[发明专利]一种大气颗粒物粒径分布的在线测量系统及方法

权利要求书

1.一种大气颗粒物粒径分布的在线测量系统，其特征在于：包括样品采集单元、蠕动泵、测量单元和信号处理单元；所述测量单元包括样品池、激光器和探测器；所述样品采集单元采集大气样品并将其转换为样品溶液，所述蠕动泵将样品溶液分别以至少两个不同的速度注入所述样品池中；所述激光器射出激光至装有样品溶液的样品池，所述探测器检测所述蠕动泵以不同的速度注入样品溶液时所分别产生的散射光，并将其转化为散射光电信号，所述信号处理单元接收不同的散射光电信号，并根据所述散射光电信号得到归一化的散射光强的自相关函数g₂(τ)，所述自相关函数g₂(τ)的表达式为：

其中，τ为相关时间，Γ为衰减线宽，n为样品溶液折射率，l₁为被测颗粒物散射体长度，v为样品颗粒溶液注入样品池的速度，λ为激光波长，d为探测距离；

所述信号处理单元根据所述自相关函数g₂(τ)得到不同散射光电信号对应的粒径，并结合不同的样品溶液的注入速度拟合得到速度-粒径关系式，令速度为0代入所述速度-粒径关系式，以输出大气颗粒物的粒径信息。

2.根据权利要求1所述的大气颗粒物粒径分布的在线测量系统，其特征在于：所述蠕动泵将样品溶液分别以至少四个不同的速度注入所述样品池中，所述信号处理单元接收至少四组不同的散射光电信号，通过对至少四组关于蠕动泵注入样品溶液的速度与大气颗粒物的粒径的数据进行不低于三阶的多项式拟合，得到粒径-速度关系式，以输出大气颗粒物的粒径信息。

3.根据权利要求2所述的大气颗粒物粒径分布的在线测量系统，其特征在于：所述样品采集单元进一步包括真空泵和湿法采集装置；所述真空泵采集含有大气颗粒物的气体并以恒定的速度注入所述湿法采集装置，以将其转换为样品溶液。

4.根据权利要求3所述的大气颗粒物粒径分布的在线测量系统，其特征在于：所述测量单元进一步包括凸透镜；所述凸透镜汇聚激光经过样品池所产生的散射光。

5.根据权利要求4所述的大气颗粒物粒径分布的在线测量系统，其特征在于：所述测量单元进一步包括光纤；散射光经所述凸透镜汇聚后通过所述光纤传输到探测器中。

6.根据权利要求3所述的大气颗粒物粒径分布的在线测量系统，其特征在于：所述大气颗粒物测量单元进一步包括光陷；激光经过样品池所产生的透射光由所述光陷吸收。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的大气颗粒物粒径分布的在线测量系统，其特征在于：所述测量单元进一步包括准直透镜；所述激光器射出的激光经过所述准直透镜准直后入射至样品池中。

8.一种大气颗粒物粒径分布的在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：采集含有大气颗粒物的大气样品并将其转换为样品溶液；

S2：将样品溶液分别以至少两个不同的速度注入样品池中，同时向样品池中射入激光，检测以不同的速度注入样品溶液时所分别产生的散射光，并将其转化为散射光电信号；

S3：接收不同的散射光电信号，并根据所述散射光电信号得到归一化的散射光强的自相关函数g₂(τ)，所述自相关函数g₂(τ)的表达式为：

其中，τ为相关时间，Γ为衰减线宽，n为样品溶液折射率，l₁为被测颗粒物散射体长度，v为样品颗粒溶液注入样品池的速度，λ为激光波长，d为探测距离；

根据所述自相关函数g₂(τ)得到不同散射光电信号对应的粒径，并结合不同的样品溶液注入速度拟合得到速度-粒径关系式，令速度为0代入所述速度-粒径关系式，以输出大气颗粒物的粒径信息。