[发明专利]大气颗粒物的粒径与形状测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量装置，尤其是一种大气颗粒物的粒径与形状测量装置。

背景技术

大气气溶胶不仅对环境空气有污染作用，还对局地环境、区域环境甚至全球环境具有重要影响，是地球大气环境重要的研究对象之一。气溶胶形态包括尺寸与形状，不仅是其重要的物理性质，也决定了其各种行为，包括生成与消失、迁移和沉降等，在多相反应、健康效应、光辐射效应、气候效应、清除机制等方面都有关键性作用，具有很高的研究价值。为此，人们为了探测气溶胶做出了不懈的努力，如中国发明专利CN101173886B于2010年5月12日公告的一种气溶胶粒子双通道激光探测仪及其探测方法。该发明专利中记载的气溶胶粒子双通道激光探测仪由粒子进样部件、光学采样部件和控制处理部件组成；测量时，在控制处理部件的总体控制下，粒子进样部件将大气中的气溶胶粒子以单个顺序排队的方式引进测量区后，先由光学采样部件探测气溶胶粒子的空气动力学尺寸和粒谱分布信息，以及气溶胶粒子的生物活性物质NADH和核黄素的信息，再由控制处理部件获得气溶胶粒子的粒径和粒谱分布信息、生物活性物质和核黄素信息。为进一步地提高对气溶胶粒子的测量质量，人们对气溶胶探测仪中的粒子进样部件也进行了改进，如中国实用新型专利说明书CN201222031Y于2009年4月15日公告的一种大气压气溶胶透镜进样装置。该进样装置通过于一端为锥形进样喷口的气溶胶进气管的内腔中设置一片以上的、其孔径自上而下递减的中心为圆通孔的薄片，使载有不同粒径的气溶胶粒子束流被多次逐级聚焦，最终获得了准直度长达15～20mm的粒子束流，大大地提高了粒子束的传输效率和准直效果。然而，上述两项专利的结合虽也能大大地提高测量气溶胶粒子的精确度，却仍存在着欠缺之处——仅能测得气溶胶粒子的粒径，而不能对气溶胶粒子的形状进行有效的测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服上述各种技术方案的局限性，提供一种结构合理、实用，能对大气颗粒物的粒径和形状进行实时探测的大气颗粒物的粒径与形状测量装置。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：大气颗粒物的粒径与形状测量装置由气溶胶束流进出样部件、光学采样部件和控制处理部件组成，其中的光学采样部件含有气溶胶粒径光学采样器，特别是，

所述光学采样部件还设置有其采样光路位于气溶胶粒径光学采样器采样光路下方的气溶胶形状光学采样器；

所述气溶胶形状光学采样器为紫色激光器及其光路上依次置有的紫色激光准直聚焦透镜、气溶胶测量作用区、紫色激光消光器、散射光选通光阑、散射光耦合透镜组、空间滤波光阑、散射光分束聚焦透镜组和光电探测阵面，其中，紫色激光准直聚焦透镜的输出光束焦点位于气溶胶测量作用区中，光电探测阵面的输出端与控制处理部件电连接。

作为大气颗粒物的粒径与形状测量装置的进一步改进：

优选地，紫色激光器为输出波长405nm的半导体激光器。

优选地，气溶胶测量作用区和紫色激光消光器的间距为60～80mm；保证了接收极角为5～15°，利于对形状为球形、非球形气溶胶粒子的连续、快速的测量。

优选地，散射光选通光阑为其上置有等方位角设置三只通光孔的光阑。

优选地，散射光分束聚焦透镜组由同一平面上等方位角设置的第一分束透镜、第二分束透镜和第三分束透镜组成。

优选地，光电探测阵面由分别位于第一分束透镜、第二分束透镜和第三分束透镜焦点处的第一光电倍增管、第二光电倍增管和第三光电倍增管组成。

优选地，气溶胶束流进出样部件的组成为，一端为锥形进样外喷口的外管中同轴嵌套有其一端为锥形进样内喷口的气溶胶透镜管，抽气口位于锥形进样外喷口的下方，其中，气溶胶透镜管的内腔中置有一片以上的、其孔径自上而下递减的中心为圆通孔的薄片；既利于获得较长准直度的气溶胶粒子束流，还使气溶胶粒子束流处于外管流出的净化气流的保护之中。

优选地，气溶胶粒径光学采样器的组成为，红色激光器及其光路上依次置有红色激光准直透镜组、双折射晶体、气溶胶测量作用区和红色激光消光器，以及椭球面反射镜和雪崩二极管，其中，双折射晶体输出的两束分开方向与气溶胶粒子运动方向相平行的两束平行光的光斑均位于气溶胶测量作用区中，椭球面反射镜位于其中垂线与双折射晶体输出光轴呈30～60°角的延长线上，且其一个焦点位于气溶胶测量作用区中、另一个焦点位于雪崩二极管上。

优选地，红色激光器为输出波长650nm的半导体激光器。