一種基于光散射的單分散氣溶膠粒徑及濃度測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測(cè)試測(cè)量裝置，尤其是涉及一種用于PM2. 5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀校準(zhǔn)的氣溶膠 粒徑和濃度測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣溶膠灰霾給人們生活和社會(huì)發(fā)展帶來(lái)諸多不利影響，其中增加最顯著、對(duì)人體 影響最大的就是直徑小于l〇um的可吸入顆粒物，也就是通常稱作PM2. 5和PM10。因此對(duì) 細(xì)顆粒物的監(jiān)測(cè)也越來(lái)越重視。目前國(guó)內(nèi)外用到的空氣顆粒物自動(dòng)監(jiān)測(cè)主要基于β射線 法和微量振蕩天平法。由于測(cè)量原理不同，兩種監(jiān)測(cè)儀器得到的數(shù)據(jù)存在一定的差距。由 于我國(guó)針對(duì)ΡΜ2. 5自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器未出臺(tái)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的量值溯源體系處于空白，無(wú)法保 證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，影響ΡΜ2. 5數(shù)據(jù)的公正性，因此急需建立ΡΜ2. 5監(jiān)測(cè)儀器的量值溯源體 系。目前國(guó)內(nèi)外都傾向于利用標(biāo)準(zhǔn)粒子的方法開(kāi)展ΡΜ2. 5監(jiān)測(cè)儀器的校準(zhǔn)，但是由于細(xì)小 顆粒在空氣中的物理、化學(xué)性狀隨時(shí)間極易發(fā)生變化，導(dǎo)致顆粒制作和顆粒應(yīng)用之間產(chǎn)生 了較大的偏差，無(wú)法保證被校準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器測(cè)量結(jié)果的一致性。因此，標(biāo)準(zhǔn)粒子發(fā)生器 需要配備無(wú)損監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)發(fā)生粒子的粒徑和濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，才能保證校準(zhǔn)的一致性 和準(zhǔn)確性。
[0003] 目前現(xiàn)有的儀器中只有粒徑譜儀可以同時(shí)測(cè)量顆粒的粒徑和濃度，粒徑譜儀分為 兩種原理，第一種是粒子計(jì)數(shù)法，如專利申請(qǐng)公布號(hào)CN103575638A申請(qǐng)公布日2014年2月 12日，名稱為"一種光散射式粒子計(jì)數(shù)器及其粒徑分布算法"，的發(fā)明專利申請(qǐng)文件，提供了 一種粒子計(jì)數(shù)器及其粒徑分布算法。但這種方法無(wú)法滿足高濃度粒子濃度的監(jiān)測(cè)。第二種 是粒子計(jì)數(shù)法結(jié)合稱重法，這種方法可以實(shí)現(xiàn)大范圍粒徑和大范圍質(zhì)量濃度測(cè)量，由于稱 重法測(cè)量時(shí)間和操作流程限制，測(cè)量實(shí)時(shí)性較差，也無(wú)法滿足氣溶膠發(fā)生狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。中國(guó) 專利申請(qǐng)公布號(hào)CN103728229A，申請(qǐng)公布日2014年4月16日，名稱為"測(cè)量大氣顆粒物的 平均粒徑和濃度的測(cè)量裝置及測(cè)量方法"的發(fā)明專利申請(qǐng)文件，提供了一種基于多波長(zhǎng)消 光法探測(cè)顆粒物的平均粒徑和濃度的測(cè)量裝置及測(cè)量方法，該技術(shù)方案探測(cè)的粒徑為平均 粒徑，而非粒徑分布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)存現(xiàn)有儀器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生的高濃度單分散氣溶膠 粒徑與濃度無(wú)法同時(shí)快速檢測(cè)的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于光散射原理的光度法與粒 子計(jì)數(shù)法相結(jié)合的測(cè)量裝置，在同一裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)單分散氣溶膠大范圍粒徑及大范圍濃度 的快速測(cè)量。該監(jiān)測(cè)裝置與氣溶膠發(fā)生器配合使用，組成標(biāo)準(zhǔn)粒子發(fā)生及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可用于 顆粒物監(jiān)測(cè)儀器的校準(zhǔn)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于光散射的單分散氣溶膠粒徑及濃度測(cè)量裝置，它 包括激光器和散射腔，散射腔為長(zhǎng)方體密閉腔體結(jié)構(gòu)，散射腔左、右壁設(shè)有增透鏡和光陷 阱，激光器發(fā)出的光束依次經(jīng)過(guò)設(shè)置的光學(xué)衰減器、擴(kuò)束鏡、第一光闌，從增透鏡進(jìn)入散射 腔，穿過(guò)散射腔后進(jìn)入光陷阱，散射腔上、下壁設(shè)有管狀的進(jìn)氣管和出氣管，在散射腔內(nèi)進(jìn) 氣管和出氣管的連線與光束交叉區(qū)域形成光敏區(qū)，靠近散射腔前、后壁散射腔內(nèi)設(shè)有光電 倍增管和球面鏡，球面鏡的焦點(diǎn)與光敏區(qū)中心重合，光電倍增管與設(shè)置在散射腔外的數(shù)據(jù) 采集卡、電腦依次電連接。利用光散射原理，通過(guò)脈沖探測(cè)的粒子計(jì)數(shù)法，實(shí)現(xiàn)低濃度氣溶 膠粒徑和濃度探測(cè)，利用光度法，實(shí)現(xiàn)高濃度氣溶膠濃度探測(cè)，在沒(méi)有采用濾膜、破壞氣溶 膠顆粒狀態(tài)的前提下，得到單分散氣溶膠粒徑和濃度的快速探測(cè)，具有較大的粒徑和濃度 測(cè)量范圍。測(cè)量裝置簡(jiǎn)單合理，成本低，測(cè)量量程大、測(cè)量效率高。為氣溶膠粒徑和濃度探 測(cè)相關(guān)儀器的校準(zhǔn)和溯源提供了技術(shù)手段。
[0006] 作為優(yōu)選，激光器發(fā)出的光束為直徑為1_準(zhǔn)直光束。
[0007] 作為優(yōu)選，第一光闌為孔徑光闌，光闌的孔徑為2. 5 - 3. 5mm;截取光束光斑中心 區(qū)域。
[0008] 作為優(yōu)選，第一光闌與增透鏡之間設(shè)有柱面鏡，柱面鏡的焦點(diǎn)與光敏區(qū)的中心重 合；將圓形光束光斑轉(zhuǎn)換成一字型光斑，使氣溶膠顆粒通過(guò)時(shí)，脈沖更窄，響應(yīng)更快，能夠適 用于測(cè)量較高濃度粒子的粒徑分布。
[0009] 作為優(yōu)選，散射腔內(nèi)設(shè)有一對(duì)第二光闌，第二光闌在增透鏡和光陷阱的光路上以 光敏區(qū)為中心對(duì)稱布置；減小雜散光。
[0010] 作為優(yōu)選，進(jìn)氣管外套接有管狀的鞘氣；鞘氣將氣溶膠包裹在中心，防止氣溶膠擴(kuò) 散產(chǎn)生雜散光。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：利用光散射原理，通過(guò)脈沖探測(cè)的粒子計(jì) 數(shù)法，實(shí)現(xiàn)低濃度氣溶膠粒徑和濃度探測(cè)；通過(guò)直流電平探測(cè)的光度法，實(shí)現(xiàn)高濃度氣溶膠 濃度的探測(cè)。兩種方法的結(jié)合，在沒(méi)有采用濾膜、破壞氣溶膠顆粒狀態(tài)的前提下，得到單分 散氣溶膠粒徑和濃度的快速探測(cè)?；诠馑p器的激光功率切換使得裝置在低功率下運(yùn)行 時(shí)依然保持較高的測(cè)量精度，具有較大的粒徑和濃度測(cè)量范圍。這種將光度法與粒子計(jì)數(shù) 法有機(jī)結(jié)合的技術(shù)，利用同一裝置實(shí)現(xiàn)氣溶膠粒徑和濃度的快速檢測(cè)，測(cè)量裝置簡(jiǎn)單合理， 成本低，測(cè)量量程大、測(cè)量效率高。為氣溶膠粒徑和濃度探測(cè)相關(guān)儀器的校準(zhǔn)和溯源提供了 技術(shù)手段。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 附圖1為本發(fā)明正面連接示意圖； 附圖2為圖1中A-A剖視連接示意圖。
[0013] 圖中：1_激光器；2-光學(xué)衰減器；3-擴(kuò)束鏡；4-第一光闌；5-柱面鏡；6-散射腔； 7_數(shù)據(jù)采集卡；8-電腦；61-增透鏡；62-第二光闌；63-光敏區(qū)；64-出氣管；65-球面鏡； 66-光陷阱；67-光電倍增管；68-進(jìn)氣管；69-鞘氣進(jìn)氣管。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
[0015] 實(shí)施例1 : 如圖1和2所示，一種基于光散射的單分散氣溶膠粒徑及濃度測(cè)量裝置，它包括激光 器1、光學(xué)衰減器2、擴(kuò)束鏡2、第一光闌4、柱面鏡5、散射腔6、數(shù)據(jù)采集卡7和電腦8。圖 中，細(xì)實(shí)線表示光路箭頭表示光傳播方向；雙點(diǎn)劃線表示氣路，箭頭表示氣流方向；虛線表 示電連接線。激光器1采用632nm的ΗΘ-Ν2激光器，功率約20mW，發(fā)出的光束直徑為1mm準(zhǔn) 直光束。第一光闌4為孔徑光闌，光闌的孔徑為3mm。柱面鏡5的焦點(diǎn)位于光敏區(qū)的中心， 第一光闌4射出的光束通過(guò)柱面鏡5光束變?yōu)?一"字形光斑，焦點(diǎn)處，光斑長(zhǎng)約3mm，寬約 0. 8_。散射腔6為長(zhǎng)方體密閉腔體結(jié)構(gòu)。圖1中，圖左、右方，為散射腔6的左側(cè)、右側(cè)；圖 上、下方，為散射腔6的上方