[发明专利]应用于大气中悬浮颗粒物的颗粒物质量浓度检测装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及颗粒物质量浓度的研究与检测领域，尤其涉及一种应用于大气中悬浮颗粒物的颗粒物质量浓度检测装置及其方法。

背景技术

颗粒物的质量浓度检测伴随着中国日益严峻的大气污染而越来越重要。现有的大气中微米级悬浮颗粒物质量浓度的测量方法主要包括4种，1)手工称重法，通过大流量采样器将颗粒物收集在滤膜上，隔数小时用精密天平称量滤膜的重量来得到颗粒物的质量浓度，该方法采样时间长，精度受环境因素影响大且无法得到实时质量浓度；2)β射线法，同样是把颗粒收集在滤膜上，然后由放射源的射线穿透滤膜，根据射线的衰减程度判断颗粒物的重量，该方法采用射线源，维护复杂且昂贵，不利用大规模应用，同时也无法得到颗粒物的实时质量浓度；3)锥形元件振荡微天平法，将颗粒收集在滤膜上，锥形元件振荡频率的平方与滤膜上颗粒物的质量成反比，从而根据锥形元件的振荡频率得到颗粒物的质量浓度；该方法校准十分复杂且受温湿度影响较大，价格昂贵且维护工作繁杂；4)光散射法，根据颗粒经过光路时的散射光强大小来计算得到颗粒物质量浓度，是目前唯一的原位测量颗粒物质量浓度的方法，也是实时性最好的颗粒物质量浓度测量方法，但是使用时校准不方便，不同的应用环境需要重新校准；同时，由米氏理论可知，亚微米颗粒在各方向的散射光强分布比较均匀但是随着颗粒粒径的增加，散射光逐渐向前向集中，而现有的光散射仪常为单通道且把传感器布置在90°方向，虽然有助研提高仪器的动态检测范围，但会造成对大颗粒散射光的低估，同时也会导致无法有效检测亚微米级的颗粒物。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种应用于大气中悬浮颗粒物的颗粒物质量浓度检测装置及其方法。

应用于大气中悬浮颗粒物的颗粒物质量浓度检测装置包括颗粒切割头、颗粒采样气泵、气体流量计、第一气体导管、金属毛细管、鞘气装置、采集电源、鞘气气泵、高效气体过滤器、第二气体导管、多通道颗粒测量部件、高稳定性激光器、光陷阱、第一光学透镜、第一高性能光电探测器、第二光学透镜、第二高性能光电探测器、第三光学透镜、第三高性能光电探测器、第四光学透镜、第四高性能光电探测器、信号调理电路、数据采集卡、计算机、信号电源；多通道颗粒测量部件右侧开孔安装有高稳定性激光器、左侧外部安装有光陷阱，顶部开孔安装有鞘气装置，鞘气装置包括鞘气接头、鞘气管道、鞘气喷嘴，鞘气管道中心安装有金属毛细管，颗粒采样气泵和鞘气气泵由采集电源供电，高稳定性激光器、信号调理电路由信号电源供电，在多通道颗粒测量部件中心处开有四个孔，四个孔的位置是在高稳定性激光器与光陷阱中心连线的顺时针55°、125°方向和逆时针40°、140°方向上，在顺时针55°方向上的孔内安装有第二光学透镜和第二高性能光电探测器，在顺时针125°方向上的孔内安装有第三光学透镜和第三高性能光电探测器，在逆时针40°方向上的孔内安装有第一光学透镜和第一高性能光电探测器，在逆时针140°方向上的孔内安装有第四光学透镜和第四高性能光电探测器，四个高性能光电探测器的输出引线依次接入信号调理电路，信号调理电路输出信号接入数据采集卡，数据采集卡通过USB连接线与计算机相连接，颗粒切割头、颗粒采样气泵、气体流量计、第一气体导管、金属毛细管顺次相连，鞘气气泵、高效气体过滤器、第二气体导管、鞘气接头顺次相连。

所述多通道颗粒测量部件长度为120mm，宽度为50mm，高度为78mm。所述金属毛细管长度为100mm，外直径为2mm，内直径为1mm。所述高稳定性激光器长度为88mm，直径为16mm，功率为150mW。所述的第一高性能光电探测器、第二高性能光电探测器、第三高性能光电探测器、第四高性能光电探测器采用的是HAMAMATSU公司的S2386-44K硅光二极管。