[发明专利]基于激光能量陷阱法的PM2.5颗粒的测定方法及装置

权利要求书

1.一种测量气体中的颗粒浓度的测定装置，用于测定待测气体中预定粒径区间的颗粒的浓度，其特征在于，该装置包括激光器(1)、光散射器(2)、光会聚器(3)和检测腔体(4)，并且，

所述激光器用于发射一个平行激光束，该平行激光束经所述光散射器散射后再经由所述光会聚器入射到所述检测腔体，在所述检测腔体内形成空间散斑场，该空间散斑场包含能量陷阱，

所述检测腔体用于容纳待测气体，并位于所述光会聚器的像平面上，所述待测气体中的部分颗粒被所述能量陷阱束缚，该被束缚的颗粒的粒径分布与所述能量陷阱在垂直于所述激光束的传播方向上的尺寸相关，根据该被束缚尺寸的颗粒的数量和粒径分布能够测定所述待测气体中预定粒径区间的颗粒的浓度。

2.如权利要求1所述的测量气体中的颗粒浓度的测定装置，其特征在于，所述激光器所发射的激光束的波长、所述光会聚器与所述像平面之间的距离以及所述光会聚器的光圈尺寸可以调节，以使所需被束缚颗粒的粒径分布在由能量陷阱尺寸所决定的能够被束缚颗粒的粒径分布峰值区域。

3.如权利要求2所述的测量气体中的颗粒浓度的测定装置，其特征在于，所述预定粒径区间是直径小于或等于2.5微米。

4.如权利要求3所述的测量气体中的颗粒浓度的测定装置，其特征在于，所述激光波长λ、光会聚器与所述像平面之间的距离Za以及所述光会聚器的光圈尺寸Da满足的值处于所需测定尺寸区间的峰值区域。

5.如权利要求1所述的测量气体中的颗粒浓度的测定装置，其特征在于，还包括成像透镜(5)和CCD(6)，所述被束缚的颗粒的表面散射的光经所述成像透镜后被所述CCD接收，通过对CCD所接收到的图像进行处理得到被束缚颗粒的数量和粒径分布，能够计算所述预定粒径区间的颗粒的浓度。

6.如权利要求5所述的测量气体中的颗粒浓度的测定装置，其特征在于，所述成像透镜和CCD放置方式为其轴线与x方向和y方向构成的xy平面垂直，其中x方向为所述激光束的传播方向，所述y方向为待测气体流向。

7.一种测量气体中的颗粒浓度的多通道测定装置，用于测定待测气体中多个预定粒径区间的颗粒的浓度，其特征在于，包括多个子装置，每个子装置包括激光器(1，1’)、光散射器(2，2’)、光会聚器(3，3’)，多个子装置共用一个检测腔体(4)，并且，

所述每个子装置的激光器用于发射一个平行激光束，该平行激光束经该子装置的光散射器散射后再经由该子装置的光会聚器入射到所述检测腔体，在所述检测腔体内形成多个空间散斑场，所述空间散斑场包含能量陷阱，

所述检测腔体用于容纳待测气体，其水平方向中心位于所述每个子装置的光会聚器的像平面上，所述待测气体中的粒径处于所述多个能量陷阱尺寸所决定的能够被束缚的颗粒的粒径分布峰值区域的颗粒被每个空间散斑场的能量陷阱束缚，该被束缚多个尺寸的颗粒的数量和粒径分布能够被测量以测定所述待测气体中多个预定粒径区间的颗粒的浓度，

其中，所述每个子装置的激光波长、光会聚器与所述像平面之间的距离以及该光会聚器的光圈尺寸可以调节，以使所需被束缚颗粒的粒径分布在由能量陷阱尺寸所决定的能够被束缚颗粒的粒径分布峰值区域。

8.如权利要求7所述的测量气体中的颗粒浓度的多通道测定装置，其特征在于，还包括成像透镜(5)和CCD(6)，所述被束缚的多个尺寸的颗粒的表面散射的光经所述成像透镜后被所述CCD接收，通过对CCD所接收到的图像进行处理得到被束缚颗粒的数量和粒径分布，从而计算所述多个预定粒径分布的颗粒的浓度。

9.如权利要求8所述的测量气体中的颗粒浓度的多通道测定装置，其特征在于，所述成像透镜和CCD的放置方式为其轴线与x方向和y方向构成的xy平面垂直，其中x方向为所述多个子装置的激光束的传播方向，所述y方向为待测气体流向。