[发明专利]一种检测颗粒物质量浓度的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及浓度检测技术领域，具体涉及一种检测颗粒物质量浓度的装置及方法。

背景技术

大气环境是人们赖以生存和发展的重要条件，而环境中的颗粒物对人们的健康及生活具有重大危害，尤其是近些年pM2.5、pM10日益严重，人们对环境中颗粒物的浓度越发重视。燃煤电厂污染源造成的污染十分严重，世界各国都在对其加以研究和控制，需要对排放的烟尘浓度进行检测，目前比较好的方法有光散射法，β射线法、微谐振法等。

其中光散射法原理为：光源发出光束后，照射在颗粒物上，光线会向各个方向发出散射光，散射光经光电接收器转换为电信号，经放大器放大后，测量颗粒物质量浓度。该方法受限于颗粒物的纯度及粒径大小，颗粒物粒径分布及折射率等发生变化时，参数值也需对参数进行修正，因此，收环境改变的影响，本方法不能自动稳定测定颗粒物浓度，误差较大。

β射线法原理为：粉尘颗粒物吸收β射线的量与粒子质量成正比关系，根据β射线吸收的多少可间接计算出颗粒物的质量浓度，β射线吸收法不受粉尘粒子大小及颜色的影响，但受颗粒物成分的影响较大，如颗粒物中含有放射性元素时，测量受到干扰，准确性变差，且其成本高，仪器复杂，测量及应用受限。

微谐振法原理为：滤膜随着震荡管上部以固定的频率振动，当样气穿过滤膜时，粒子会被过滤在滤膜上，这就改变了滤膜的重量，从而导致震荡系统的震荡频率减小，通过求解采样前后的频率差，根据相关公式即可求得样气的质量浓度。

CN203949849U的实用新型专利公开了一种测量颗粒物质量浓度的检测装置，利用β射线法对光散射测量模块进行适时校正，虽然可以改善光散射法受颗粒物颜色等影响因数的干扰，但含有放射性元素的颗粒物大小、纯度同样会随时变化，误差仍然在很多情况下存在，另一方面，β射线质量分辨率低，响应速度慢，影响了测量效率。

可见，各种方法都有优缺点，一种方法测量结果难以真实反应实际颗粒物质量浓度，结果也难以使人信服，但目前并没有一种方法及装置能科学综合各种方法的优点，同时避免缺点，准确、高效、简易的测量颗粒物浓度，因此，研究开发普适于各种颗粒物、而无需频繁修正参数，即可快速、高效、自动检测颗粒物浓度的装置和方法是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

为解决现有检测颗粒物浓度的装置及方法成本高、受环境影响大、参数需频繁修正、结果误差大的技术问题，本发明提供一种检测颗粒物质量浓度的装置及方法，通过在待测气路上并列设置光散射测量单元和微谐振测量单元，首先以光散射法多次测量，根据多次测量结果的残余误差与标准偏差的大小确定待测气路需要微谐振测量矫正的情况，进一步将两种方法分别得到的浓度平均值及测量误差进行融合计算，最后得到待测气路中的颗粒物质量浓度。

本发明采用的技术方案是：一种检测颗粒物质量浓度的装置，包括待测气路、气流驱动装置和设置在待测气路上的光散射测量单元和流量计量单元及配套的控制处理器，关键在于，还包括与光散射测量单元设置在同一待测气路上的微谐振测量单元，所述微谐振测量单元中包括设置在待测气路上的阻流滤膜和与阻流滤膜连接的频率检测器及控制电路，频率检测器的信号输出端与控制处理器连接。

所述光散射测量单元中包括光源、设置在待测气路上的光学检测腔和与光学检测腔连接的散射光检测器，所述散射光检测器的信号输出端与控制处理器连接。

所述光源为白色LED灯光源。

所述散射光检测器为光电倍增管；

所述待测气路起始段借助电磁阀连接高效过滤器；所述气流驱动装置中包括设置在待测气路末端的采样泵，所述采样泵信号输入端与控制处理器连接。

所述控制处理器连接有LCD显示屏、温湿度传感器和大气传感器。

一种检测颗粒物质量浓度的方法，基于上述任一检测颗粒物质量浓度的装置，所述方法包括以下步骤：

①收集待测气路中的样本，光散射测量单元连续n次检测待测气路中颗粒物产生的散射光，计算每次检测的颗粒物质量浓度x₁,x₂,…x_i…x_n，计算颗粒物质量浓度均值残余误差标准偏差其中x_i表示第i次检测所得颗粒物质量浓度，v_i表示第i次检测所得颗粒物质量浓度与颗粒物质量浓度均值的差；

②比较|v_i|与3S(x_n)，若|v_i|均不大于标准偏差则待测气路(1)中颗粒物质量浓度为结束；