[发明专利]测量大气颗粒物的平均粒径和浓度的测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大气环保光学检测仪器，特别是涉及一种大气可吸入颗粒平均粒径测量和颗粒浓度检测。

背景技术

随着工业化进程的发展、汽车车辆的增加、人口的快速增长、房地产的密集开发，导致城市空气质量急剧下降，而其中最为显著的一个指标就是空气中可吸入颗粒物的增加。可吸入颗粒物主要指大气中直径小于10μm的粒子，一般称作PM10。它们能够在呼吸过程中直接进入人体的呼吸道并积聚在肺部，人体长期的吸入会引发肺炎、气喘、肺功能下降等各种呼吸道疾病。而且在空气中持续时间长，对人体健康影响很大，可吸入颗粒物含量已被定为空气质量检测的重要指标之一。

此装置基于Mie氏散射原理，根据可吸入粒子对激光的散射和颗粒对不同波长激光的依赖特性测量大气中可吸入颗粒的平均粒径以及颗粒浓度。采用Herriott多光程池作为样品池，可以大大提高激光与粒子作用距离，从而提高检测精度和灵敏度。此仪器应用于大气环境中颗粒监测，以及工业生产环境中气体颗粒标定和工业生产和其他场所颗粒测量。

目前颗粒物检测的主要方法有：筛分法、显微镜法、沉降法、电感应法和光散射法等。其中筛选法是众多测定方法中最通行的方法，优点在于设备简单、操作容易、易于实现，但测定时间长，方法粗糙，另外在筛分过程中有颗粒破损或者断裂，导致测量误差增大，此方法不适用于分析小颗粒。显微镜法也是一种最基本最实用的测量方法，经常用来作为对其他方法的校准和标定，其最大缺点是测量速度慢，成本高。而电感应法对电导率有一定要求，被检测溶液是非电解质时必须加入电解质溶液，因而操作不方便，而且容易带来二次污染。而沉降法是通过颗粒物在液体中的沉降速度来测定颗粒粒度分布的，基本不用于气体颗粒的检测。光散射法以其适用性广、测量范围大、测量准确、精度高、重复性好、测量速度快、所需知被测颗粒物物理参数少，非接触性不破坏被测颗粒结构和特性等优点，已经在颗粒物测量领域占据了主导地位。可吸入颗粒物的直径相对来说较小，尤其是PM2.5的直径和近红外光比拟，所以散射效应会非常强。因此可以通过研究光与颗粒物的相互作用，利用光散射法来测得可吸入颗粒物的浓度。

通常采用散射消光法测量粒子浓度的方法是根据单波长激光通过含有颗粒物的样品，根据光强的衰减量获知样品中颗粒物的浓度。如申请号：201220522529 一种新型的PM2.5质量浓度实施检测装置。传统光散射法测量颗粒物平均粒径是通过CCD测量散射角度进行反演。如申请号201110148346.2基于光纤耦合的颗粒装置和检测方法中采用的上述方法测量颗粒平均粒径。常见的散射消光法测量颗粒物平均粒径、三波长消光法测定微粒的粒径及其分布，文献（《仪器仪表学报》，21（2）208-210，2000）中根据激光单次通过样品池与粒子相互作用所产生的消光效应反推出粒子的粒径和浓度分布，这种方法具有非介入、无二次污染和不中毒的有点，但是一般样品池较短，在测量低浓度粒子时灵敏度较低。为此我们提出了基于三波长-多光程-远程智能化的颗粒粒径和浓度检测仪大大增加了激光与粒子之间作用距离从而提高了检测灵敏度和精度。

发明内容

本发明的目的就是针对上述存在的问题，提供一种具有高精度、高灵敏度、操作简单，可以测量多种大气颗粒平均粒径和浓度的测量装置及方法。

本发明的测量大气颗粒物的平均粒径和浓度的测量装置，包括多波长单模激光器、多光程样品池和电路控制单元；

所述多波长单模激光器是一种能发出三种不同中心波长的激光器，所述多波长单模激光器连接有单模光纤，在所述单模光纤上设置有所述光纤耦合器，所述光纤耦合器将激光耦合后从多光程样品池的入射孔进入多光程样品池内；

所述多光程样品池包括壳体和设置在壳体内两端的反射镜，所述多光程样品池是一种使激光可以从一侧光入射孔处射入并在气室中多次反射，最后从入射孔处传输出去的一种特殊样品池，在壳体的下端壁上设气体进入口和气体出口，所述气体进入口通过管路连接有干燥器，干燥器的进入口与进气管连通，所述进气管上设有可控流量计，所述气体出口通过管路连接有气泵，在气体出口和气泵之间的管路上设有气压计；

所述电路控制单元包括光电探测器、高速DSP控制器、LCD液晶显示模块和远程无线通信模块；

所述光电探测器位于所述多光程样品池的入射口处用于接收从多光程样品池反射出来的激光信号，并且将该激光信号转换成电信号，电信号通过信号调理电路调理后输入至高速DSP控制器的A/D转换模块上；