專利名稱：基于能量陷阱法的氣溶膠顆粒采樣檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于環(huán)境大氣采集及監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及實(shí)時(shí)測(cè)量大氣中吸光性氣溶膠顆粒的粒徑分布和濃度的氣溶膠顆粒采樣檢測(cè)裝置。本實(shí)用新型可應(yīng)用于大氣中吸光性PM2.5顆粒的采集與檢測(cè)。
背景技術(shù)：
大氣環(huán)境對(duì)人們的健康有著至關(guān)重要的影響,大氣中的可吸入顆粒物一直是大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。包含有顆粒物體的大氣可以看作是一種氣溶膠。氣溶膠是指由固體或液體顆粒分散并懸浮在氣體介質(zhì)中形成的膠體分散體系，又稱氣體分散體系。其分散相為固體或液體顆粒，其大小為0.001 100微米，分散介質(zhì)為氣體。氣溶膠顆粒是指分散并懸浮在氣體介質(zhì)中的固體或液體顆粒。用于衡量大氣中包含的顆粒物的多少有多種指標(biāo)，例如PMio和PM2.5，其是根據(jù)顆粒物的粒徑大小來(lái)定義的。PM2.5顆粒是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱可入肺顆粒物。由于其粒徑小，因此非常容易攜帶大量的病毒、細(xì)菌等有害物質(zhì)，且不容易沉淀，在空氣中停留時(shí)間長(zhǎng)，輸送距離遠(yuǎn)，被吸入人體后會(huì)直接進(jìn)入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。對(duì)于PM2.5的測(cè)定來(lái)說(shuō)，目前已有的PM2.5測(cè)定方法主要有重量法、P射線法和微量振蕩天平法等方法。重量法是將PM2.5顆粒直接截留到濾膜上，然后用天平稱重。重量法是最直接最可靠的方法，是驗(yàn)證其他方法是否準(zhǔn)確的標(biāo)桿，但是，需要人工稱重，程序繁瑣費(fèi)時(shí)。P射線法是將PM2. 5顆粒收集到濾紙上，然后照射一束P射線，^射線穿過(guò)濾紙和顆粒物時(shí)由于被散射而衰減，衰減的程度和PM2.5的重量成正比，根據(jù)射線衰減就可以計(jì)算出PM2.5顆粒的重量，從而算出濃度。這種方法假設(shè)儀器的采樣濾膜條帶均一和采集的PM2.5顆粒物理性質(zhì)均一，且其對(duì)P射線的強(qiáng)度衰減率相同。但是現(xiàn)實(shí)中，該假設(shè)往往不成立，因此數(shù)據(jù)一般也被認(rèn)為存在偏差，并且該方法在潮濕高溫區(qū)域故障率高。微量振蕩天平法使用一頭粗一頭細(xì)的空心玻璃管，將粗頭固定，將細(xì)頭裝有濾芯。大氣樣品從粗頭進(jìn)并從細(xì)頭出，PM2.5就被截留在濾芯上。在電場(chǎng)的作用下，細(xì)頭以一定頻率振蕩，該頻率和細(xì)頭重量的平方根成反比。于是，根據(jù)振蕩頻率的變化，就可以算出收集到的PM2.5的重量，從而算出濃度。采用該方法時(shí)，樣品揮發(fā)性和半揮發(fā)性物質(zhì)會(huì)有損失，需要加裝膜動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)(FDMS)進(jìn)行校準(zhǔn)，且需要更換FDMS透水膜，材料成本昂貴，且需要專業(yè)技術(shù)人員操作至少半天時(shí)間。由此可見，現(xiàn)有的以PM2.5顆粒代表的氣溶膠顆粒的測(cè)定方法都需要將待測(cè)氣體先經(jīng)過(guò)顆粒采樣切割器，將特定粒徑范圍之外的顆粒截口，使特定粒徑范圍內(nèi)的顆粒通過(guò)，再對(duì)該氣溶膠在該粒徑范圍內(nèi)的顆粒數(shù)量或濃度進(jìn)行測(cè)定。

實(shí)用新型內(nèi)容(一 )要解決的技術(shù)問題[0008]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題提出一種基于能量陷阱法的氣溶膠顆粒的采樣檢測(cè)裝置，可檢測(cè)具有確定上下限的尺寸區(qū)間的氣溶膠顆粒，以解決現(xiàn)有的氣溶膠顆粒的采樣檢測(cè)方法和裝置必需采樣切割器，并且設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需更換濾紙、操作繁瑣以及只能檢測(cè)低于某一上限尺寸的氣溶膠顆粒的問題。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出一種氣溶膠顆粒采樣檢測(cè)裝置，用于對(duì)一定量的氣溶膠中的氣溶膠顆粒進(jìn)行采樣和檢測(cè)，該采樣檢測(cè)裝置包括激光器、空間光調(diào)制器和檢測(cè)腔體；所述激光器用于發(fā)射激光到空間光調(diào)制器上；所述空間光調(diào)制器對(duì)激光進(jìn)行調(diào)制后輸出到所述檢測(cè)腔體中；所述檢測(cè)腔體容納有氣溶膠，入射到該檢測(cè)腔體中的激光在其中形成一個(gè)空間光能量陷講場(chǎng)；其中，該空間光能量陷講場(chǎng)包括多個(gè)光瓶，所述光瓶能夠選擇性的將尺寸與光瓶同一尺寸量級(jí)的氣溶膠顆粒束縛于其中。根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，所述空間光能量陷阱場(chǎng)是一個(gè)空間散班場(chǎng)或者是一種空間光晶格結(jié)構(gòu)。根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，所述采樣檢測(cè)裝置還包括照明光源和光電檢測(cè)器，所述照明光源用于發(fā)出照明光，該照明光照射到所述空間光能量陷阱區(qū)域中的被束縛的氣溶膠顆粒；所述光電檢測(cè)器用于對(duì)所述被束縛的氣溶膠顆粒進(jìn)行成像，并對(duì)成像信息實(shí)時(shí)記錄，該成像信息可用于計(jì)算所束縛的氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量。根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，所述光電檢測(cè)器為CCD。根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，所述采樣檢測(cè)裝置還包括一個(gè)濾光片，其位于所述照明光源與所述空間光能量陷阱場(chǎng)與所述光電檢測(cè)器之間，用于濾除所述激光器發(fā)出波長(zhǎng)的激光。根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，所述激光器發(fā)射的激光和所述照明光源發(fā)射的照明光均通過(guò)一個(gè)分光棱鏡入射到所述檢測(cè)腔體內(nèi)。根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，所述檢測(cè)腔體具有氣流入口和氣流出口，分別用于流入和流出氣溶膠，以便一定量的氣溶膠通過(guò)所述空間光能量陷阱場(chǎng)。根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，所述采樣檢測(cè)裝置還包括擴(kuò)束鏡和第一透鏡，所述激光器發(fā)出的連續(xù)激光束經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束，再經(jīng)第一透鏡準(zhǔn)直后，照射到空間光調(diào)制器上。根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，所述采樣檢測(cè)裝置還包括第二透鏡，所述從空間光調(diào)制器輸出的激光經(jīng)該第二透鏡會(huì)聚在檢測(cè)腔體內(nèi)。根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，所述光能量陷阱場(chǎng)的尺寸在0.1 μπι
4.5μπι之間，所述成像信息用于圖像識(shí)別束縛的氣溶膠顆粒中粒徑小于或等于2.5μπι的顆粒。(三)有益效果本實(shí)用新型利用空間光能量陷阱場(chǎng)形成的許多微小光瓶束縛氣溶膠顆粒，其優(yōu)點(diǎn)有:(I)本實(shí)用新型的探測(cè)光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)；(2)本實(shí)用新型通過(guò)改變空間光調(diào)制器各像素單元的參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同大小顆粒的檢測(cè)，檢測(cè)顆粒尺寸范圍廣；(3)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)，人工操作量??；(4)本實(shí)用新型裝置體積小重量輕，攜帶方便；(5)本實(shí)用新型可連續(xù)實(shí)現(xiàn)對(duì)多級(jí)尺寸氣溶膠顆粒實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可應(yīng)用在ΡΜ2.5顆粒檢測(cè)方面。(6)本實(shí)用新型不需要采樣切割器，可檢測(cè)確定上下限的尺寸區(qū)間的氣溶膠顆粒的濃度。

圖1是空間光調(diào)制器的工作原理示意圖；圖2示出了由空間光調(diào)制器產(chǎn)生的能量陷阱場(chǎng)的光瓶結(jié)構(gòu)；圖3示出了由空間光調(diào)制器產(chǎn)生的空間光晶格結(jié)構(gòu)的光瓶結(jié)構(gòu)；圖4是本實(shí)用新型的基于能量陷阱的氣溶膠顆粒采樣檢測(cè)裝置的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為實(shí)現(xiàn)對(duì)一定量的氣溶膠中的氣溶膠顆粒尺寸和數(shù)量的采樣和檢測(cè)，本實(shí)用新型利用空間光調(diào)制器產(chǎn)生空間光能量陷阱場(chǎng)來(lái)束縛氣溶膠顆粒。本實(shí)用新型的原理如下:空間光能量陷阱對(duì)具有吸光性的微小顆粒具有束縛作用。光能量陷阱為周圍亮區(qū)，中心暗區(qū)的光場(chǎng)。當(dāng)氣溶膠顆粒進(jìn)入空間光能量陷阱區(qū)域時(shí)，受光照射一面吸光溫度升高，與該面相接觸的氣體分子的溫度也相應(yīng)升高。顆粒周圍的氣體分子在不停的做布朗運(yùn)動(dòng)撞向顆粒并被反彈。由于吸光面處的氣體分子的溫度比未吸光面處的氣體溫度高，因此吸光面處的氣體分子布朗運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，撞擊氣溶膠顆粒產(chǎn)生的推力更大，使得整個(gè)氣溶膠顆粒被推到暗區(qū)，也就是光能量陷阱的中心區(qū)域，因此可以將氣溶膠顆粒束縛在能量陷阱中心區(qū)域?？臻g光能量陷阱場(chǎng)包括多個(gè)光瓶(一種周圍亮區(qū)中心暗區(qū)的空間瓶狀結(jié)構(gòu))，光瓶能夠選擇性的將尺寸與光瓶同一尺寸量級(jí)的氣溶膠顆粒束縛于其中?？臻g光調(diào)制器是一種能將信息加載于一維或兩維的光學(xué)數(shù)據(jù)場(chǎng)上，以便有效的利用光的固有速度、并行性和互連能力的器件。這類器件可在隨時(shí)間變化的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)或其他信號(hào)的控制下，改變空間上光分布的振幅或強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)以及波長(zhǎng)，或者把非相干光轉(zhuǎn)化成相干光。由于它的這種性質(zhì)，可作為實(shí)時(shí)光學(xué)信息處理、光計(jì)算和光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)中構(gòu)造單元或關(guān)鍵的器件。空間光調(diào)制器可用來(lái)產(chǎn)生空間光能量陷阱場(chǎng)，以束縛不同尺寸的氣溶膠顆粒。由此，利用空間光調(diào)制器能夠采樣和檢測(cè)一定量氣溶膠中氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量。圖1是空間光調(diào)制器的工作原理示意圖?？臻g光調(diào)制器的寫入信號(hào)可以是光信號(hào)也可以是電信號(hào)。照明整個(gè)器件并被調(diào)至的輸入光波被稱為讀出光，本專利中讀出光為照射到空間光調(diào)制器上的激光；經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制器調(diào)制后出射的光波稱為輸出光，用于形成空間光能量陷阱場(chǎng)?？臻g光調(diào)制器一般按照讀出光的讀出方式不同，可以分為透射式和反射式兩種。如圖1所示，左圖示出了透射式空間光調(diào)制器，右圖示出了反射式空間光調(diào)制器，對(duì)于透射式空間光調(diào)制器來(lái)說(shuō)，讀出光和輸出光位于空間光調(diào)制器的兩側(cè)，讀出光經(jīng)空間光調(diào)制器調(diào)制后透射出來(lái)形成輸出光；對(duì)于反射式空間光調(diào)制器來(lái)說(shuō)，讀出光和輸出光位于空間光調(diào)制器的同側(cè)，讀出光經(jīng)空間光調(diào)制器調(diào)制后被反射出來(lái)形成輸出光。不同的寫入信號(hào)對(duì)應(yīng)著不同的空間光能量陷阱楊，可見，通過(guò)改變空間光調(diào)制器的寫入信號(hào)，可以改變其產(chǎn)生的光能量陷阱場(chǎng)的光瓶的尺寸，由此可對(duì)不同尺寸區(qū)間的氣溶膠顆粒進(jìn)行束縛。[0032]本實(shí)用新型使激光器發(fā)出連續(xù)激光束經(jīng)擴(kuò)束、準(zhǔn)直后照射到一個(gè)空間光調(diào)制器上，由空間光調(diào)制器對(duì)光進(jìn)行調(diào)制后輸出，再經(jīng)會(huì)聚，在一個(gè)檢測(cè)腔體內(nèi)部形成一個(gè)穩(wěn)定的空間光能量陷阱場(chǎng)。如前所述，空間光能量陷阱場(chǎng)是一種光瓶結(jié)構(gòu)，即包括多個(gè)光瓶，光瓶能夠選擇性的將尺寸與光瓶尺寸同量級(jí)的氣溶膠顆粒束縛于其中，而其他大小的顆粒則較易流出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)一定粒徑的氣溶膠顆粒采樣。本實(shí)用新型的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，光瓶束縛的氣溶膠顆粒的數(shù)量在尺寸上的分布接近以光瓶尺寸為中心的正態(tài)分布，因此被束縛的大部分粒子集中在光瓶尺寸附近。通過(guò)對(duì)檢測(cè)腔體內(nèi)的空間光能量陷阱場(chǎng)進(jìn)行成像，將成像信息通過(guò)一個(gè)光電檢測(cè)器(例如CCD)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，并將記錄的成像信息輸入到外部信息處理裝置通過(guò)外部信息處理裝置對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別，獲得被束縛氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量。通過(guò)提前標(biāo)定各尺寸的光瓶所束縛的氣溶膠顆粒的百分比與顆粒尺寸的關(guān)系，可以得到流過(guò)氣體中各尺寸氣溶膠顆粒的全部數(shù)量和粒徑分布，并通過(guò)提前標(biāo)定的顆粒的密度，可以計(jì)算出流過(guò)氣體中該尺寸顆粒的質(zhì)量，將該質(zhì)量除以流過(guò)氣溶膠的體積，從而得出被束縛的氣溶膠顆粒的濃度。空間散斑場(chǎng)可以有不同的形態(tài)，根據(jù)本實(shí)用新型，其可以是一種空間散班場(chǎng)，也可以是一種空間光晶格結(jié)構(gòu)，取決于寫入信號(hào)的不同。當(dāng)空間光調(diào)制器的寫入信號(hào)模擬毛玻璃散射片時(shí)，即經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制器透射或反射后的光與激光透過(guò)毛玻璃散射片后的空間光場(chǎng)相同，光能量陷阱場(chǎng)呈現(xiàn)為空間散班場(chǎng)；當(dāng)空間光調(diào)制器的寫入信號(hào)模擬正光光柵時(shí)，即經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制器透射或反射后的光與激光透過(guò)正交光柵后的空間光場(chǎng)相同，光能量陷阱場(chǎng)呈現(xiàn)為空間光晶格結(jié)構(gòu)。需要指出的是，空間光調(diào)制器產(chǎn)生的空間光能量陷阱場(chǎng)也可以是其他各種能量陷阱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，只要這種能量陷阱場(chǎng)結(jié)構(gòu)能夠用來(lái)束縛氣溶膠顆粒就可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。圖2示出了由空間光調(diào)制器產(chǎn)生的空間散斑場(chǎng)的光瓶結(jié)構(gòu)。圖2中條狀物體代表亮區(qū)，球形物體代表被束縛在能量陷阱中的氣溶膠顆粒，其被束縛在暗區(qū)。圖3示出了由空間光調(diào)制器產(chǎn)生的空間光晶格結(jié)構(gòu)的光瓶結(jié)構(gòu)，圖3中的(a)、(b)、(C)圖是從不同角度觀察到的光晶格的空間強(qiáng)度分布，圖中的亮點(diǎn)表示亮區(qū)，暗點(diǎn)表示暗區(qū)，氣溶膠顆?？杀皇`在暗區(qū)中。為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1、基于空間光能量陷阱法的氣溶膠顆粒采樣檢測(cè)裝置及方法圖4是本實(shí)用新型的基于能量陷阱的氣溶膠顆粒采樣檢測(cè)裝置的實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，所述裝置包括激光器1、擴(kuò)束鏡2、第一透鏡3、空間光調(diào)制器4、分光棱鏡5、照明光源6、第二透鏡7、檢測(cè)腔體8、第三透鏡9、濾光片10、(XD11。該實(shí)施例中使用CCD來(lái)作為光電檢測(cè)器。其中，激光器I發(fā)出的連續(xù)激光束經(jīng)擴(kuò)束鏡2擴(kuò)束，再經(jīng)第一透鏡3準(zhǔn)直后，照射到空間光調(diào)制器4上，空間光調(diào)制器4對(duì)激光進(jìn)行調(diào)制后輸出。對(duì)于透射式空間光調(diào)制器，激光透射后輸出；對(duì)于反射式空間光調(diào)制器，激光反射后輸出。圖4中僅顯不的空間光調(diào)制器4為透射式的情況，對(duì)于反射式空間光調(diào)制器，其光路圖與圖4類似。接著，從空間光調(diào)制器4輸出的激光透過(guò)分光棱鏡5，又經(jīng)第二透鏡7會(huì)聚在檢測(cè)腔體8內(nèi)。[0041]檢測(cè)腔體8具有一定的容積，能夠容納有一定量的氣溶膠，并且其具有一個(gè)氣流入口和一個(gè)氣流出口，氣溶膠能夠從氣流入口流入，從氣流出口流出。由此，經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制后的激光在檢測(cè)腔體8內(nèi)部形成一個(gè)穩(wěn)定的空間光能量陷阱場(chǎng)。在采樣檢測(cè)氣溶膠顆粒時(shí)，使一定量的氣溶膠通過(guò)該檢測(cè)腔體8，通過(guò)檢測(cè)腔體8的氣溶膠中的氣溶膠顆粒將被該光能量陷阱場(chǎng)束縛。圖4中的照明光源6是一個(gè)白光光源，用于發(fā)出照明光，照明光經(jīng)分光棱鏡5和第二物鏡7照射到空間光能量陷阱區(qū)域，起到照明被束縛氣溶膠顆粒的作用。第三透鏡9和濾光片10位于空間光能量陷阱場(chǎng)區(qū)域與CXDll之間，被氣溶膠顆粒散射的照明光經(jīng)第三透鏡9和濾光片10后被CCDll接收。其中濾光片能濾掉激光器I所發(fā)出波長(zhǎng)的光，其他波長(zhǎng)的光(照明光)可透過(guò)。由此，透過(guò)濾光片的照明光被氣溶膠顆粒散射，使得氣溶膠顆粒能夠在CCD靶面進(jìn)行成像，CCDll對(duì)成像信息進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，并將記錄的成像信息輸出到一個(gè)外部的信息處理裝置(圖中未示出)，外部信息處理裝置例如是具有圖像處理功能的電腦。外部信息處理裝置通過(guò)圖像識(shí)別，可實(shí)時(shí)記錄被束縛氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量。由于并不是所有滿足條件的氣溶膠顆粒都能被束縛，因此需要事先對(duì)于每個(gè)尺寸的光瓶束縛的氣溶膠顆粒進(jìn)行標(biāo)定，獲得該尺寸的空間光能量陷阱所束縛的氣溶膠顆粒占?xì)馊苣z中所有氣溶膠顆粒的百分比與氣溶膠顆粒尺寸的關(guān)系。通過(guò)提前標(biāo)定各尺寸的光瓶束縛的氣溶膠顆粒的百分比與氣溶膠顆粒尺寸的關(guān)系，可以得到流過(guò)氣體中各尺寸氣溶膠顆粒的全部數(shù)量和粒徑分布，并通過(guò)提前標(biāo)定氣溶膠顆粒的密度，可以計(jì)算出流過(guò)氣體中氣溶膠顆粒的質(zhì)量，將該質(zhì)量除以流過(guò)氣溶膠的體積，從而得出被束縛的氣溶膠顆粒的濃度。由此也可以看出，根據(jù)本實(shí)用新型，通過(guò)提前對(duì)各種尺寸的氣溶膠顆粒的被光瓶束縛的百分比，理論上可以測(cè)定任意尺寸區(qū)間的氣溶膠顆粒的濃度，包括給定的具有確定上下限尺寸區(qū)間的氣溶膠顆粒的濃度。根據(jù)本實(shí)用新型，可以每采集一段時(shí)間就改變空間光調(diào)制器的寫入信號(hào)，使得產(chǎn)生的空間光能量陷阱場(chǎng)的光瓶的尺寸以一定增量或減量變化，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)較大尺度范圍內(nèi)的氣溶膠顆粒數(shù)量和尺寸檢測(cè)。實(shí)施例2、基于空間光能量陷阱法實(shí)時(shí)測(cè)定PM2.5顆粒的測(cè)定裝置及方法實(shí)施例2采用的裝置結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，在該實(shí)施例2中，調(diào)節(jié)空間光調(diào)制器4的寫入信號(hào)，此時(shí)CCD 11記錄束縛到的氣溶膠顆粒的圖像，并將圖像輸入外部信息處理裝置進(jìn)行處理?？紤]到被空間光能量場(chǎng)捕獲并束縛的氣溶膠顆粒的數(shù)量關(guān)于其尺寸成一種類似于正態(tài)分布的分布，且分布中心為光瓶的尺寸，因此，當(dāng)測(cè)量PM2.5時(shí)，可以使得產(chǎn)生的光能量陷阱的尺寸在0.1 μ m 4.5um的范圍內(nèi)變化，優(yōu)選為在0.1 μ m 2.5 μ m之間，更優(yōu)選為1.7 μ m 1.9 μ m,例如1.7 μ m。由此,粒徑小于或等于2.5 μ m的大部分氣溶膠顆粒能夠被束縛，這部分粒子可通過(guò)圖像識(shí)別記錄下來(lái)。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，可以每采集一段時(shí)間就改變空間光調(diào)制器的寫入信號(hào)，使得產(chǎn)生的光瓶尺寸以一定增量或減量變化，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)較大尺度范圍內(nèi)的氣溶膠顆粒數(shù)量和尺寸檢測(cè)。在該實(shí)施例中，我們可以改變寫入信號(hào)，使得空間光能量陷阱的尺寸從0.1至1.7 μ m，以0.1 μ m的步長(zhǎng)連續(xù)變化，由此，可以使空間光能量陷阱束縛大部分粒徑小于PM2.5顆粒。通過(guò)外部信息處理裝置的圖像識(shí)別，得到被束縛氣溶膠顆粒中的粒徑小于或等于
2.5μπι的氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量。通過(guò)提前標(biāo)定ΡΜ2.5顆粒能被束縛的百分比與顆粒尺寸的關(guān)系，可以得到流過(guò)氣體中ΡΜ2.5顆粒的全部數(shù)量和粒徑分布，并通過(guò)提前標(biāo)定顆粒的密度，從而計(jì)算出被流過(guò)氣溶膠中ΡΜ2.5顆粒的質(zhì)量，將該質(zhì)量除以流過(guò)氣溶膠的體積，得到ΡΜ2.5顆粒濃度。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.種氣溶膠顆粒采樣檢測(cè)裝置，用于對(duì)一定量的氣溶膠中的氣溶膠顆粒進(jìn)行采樣和檢測(cè)，其特征在于，該采樣檢測(cè)裝置包括激光器(I)、空間光調(diào)制器(4)和檢測(cè)腔體(8)； 所述激光器(I)用于發(fā)射激光到空間光調(diào)制器(4)上； 所述空間光調(diào)制器(4)對(duì)激光進(jìn)行調(diào)制后輸出到所述檢測(cè)腔體(8)中； 所述檢測(cè)腔體(8)容納有氣溶膠，入射到該檢測(cè)腔體(8)中的激光在其中形成一個(gè)空間光能量陷阱場(chǎng)；其中， 該空間光能量陷講場(chǎng)包括多個(gè)光瓶，所述光瓶能夠選擇性的將尺寸與光瓶同一尺寸量級(jí)的氣溶膠顆粒束縛于其中。
2.權(quán)利要求1所述的氣溶膠顆粒采樣檢測(cè)裝置，其特征在于，所述空間光能量陷阱場(chǎng)是一個(gè)空間散班場(chǎng)或者是一種空間光晶格結(jié)構(gòu)。
3.權(quán)利要求2所述的氣溶膠顆粒采樣檢測(cè)裝置，其特征在于，所述采樣檢測(cè)裝置還包括照明光源(6)和光電檢測(cè)器(11)， 所述照明光源(6)用于發(fā)出照明光，該照明光照射到所述空間光能量陷阱區(qū)域中的被束縛的氣溶膠顆粒； 所述光電檢測(cè)器(11)用于對(duì)所述被束縛的氣溶膠顆粒進(jìn)行成像，并對(duì)成像信息實(shí)時(shí)記錄，該成像信息可用于計(jì)算所束縛的氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量。
4.權(quán)利要求3所述的氣溶膠顆粒采樣檢測(cè)裝置，其特征在于，所述光電檢測(cè)器為CCD。
5.權(quán)利要求3所述的氣溶膠顆粒采樣檢測(cè)裝置，其特征在于，所述采樣檢測(cè)裝置還包括一個(gè)濾光片(10)，其位于所述照明光源(6)與所述空間光能量陷阱場(chǎng)與所述光電檢測(cè)器(11)之間，用于濾除所述激光器(I)發(fā)出波長(zhǎng)的激光。
6.權(quán)利要求5所述的氣溶膠顆粒采樣檢測(cè)裝置，其特征在于，所述激光器(I)發(fā)射的激光和所述照明光源(6)發(fā)射的照明光均通過(guò)一個(gè)分光棱鏡(5)入射到所述檢測(cè)腔體(8)內(nèi)。
7.權(quán)利要求1所述的氣溶膠顆粒采樣檢測(cè)裝置，其特征在于，所述檢測(cè)腔體(8)具有氣流入口和氣流出口，分別用于流入和流出氣溶膠，以便一定量的氣溶膠通過(guò)所述空間光能量陷阱場(chǎng)。
8.權(quán)利要求1所述的氣溶膠顆粒采樣檢測(cè)裝置，其特征在于，所述采樣檢測(cè)裝置還包括擴(kuò)束鏡(2)和第一透鏡(3)，所述激光器(I)發(fā)出的連續(xù)激光束經(jīng)擴(kuò)束鏡(2)擴(kuò)束，再經(jīng)第一透鏡(3)準(zhǔn)直后，照射到空間光調(diào)制器(4)上。
9.權(quán)利要求1所述的氣溶膠顆粒采樣檢測(cè)裝置，其特征在于，所述采樣檢測(cè)裝置還包括第二透鏡(7)，所述從空間光調(diào)制器(4)輸出的激光經(jīng)該第二透鏡(7)會(huì)聚在檢測(cè)腔體(8)內(nèi)。
10.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的氣溶膠顆粒采樣檢測(cè)裝置，其特征在于，所述光能量陷阱場(chǎng)的尺寸在0.1 y m 4.5 y m之間，所述成像信息用于圖像識(shí)別束縛的氣溶膠顆粒中粒徑小于或等于2.5 ii m的顆粒。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種氣溶膠顆粒采樣檢測(cè)裝置，用于對(duì)一定量的氣溶膠中的氣溶膠顆粒進(jìn)行采樣和檢測(cè)。本實(shí)用新型的采樣檢測(cè)裝置包括激光器、空間光調(diào)制器和檢測(cè)腔體；激光器發(fā)射激光到空間光調(diào)制器(4)上；空間光調(diào)制器對(duì)激光進(jìn)行調(diào)制后輸出到所述檢測(cè)腔體中；檢測(cè)腔體(8)容納有氣溶膠，入射到該檢測(cè)腔體中的激光在其中形成一個(gè)空間光能量陷阱場(chǎng)；空間光能量陷阱場(chǎng)包括多個(gè)光瓶，所述光瓶是一種周圍為亮區(qū)、中心為暗區(qū)的空間瓶狀結(jié)構(gòu)，光瓶能夠選擇性的將尺寸與光瓶同一尺寸量級(jí)的氣溶膠顆粒束縛于其中。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、攜帶方便，檢測(cè)尺寸范圍廣，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同大小氣溶膠顆粒的實(shí)時(shí)測(cè)定。
文檔編號(hào)G01N15/14GK202928837SQ20122050077
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者張青川, 張志剛, 劉豐瑞, 劉爽, 程騰, 張勇, 伍小平 申請(qǐng)人:南京中迅微傳感技術(shù)有限公司