一种粒径及粒子浓度在线检测装置及在线检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种粒径及粒子浓度在线检测装置，包括检测腔室和固定罩壳，该检测腔室上设置有粒子准直加速喷头和出气接头，粒子准直加速喷头的气体形成粒子气流束；固定罩壳内安装有光源和进光透镜组件，光源产生的总光束通过进光透镜组件产生两束检测光束分别与气体流动路线相交于第一位置和第二位置，检测腔室上设置有出光透镜组件和两个光电探测器，且两个光电探测器的光强检测量程不同，经粒子散射的散射光通过出光透镜组件后被两个光电探测器接收。该在线检测装置具有更宽的粒径量程，检测的结果更加准确。另外本发明专利技术还公开了使用上述的在线检测装置，检测结果更加准确，并且扩大了粒径的检测范围，适合0.2μm‑50μm的粒径检测。

An On-line Detection Device for Particle Size and Particle Concentration and Its On-line Detection Method

【技术实现步骤摘要】
一种粒径及粒子浓度在线检测装置及在线检测方法
本专利技术涉及一种用于检测粒子粒径以及粒子浓度的在线检测装置，同时还涉及一种在线检测方法。
技术介绍
在大气中，污染物多是附着于气溶胶粒子的表面上的，气溶胶的粒径一般为0.001-100微米，人们发现，空气动力学直径在50微米以上范围的粒子由于重力原因无法进入人的呼吸道，10-50微米范围内的粒子只能进入鼻咽部，2.5-10微米范围内的粒子通常能进入支气管，2.5微米以下的粒子有80％能进入人体的肺泡中。气体中粒子的粒径及浓度在线检测应用广泛，如：环境空气粒子物(PM10/PM2.5)的监测；工业洁净室内空气洁净度的测试。光散射粒子计数器作为这个方面的传统在线检测仪器，具有快速、灵敏度高、体积小、维护要求低的优点，其缺点也比较明显：所给出的粒径分布结果的准确性依赖于粒径—信号强度曲线的标定，受到粒子成分变化的影响较大(即需要对于各种粒子标定，用户有时难以接受)，更麻烦的是，即使只测单一材质的粒子，在0.5—5μm粒径区间有时也会发生多值性，即同一个信号强度可能对应于多个粒径，而光散射粒子计数器的原理是入射光经过粉尘粒子散射后检测散射光的强度，而是粉尘粒子的形状各异，并不一定是球形，因此，入射光照射在粉尘粒子上的照射面就不一样，同一散射光的信号强度所对应的只能说是照射面相同，但是照射面相同的情况下，粉尘粒子的形状不同，粒子的实际粒径就不同，但是检测的结果却是相同，因此，传统的光散射检测某些粒径区间的结果并不太准确。而另外有一种基于单个粒子散射光信号分析的仪器(如TSI公司的3321型粒径谱仪)，通过测量粒子在气流中的流速来确定粒子的空气动力学直径，与一般的光散射粒子计数器相比，这种方法虽然需要标定粒子的空气动力学直径—粒子流速曲线，受粒子成分变化影响较小，且无多值性问题困扰。但是，上述两种分析仪器的测量粒径量程都受到限制，一般单个光电探测器响应的动态范围不会超过4000：1，若粒子粒径小于0.1μm，则其散射光信号容易被周围分子的散射光信号淹没，故光散射粒子计数器的最小可测粒径一般为0.1—0.2μm。粒子的空气动力学直径测量仪器的粒径测量下限主要由粒子与气流的跟随性决定，一般量程在0.5μm-20μm。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种粒径及粒子浓度在线检测装置，该在线检测装置具有更宽的粒径量程，并且检测的结果也更加的准确。本专利技术所要解决的另一个技术问题是：提供一种粒径及粒子浓度在线检测方法，该在线检测方法用于粉尘粒子的检测时检测结果更加准确，并且扩大了粒径的检测范围。为解决上述第一个技术问题，本专利技术的技术方案是：一种粒径及粒子浓度在线检测装置，包括检测腔室，该检测腔室上设置有与检测腔室内腔连通的粒子准直加速喷头和出气接头，该粒子准直加速喷头上设置有环形的零气通道和样气通道，该环形的零气通道包裹样气通道，零气通道流出的零气包裹样气通道流出的样气而形成粒子气流束；所述检测腔室上安装有固定罩壳，该固定罩壳内安装有光源和进光透镜组件，所述光源产生的总光束通过进光透镜组件产生两束进光检测光束，两束进光检测光束均与粒子气流束相交，定义两束进光检测光束为第一检测光束和第二检测光束，第一检测光束与气体流动路线相交的位置为第一位置，第二检测光束与气体流动路线相交的位置为第二位置，第一位置处于第二位置的上游且两者相距一段距离，所述检测腔室上设置有出光透镜组件和两个用于检测散射光信号的光电探测器，且两个光电探测器的光强检测量程不同，经粒子散射的散射光通过出光透镜组件后被两个光电探测器接收。作为一种优选的方案，所述进光透镜组件包括沿总光束行进方向顺次设置的分光器、矫正透镜和进光分光镜，所述固定罩壳上设置有与分光器匹配的参考光探测器，总光束经过分光器反射后的一部分光被参考光探测器接收。作为一种优选的方案，所述出光透镜组件为出光分光镜，所述两个光电探测器设置于出光分光镜的两个焦点上，第一检测光束和第二检测光束被粒子散射的光线经过出光分光镜后均被两个光电探测器接收。作为一种优选的方案，所述检测腔室内设置有非球面椭球反光镜，该非球面椭球反光镜具有一对共轭点，第一检测光束和第二检测光束与粒子气流束垂直，且第一位置和第二位置分别为其中一个共轭点的上游和下游并靠近该共轭点，另一共轭点置于所述出光分光镜的入射面上，粒子气流束中的粒子散射的散射光经非球面椭球反光镜反射后聚焦在出光分光镜的入射面上，再经出光分光镜分光后由两个光电探测器接收。作为一种优选的方案，所述检测腔室上位于进光分光镜的相对侧设置有光陷阱。作为一种优选的方案，所述光源为激光器或者LED光源。采用了上述技术方案后，本专利技术的效果是：由于该检测腔室上设置有与检测腔室内腔连通的粒子准直加速喷头和出气接头，该粒子准直加速喷头上设置有环形的零气通道和样气通道，该环形的零气通道包裹样气通道，零气通道流出的零气包裹样气通道流出的样气而形成粒子气流束，这样通过零气的保护使样气流动的路线为直线，并且避免了粉尘粒子的逸散，粉尘粒子经过加速后逐个通过第一位置和第二位置，然后光源产生的总光束经过进光透镜组件产生第一检测光束和第二检测光束分别照射第一位置和第二位置，粉尘粒子经过第一位置和第二位置就会形成散射光，该第一位置产生的散射光和第二位置产生的散射光均会被出光透镜组件分光后被两个光电探测器检测。而两个光电探测器的光强检测量程不同，因此，两个光电探测器不但可以检测光散射粒径的光信号强度来得到粒子的粒径，而且还能根据散射光信号的时间差来检测空气动力学粒径，无多值性的问题，这样两个结果可以相互验证，使结果更加准确，而当流经粒子气流束中的粒子流速接近气流流速且粒子的散射光信号强度高于粒子周围分子的散射光信号时，以灵敏度更高的数值较小的对应光电探测器检测的散射光信号强度来计算该粒子的光散射粒径，这样可以适应更小粒径的检测；而当粒子的尺寸过大导致数值较小的光电探测器检测到散射光信号强度饱和时，以灵敏度最低的光电探测器检测的散射光信号强度计算该粒子的粒径；这样就可以进一步增大了在线检测装置的粒径量程，可以适应0.2-50μm范围内的粒径检测要求。又由于所述进光透镜组件包括沿总光束行进方向顺次设置的分光器、矫正透镜和进光分光镜，所述固定罩壳上设置有与分光器匹配的参考光探测器，总光束经过分光器反射后的一部分光被参考光探测器接收，这样可以在校零操作时保证光源的功率为初始标定时的状态，避免光源功率损失时造成校零不准确影响检测结果的准确性。又由于所述检测腔室内设置有非球面椭球反光镜，该非球面椭球反光镜具有一对共轭点，第一检测光束和第二检测光束与粒子气流束垂直，且第一位置和第二位置分别为其中一个共轭点的上游和下游并靠近该共轭点，另一共轭点置于所述出光分光镜的入射面上，粒子气流束中的粒子散射的散射光经非球面椭球反光镜反射后聚焦在出光分光镜的入射面上，再经出光分光镜分光后由两个光电探测器接收，这样粒子的散射光散射后通过非球面椭球反光镜反射后会进入到出光分光镜的入射面上，最终再次分光而被两个光电探测器检测，实现了光信号的增强，更加方便光电检测器的检测。又由于所述检测腔室上位于进光分光镜的相对侧设置有光陷阱，光陷阱可以吸收多余的光线，减少干扰。为解决上述第二个技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粒径及粒子浓度在线检测装置，其特征在于：包括检测腔室，该检测腔室上设置有与检测腔室内腔连通的粒子准直加速喷头和出气接头，该粒子准直加速喷头上设置有环形的零气通道和样气通道，该环形的零气通道包裹样气通道，零气通道流出的零气包裹样气通道流出的样气而形成粒子气流束；所述检测腔室上安装有固定罩壳，该固定罩壳内安装有光源和进光透镜组件，所述光源产生的总光束通过进光透镜组件产生两束进光检测光束，两束进光检测光束均与粒子气流束相交，定义两束进光检测光束为第一检测光束和第二检测光束，第一检测光束与气体流动路线相交的位置为第一位置，第二检测光束与气体流动路线相交的位置为第二位置，第一位置处于第二位置的上游且两者相距一段距离，所述检测腔室上设置有出光透镜组件和两个用于检测散射光信号的光电探测器，且两个光电探测器的光强检测量程不同，经粒子散射的散射光通过出光透镜组件后被两个光电探测器接收。

【技术特征摘要】
1.一种粒径及粒子浓度在线检测装置，其特征在于：包括检测腔室，该检测腔室上设置有与检测腔室内腔连通的粒子准直加速喷头和出气接头，该粒子准直加速喷头上设置有环形的零气通道和样气通道，该环形的零气通道包裹样气通道，零气通道流出的零气包裹样气通道流出的样气而形成粒子气流束；所述检测腔室上安装有固定罩壳，该固定罩壳内安装有光源和进光透镜组件，所述光源产生的总光束通过进光透镜组件产生两束进光检测光束，两束进光检测光束均与粒子气流束相交，定义两束进光检测光束为第一检测光束和第二检测光束，第一检测光束与气体流动路线相交的位置为第一位置，第二检测光束与气体流动路线相交的位置为第二位置，第一位置处于第二位置的上游且两者相距一段距离，所述检测腔室上设置有出光透镜组件和两个用于检测散射光信号的光电探测器，且两个光电探测器的光强检测量程不同，经粒子散射的散射光通过出光透镜组件后被两个光电探测器接收。2.如权利要求1所述的一种粒径及粒子浓度在线检测装置，其特征在于：所述进光透镜组件包括沿总光束行进方向顺次设置的分光器、矫正透镜和进光分光镜，所述固定罩壳上设置有与分光器匹配的参考光探测器，总光束经过分光器反射后的一部分光被参考光探测器接收。3.如权利要求2所述的一种粒径及粒子浓度在线检测装置，其特征在于：所述出光透镜组件为出光分光镜，所述两个光电探测器设置于出光分光镜的两个焦点上，第一检测光束和第二检测光束被粒子散射的光线经过出光分光镜后均被两个光电探测器接收。4.如权利要求3所述的一种粒径及粒子浓度在线检测装置，其特征在于：所述检测腔室内设置有非球面椭球反光镜，该非球面椭球反光镜具有一对共轭点，第一检测光束和第二检测光束与粒子气流束垂直，且第一位置和第二位置分别为其中一个共轭点的上游和下游并靠近该共轭点，另一共轭点置于所述出光分光镜的入射面上，粒子气流束中的粒子散射的散射光经非球面椭球反光镜反射后聚焦在出光分光镜的入射面上，再经出光分光镜分光后由两个光电探测器接收。5.如权利要求4所述的一种粒径及粒子浓度在线检测装置，其特征在于：所述检测腔室上位于进光分光镜的相对侧设置有光陷阱。6.如权利要求5所述的一种粒径及粒子浓度在线检测装置，其特征在于：所述光源为激光器或者LED光源。7.一种粒径及粒子浓度在线检测方法，其特征在于：该在线检测方法使用了权利要求1中的在线检测装置，采样的样气和洁净的零气分别通过样气通道和零气通道后形成粒子气流束流入检测腔室内，洁净...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈嘉祺，丁臻敏，施伟雄，刘军，施惠民，施怡雯，
申请(专利权)人：张家港谱析传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32