[发明专利]一种高灵敏度与宽测量范围气溶胶浓度的光学检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及核空气净化及其他气溶胶浓度的测试技术，具体涉及一种高灵敏度与宽测量范围气溶胶浓度的光学检测方法。

背景技术

近三十年来光电技术与气溶胶测试技术越来越紧密地结合在一起，随着光学技术及微电子技术的快速发展，气溶胶测试技术在我国环境科学、生物、微电子、核工业医学等诸多领域也得到了快速发展和广泛的应用。许多应用领域对气溶胶测量技术提出了更高的要求，尤其对气溶胶实现远距离、实时、在线和连续测量，以及浓度测量范围宽、测量灵敏度高的实现方法要求更加迫切。

在核空气净化领域中，依据ASME N510和EJ/T791标准，DOP法是核级高效过滤器现场泄漏率试验标准方法之一，该方法要求采用DOP气溶胶在高效过滤器上游端注入，通过实时在线地检测上下游DOP气溶胶的浓度，来判定其泄漏率是否满足标准要求的≤0.05%。即上、下游气溶胶的浓度比大于2000。因此要求DOP气溶胶浓度的检测技术必须达到实时在线测量、测量范围宽至少达到10⁵，测量灵敏度达到10^-3μg/l。

目前国内尚无很完善的方法来解决该问题，针对以上需求，需要研究一种提高气溶胶浓度的探测灵敏度的测量技术，将使气溶胶测试技术更好的应用于核空气净化与其它领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种先进的气溶胶质量浓度光学检测方法，能够很大程度地提高气溶胶浓度的探测灵敏度和测量范围。

本发明的技术方案如下：一种高灵敏度与宽测量范围气溶胶浓度的光学检测方法，该方法采用LED发光二极管作为光源，通过控制LED的驱动电源，对光源进行斩波，使入射光携带一定的调制信号；用入射光照射气流中气溶胶粒子使之发生光散射，散射光也具有相同的调制信号；散射光信号经光电转换后，携带调制特征的电信号通过前置放大器进行放大，再经锁相放大器进行解调放大后，由A/D转换装置将数字量传送给单片机控制系统，经运算分析后，得到气溶胶的浓度值。

进一步，如上所述的高灵敏度与宽测量范围气溶胶浓度的光学检测方法，其中，所述的LED发光二极管为白色光源，最佳调制频率355Hz，幅值5V。

进一步，如上所述的高灵敏度与宽测量范围气溶胶浓度的光学检测方法，其中，通过与标准仪器的对比实验对气溶胶浓度与散射光强度之间的关系进行标定，单片机控制系统根据获得的散射光强度值，换算得到气溶胶的浓度值。

进一步，如上所述的高灵敏度与宽测量范围气溶胶浓度的光学检测方法，其中，气流中气溶胶粒子为球形液滴，粒径98%以上在0.3-0.5微米之间。

本发明的有益效果如下：本发明所提供的检测方法将光散射法和光的调制技术很好的结合起来，实现了微弱散射光信号的检测，从而提高了气溶胶浓度的探测灵敏度，实现了宽量程浓度的测试；同时抑制了零点漂移，提高了测量系统的稳定性。本方法实现了宽测量范围（浓度跨度10⁵）、高灵敏度（0.001μg/l）、良好线性（1:10⁵）及稳定性好的实时在线连续地检测气溶胶质量浓度。

附图说明

图1为气溶胶浓度光学检测方法的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施过程对本发明进行详细的描述。

本发明所提供的气溶胶浓度光学检测方法通过控制LED驱动电源，对光源进行斩波，使得入射光携带一定频率的调制信号，被测气溶胶产生的散射光信号也具有相同的特征信号，散射光信号经光电转换后，通过前置放大器放大，采用锁相放大技术进行解调后，经A/D转换、单片机运算处理后将浓度值输出显示。

该方法的主要特点是光学测量系统中采用近前向散射光测量系统测量气溶胶浓度；光源采用LED发光二极管，并应用了光的调制技术；电路中电信号处理单元采用了锁相放大技术。

实施例

图1是本发明一个应用实例的原理框图。实例中采用白色LED作光源（10W，12V，900lm），最佳调制频率355Hz,幅值5V。测试的气溶胶为球形液滴，粒径98%以上在0.3-0.5微米之间。检测系统包括与真空泵连接的光学测量腔，光学测量腔设置散射光收集系统，散射光收集系统与光电转换器连接，光电转换器经前置放大器、锁相放大器、A/D转换器与单片机处理控制系统连接。方波发生器经光源恒流驱动电路控制LED光源的驱动电源，实现光源斩波。