一种气体颗粒物检测方法及设备技术

本发明专利技术提出一种气体颗粒物检测方法及设备，将待测气体通入气室并使气流转向，不同空气动力学粒径的气体颗粒物因惯性不同而分层，用光源经狭缝照射分层气流，通过电子感光元件拍摄分层颗粒物，获取颗粒物位置图像；经处理器统计不同位置的颗粒物图像数量，并计算不同大气颗粒物浓度。该气体颗粒物检测方法将激光散射法与空气切割效应相结合，将气体颗粒物分层后拍摄颗粒无位置，从而通过位置反映颗粒物的空气动力学粒径，避免了颗粒物散射光强与颗粒物的大小相关性比较差的问题，检测精度高，相关性好。使用该方法的设备能够实时检测气体中不同粒径颗粒物浓度的大小，较采用震荡天平法和β射线法的检测设备造价低，实时性好，不需要更换滤膜等耗材，维护周期长，适合推广使用。

Gas particle detection method and apparatus

The invention provides a method and equipment for detecting the gas particles, the measured gas into a gas chamber and the gas flow steering, different aerodynamic gas particle size and stratified by inertia different light irradiation by slit stratification, shooting layered particles through electronic photosensitive element, particle image acquisition; the particle image processor statistics the number of different positions, and different concentration of atmospheric particulate matter. A method for detecting the gas particle laser scattering and air cutting effect of the combination of gas particles layered after filming particles without position, thus the position reflects the particle aerodynamic diameter, avoid the particle scattering intensity and particle size dependence than the problem of the poor, high detection precision, good correlation. Using the method of equipment can detect gas concentration of different diameter particles size, compared with the cost of testing equipment shock balance method and beta ray method is low, good real-time performance, do not need to replace the filter material, long service life, suitable for use.

【技术实现步骤摘要】
一种气体颗粒物检测方法及设备
本专利技术属于气体颗粒物检测领域，尤其涉及一种气体颗粒物检测方法及装置。
技术介绍
随着沙尘暴及雾霾天气的频繁出现，空气污染问题越来越受到人们的关注。空气质量的检测也尤为重要，对空气中的颗粒物进行监测、分析和研究是当前环境保护工作的重点。按照空气动力学直径大小，大气颗粒物可分为：(1)总悬浮颗粒物(简称TSP)：直径≤100微米；(2)可吸入颗粒物(简称PM10)：直径≤10微米；(3)细颗粒物(简称PM2.5)：直径≤2.5微米,空气颗粒物的监测范围主要包括以上三种。其中细颗粒物PM2.5能较长时间悬浮于空气中，它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。
技术实现思路
本专利技术针对现有的颗粒物实时检测装置存在的上述技术问题，提出一种结构简单、能够实时检测气体中不同粒径颗粒物浓度的大小，并且所测得的浓度值和颗粒物的质量浓度相关性好的气体颗粒物检测方法及装置。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种气体颗粒物检测方法，包括以下步骤，（1）将待测气体通入气室并使气流转向，不同空气动力学粒径的气体颗粒物因惯性不同而分层；（2）用光源经狭缝照射分层气流；（3）通过电子感光元件拍摄分层颗粒物，获取颗粒物位置图像；（4）经处理器统计不同位置的颗粒物图像数量，并计算不同大气颗粒物浓度。作为优选，步骤（1）中待测气体由竖直流动转为水平流动。作为优选，步骤（1）中待测气体由竖直流动转为水平流动。作为优选，步骤（1）中气流转向方法为气室包括竖直段和水平段，约束待测气体使其转向。本专利技术还提出一种气体颗粒物检测设备，包括气室、光源及电子感光元件，所述气室包括洁净气体入口和洁净气体出口，气室顶部设置有待测气体入口及光源狭缝，气室侧面设置有拍摄窗口，电子感光元件经拍摄窗口拍摄空气颗粒物图像。作为优选，所述气室为直线形，水平设置。作为优选，所述气室包括竖直部及水平部，所述竖直部分割为洁净气体通道及待测气体通道，待测气体通道位于直角内侧。作为优选，还包括处理器，用于统计单位时间内不同位置的颗粒物图像数量和该时间段内通过的待测气体体积，计算出不同大气颗粒物浓度。作为优选，所述电子感光元件为高速CCD相机。作为优选，所述洁净气体入口和混合气体出口均连接有流量计。本专利技术还提出一种气体颗粒物检测设备，包括气室、光源及电子感光元件，所述气室为直角形，包括竖直部及水平部，所述水平部设置有光源狭缝及拍摄窗口，光源经光源狭缝照射待测气体颗粒物，电子感光元件经拍摄窗口拍摄。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：该气体颗粒物检测方法将激光散射法与空气切割效应相结合，将气体颗粒物分层后拍摄颗粒无位置，从而通过位置反应颗粒物的空气动力学粒径，避免了颗粒物散射光强与颗粒物的大小相关性比较差的问题，检测精度高。该气体颗粒物检测设备能够实时检测气体中不同粒径颗粒物浓度的大小，较采用震荡天平法和β射线法的检测设备造价低，适合实际使用推广。附图说明图1为本专利技术实施例二检测设备的结构示意图；图2为本专利技术实施例二检测设备的爆炸图；图3为本专利技术实施例三检测设备的结构示意图；图4为本专利技术实施例四检测设备的结构示意图；以上各图中：1、气室；11、竖直部；12、水平部；13、光源狭缝；14、拍摄窗口；15、洁净气体入口；16、待测气体入口；17、混合气体出口；2、光源；3、相机；31、镜筒。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合附图和实施例做具体说明。实施例一：本实施例提出一种气体颗粒物检测方法，其检测原理基于空气切割效应，即当采样气体流动方向改变时，气流中的不同空气动力学粒径的颗粒物会受到空气切割效应而分离。粒径不同的颗粒物由于空气的切割效应，粒径大的颗粒物转弯半径大，粒径小的颗粒物转弯半径小，因此到达检测窗口时，不同粒径所处的高度不同。其中的粒径是指空气动力学粒径，符合空气颗粒物分类方法。具体步骤为：（1）将待测气体通入气室并使气流转向，不同空气动力学粒径的气体颗粒物因惯性不同而分层。使待测气体转向的方法有两种：一种是采样气体按照一个方向流动，通过流动方向与之不同的洁净气体改变采样气体流向。洁净气体是指经过过滤，不含或含有少量粒径很小的颗粒物的气体，不影响检测精度。当两股气流交汇时，由于洁净气体流流量大，待测气体运动方向受洁净空气影响发生改变。对于待测气体和洁净气体的流量和流速可根据实际情况调整，直至出现明显分层现象。例如待测气体由上向下流动，洁净气体由左向右流动，则洁净气体如水流带动砂砾流动一样，粒径小的颗粒物转向快，而迅速变为水平流动，粒径大的颗粒斜向下运动一段距离后才会变为水平运动。因此水平流动后，粒径小的颗粒物位于上方，粒径大的颗粒物位于下方，实现不同粒径的颗粒物分层现象。第二种转向方法为气室约束转向，即气室设置有转弯部，约束待测气体的流动方向，使待测气体在流动过程中改变方向。如将气室设置为直角结构，气流由竖直方向变为水平方向时，粒径较大的颗粒物由于惯性会甩向下方，粒径较小的颗粒物易于转变方向而位于上方。当然也可以将前两种转向方法结合同时使用，既将气室设置为直角转弯形，同时设置洁净气体流使待测气体转向（具体实现方式参见实施例三）。（2）用光源经狭缝照射分层气流；光源可以采用普通光源也可采用激光，照射位置选择分层良好的气流部位。（3）通过电子感光元件拍摄分层颗粒物，获取颗粒物位置图像。电子感光元件采用高速线阵黑白CCD相机3，拍摄速度不低于10000fps，拍摄方向平行于层向，即垂直于转向后的气流流向与转向前待测气体流向，能够完整的拍摄不同层流的颗粒物。（4）经处理器统计不同位置的颗粒物图像数量，并计算不同大气颗粒物浓度。处理器处理相机3拍摄到的图像，提取位置信息，并统计不同位置的颗粒物的数量。根据颗粒物的高度信息，可以推算出颗粒物的粒径大小，结合统计出的不同粒径的数量，即可计算出不同粒径颗粒物的总量。在测出待测气体流量的情况下，即可算出待测气体中不同颗粒物的浓度。还有一种获得颗粒物位置的方法，将摄像机和光源位置对调，光源采用分光装置使得不同位置照射的光波长不同，当摄像机捕获颗粒物的散射光时获取波长信息，即可得出颗粒物的位置信息。（5）将颗粒物浓度信息实时显示在显示器上。（6）通过无线传输设备将颗粒物浓度信息传输至其他终端。该方法将激光散射法与空气切割效应相结合，将气体颗粒物分层后拍摄颗粒无位置，从而通过位置反应颗粒物的空气动力学粒径，避免了颗粒物散射光强与颗粒物的大小相关性比较差的问题，检测精度高。能够实时检测气体中不同粒径颗粒物浓度的大小，较采用震荡天平法和β射线法的检测设备造价低，质量相关性好，实时性好，维护周期长，适合实际使用推广。实施例二：如图1、图2所示，一种气体颗粒物检测设备，包括气室1、光源、高速CCD相机3、处理器及显示装置。所述气室1为方直筒结构，形成气流通道，其左端为洁净气体入口15，右端为混合气体出口17。气室1顶部设置有待测气体入口16，待测气体入口16后部设置光源狭缝13，光源2经光源狭缝13照射气室1内部，该光源2可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体颗粒物检测方法，包括以下步骤，（1）将待测气体通入气室并使气流转向，不同空气动力学粒径的气体颗粒物因惯性不同而分层；（2）用光源经狭缝照射分层气流；（3）通过电子感光元件拍摄分层颗粒物，获取颗粒物位置图像；（4）经处理器统计不同位置的颗粒物图像数量，并计算不同大气颗粒物浓度。

【技术特征摘要】
1.一种气体颗粒物检测方法，包括以下步骤，（1）将待测气体通入气室并使气流转向，不同空气动力学粒径的气体颗粒物因惯性不同而分层；（2）用光源经狭缝照射分层气流；（3）通过电子感光元件拍摄分层颗粒物，获取颗粒物位置图像；（4）经处理器统计不同位置的颗粒物图像数量，并计算不同大气颗粒物浓度。2.根据权利要求1所述的气体颗粒物检测方法，其特征在于：步骤（1）中待测气体由竖直流动转为水平流动。3.根据权利要求2所述的气体颗粒物检测方法，其特征在于：步骤（1）中气流转向方法为由水平流动的洁净气体吹动待测气体使其转向。4.根据权利要求2所述的气体颗粒物检测方法，其特征在于：步骤（1）中气流转向方法为气室包括竖直段和水平段，约束待测气体使其转向。5.一种气体颗粒物检测设备，其特征在于：包括气室、光源及电子感光元件，所述气室包括待测气体入口、洁净气体入口和混合气体出口，气室顶部设置有光源狭缝，气室侧面设置有拍...

【专利技术属性】
技术研发人员：张忠民，董海龙，吴壮壮，
申请(专利权)人：青岛众瑞智能仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37