[发明专利]一种基于层叠衍射的可吸入颗粒物检测方法

说明书

技术领域

本发明属于可吸入颗粒物检测领域，具体涉及利用层叠衍射成像技术对空气中可吸入颗粒物进行光强度、相位信息再现，实现在线全息成像，并对不同粒径可吸入颗粒物浓度进行计算。

背景技术

雾霾已成为严重影响人们生产生活的一种天气现象，可吸入颗粒物是雾霾的核心污染源，其可对人体健康造成严重危害，尤其是直径小于2.5μm的颗粒（PM2.5），由于可以直接进入人体肺部，危害更大。为保障人民群众正常生活，开发能够对可吸入颗粒物，尤其是PM2.5的实时、准确的监测设备显得十分紧迫。当前对可吸入颗粒物的监测方法主要有以下几种。

(1) 滤膜称重法，该方法让空气经不同粒径颗粒切割器后，通过事先放置的滤纸，PM2.5、PM10等不同粒径的可吸入颗粒物将收集到相应的滤纸上；经过一定时间后，取出滤纸，通过比较滤纸吸附前后的质量的变化来推测可吸入颗粒物浓度。

(2) 射线吸收法，该方法采用和滤膜称重法相同的技术获得沉积有颗粒物的滤纸，用β射线照射；β射线穿过滤纸和颗粒物的衰减程度与颗粒物质量成正比，据此根据射线吸收情况计算出颗粒物质量并计算其浓度（农永光 等，价值工程，2013（35），pp.304-305）。

(3) 微量振荡天平法，该方法采用锥形空心玻璃管，粗头固定，细头装有滤芯。空气从粗头进，通过相应粒径的切割器，该粒径可吸入颗粒物被截留在滤芯上。在电场作用下，细头以一定频率振荡，振荡频率与细头重量平方根成反比，根据振荡频率的变化，可以算出收集到颗粒物的质量并能根据进气量推算出其浓度（农永光 等，价值工程，2013（35），pp.304-305）。

(4) 激光散射法, 该方法基于Mie散射理论，利用激光做光源，采用光电器件接收光强度，根据散射光通量和粒径关系来确定空气中颗粒体密度，并推算出颗粒浓度（葛宝臻 等，天津大学学报（自然科学与工程技术版），2013（1），pp.22-28）。

上述方法均存在一定的不足：

滤膜称重法、射线吸收法方法采样时间较长，不适合实时性测量的要求；微量天平法受湿度、温度的干扰较大；激光散射法虽然能够做到对可吸入颗粒物的实时测量，但是由于激光散射与颗粒物折射率有关，该方法所得结果准确性欠佳。

上述方法均无法对可吸入颗粒物进行在线成像，对PM2.5、PM10等不同粒径的可吸入颗粒物测量也必须依赖于切割器；这一方面使得难以直观的看到可吸入颗粒的运动行为，另一方面也增加了装置设计的复杂度。

除上述方法外，现在人们也探索使用数字全息术来测量PM2.5等可吸入颗粒物；该方法基于全息技术、CCD、CMOS等光电器件以及计算机技术，使可吸入颗粒物实时成像成为可能。目前用以观测可吸入颗粒物的数字全息术是同轴数字全息术，该方法利用颗粒物边缘的散射光作为参考光来记录可吸入颗粒物的相位信息（王萍，光学仪器，2015（4），pp.287-292）。这种方法虽然可以对颗粒物进行全息成像，但是由于物光和参考光方向相同，全息图频谱信息交叠严重，所得像的分辨率较低。