28、第一质量流量控制器6和第三流量泵8；所述粒子飞行腔室12位于壳体1中，其由上到下依次分为进气段、混合段和加速段，进气段为圆锥状结构，其小径端位于上部，并开设有腔室进口A，混合段为圆筒状结构，其上部于相对两侧开设有腔室进口B和腔室进口C，加速段为圆锥状结构，其小径端位于上部，并开设有腔室出口A；所述腔室进口A通过连通管路A40与第一进气口32连接，腔室进口B通过气流支路一38与第二进气口33连接，腔室进口C通过气流支路二39与第三进气口34连接；气流支路一38和气流支路二39的出气端与粒子飞行腔室12的中轴线成相对角度设置，且不垂直于粒子飞行腔室12；所述第一高效过滤器5、第一流量泵9、第一限流组件2由进气侧到出气侧地依次串接于气流支路一38上；所述第二高效过滤器4、第二流量泵10、第二限流组件3由进气侧到出气侧地依次串接于气流支路二39上；所述粒子测量腔室13位于壳体1中，并位于粒子飞行腔室12的下方，粒子测量腔室13的顶部和底部相对地开设有与其内腔连通的腔室出口D和腔室出口B，其中，腔室出口D与腔室出口A相互连通，腔室出口B通过连通管路B41与第一出气口36连接；所述第一光陷阱20和第一激光器14相对地安装在粒子测量腔室13内腔上部左右两侧的侧壁上；所述第二光陷阱21和第二激光器15相对地安装在粒子测量腔室13内腔下部左右两侧的侧壁上；所述第一光电感应单元16安装在粒子测量腔室13的后侧壁上，且与第一激光器14成90°的设置，同时，其与第一激光器14的中心高度相同；所述第一滤波片18同轴地支设在第一光电感应单元16的前侧；所述第二光电感应单元17安装在粒子测量腔室13的前侧壁上，且与第二激光器15成90°的设置，同时，与第二激光器15的中心高度相同；所述第二滤波片19同轴地支设在第二光电感应单元17的前侧；所述温湿度传感器28设置在粒子测量腔室13中；所述第一质量流量控制器6和第三流量泵8由进气侧到出气侧地依次串接于连通管路B41上；所述数据处理单元包括数据采集与控制模块29和数据处理系统30；所述数据采集与控制模块29分别与第一质量流量控制器6、第二质量流量控制器7、第一流量泵9、第二流量泵10、第三流量泵8、第四流量泵11、第一激光器24、流量计14、第二激光器15、第一光电感应单元16、第二光电感应单元17、温湿度传感器28、振荡驱动模块24和高精度频率测量模块25连接；所述数据处理系统30与数据采集与控制模块29连接，其内部具有粒径分布测量模型和基于物理驱动与数据驱动的双驱动粉尘浓度校准模型。

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