[发明专利]一种基于声表面波的PM2.5检测器

说明书

本发明提供了一种基于声表面波的PM2.5检测器，包括：上壳体(1)、下壳体(6)、虚拟冲击器(5)、声表面波检测器(12)、加热源(3)、左气流通道(13)、中气流通道(10)和右气流通道(15)；所述虚拟冲击器(5)的进气端(8)设有加速喷嘴，用于将入气口(4)流入的空气加速后吸入该虚拟冲击器(5)内，并根据空气中不同粒径的颗粒物进行分流；所述的声表面波检测器(12)通过检测沿其捕获粒子后的表面产生的声表面波传播速度的变化量，以获得该声表面波检测器(12)工作频率的变化量，进而计算得到空气中PM2.5质量浓度。本发明的上述PM2.5检测器具有便携性、高响应和简单工艺的优点。

技术领域

本发明涉及声学、流体力学、传热学以及环境科学的交叉技术领域，特别涉及一种基于声表面波的PM2.5检测器。

背景技术

PM2.5是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物，也称细颗粒物。PM2.5的来源和成因复杂，对人体和环境的危害非常显著。我国正大力开展的PM2.5监测的目的，正是在于通过监测的手段来控制PM2.5在空气中的质量浓度。

目前，各国环保部门广泛采用的PM2.5测定方法主要有三种，即重量法、β射线法和微量振荡天平法，基于上述方法的监测设备均属定点式监测。在便携式PM2.5监测设备中，主要方法是光散射法和MEMS微流体法。

重量法是通过采样器将空气中的PM2.5截留在已知质量的滤膜上，根据采样前后滤膜的质量差和采样体积，计算得到PM2.5的质量浓度。该方法为手工测量，日均检出限低，准确度较高；但费时费力，易引起人为测量误差，无法实现自动实时预报。β射线法是一种间接法，它根据颗粒物对碳-14释放的β射线的吸收强度进行分析，得到吸附在滤纸上的颗粒物浓度。该方法为自动监测，原理简单，容易维护；但其滤膜组分无法用于组分分析，对测试环境的湿度要求高，因此必须加固动态加热系统(DHS)来维持湿度稳定。微量振荡天平法是利用质量传感器内石英振荡锥形管的振荡频率变化，计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量，从而得到颗粒物的质量浓度。该方法灵敏度高，自动实时监测，无需设置放射源；但易受空气中水分的影响，必须加装膜动态测量系统(FDMS)，以校正测量偏差。

光散射法是建立在微粒的Mie散射理论基础上的检测方法，颗粒物的散射光强度与其质量浓度成正比，通过测量散射光强度，求得颗粒物质量浓度。该方法由于容易受颗粒物折射性、形态以及成分的影响，导致其测量准确性不高。而MEMS微流体法是利用微通道热泳沉积方式将采样后得到的PM2.5沉积到FBAR传感器上，通过测量FBAR传感器的频率输出得到沉积在其表面的颗粒物质量，进而计算出其质量浓度；该方法灵敏度高，可有望实现监测的便携式，但制造工艺难度较大，目前尚处于实验阶段，还未能进行商业推广。

发明内容

本发明的目的在于，为克服上述传统PM2.5检测方法存在的便携性差、测量精度低或制造工艺难度大的技术问题，本发明提供一种基于声表面波的PM2.5检测器，以提高PM2.5检测的准确性和灵敏度，并实现对PM2.5的便携检测。

为实现上述目的，本发明提供的一种基于声表面波的PM2.5检测器，包括：相互连接的上壳体和下壳体、虚拟冲击器、声表面波检测器、右气流通道、左气流通道、中气流通道。所述下壳体的两端分别设置入气口和出气口，所述的入气口与虚拟冲击器的进气端连通，所述的左气流通道、中气流通道和右气流通道之间相互并行地连通虚拟冲击器的三个出气端和出气口，所述的声表面波检测器设置于右气流通道的下表面，并与上壳体内表面上设置的加热源相对，使得右气流通道形成热泳微通道；所述虚拟冲击器的进气端设有加速喷嘴，用于将入气口流入的空气加速后吸入该虚拟冲击器内，并根据空气中不同粒径的颗粒物随气流流动的惯性大小不同，将其中大于2.5μm切割粒径的粒子分流进入中气流通道，将小于2.5μm切割粒径的粒子分流进入左气流通道和右气流通道；所述的声表面波检测器通过检测沿其捕获粒子后的表面产生的声表面波传播速度的变化量，以获得该声表面波检测器工作频率的变化量，进而计算得到空气中PM2.5质量浓度。