固定污染源颗粒物的质量浓度和粒度谱的测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光散射技术的电厂固定源排放物的质量浓度和粒度谱的在线监测装置及方法，各不同波长的激光束同时通过各自对应的入射孔平行进入测量区域，与待测气体相互作用，主要是散射和吸收作用，不同激光产生的散射光通过反射镜进入到各自对应的石英棒的一端，散射光通过石英棒进入光电探测器中，并被转换成电信号，该电信号通过信号调理电路后输入到微处理器，微处理器通过串口接口将数据送入终端，由终端计算质量浓度和粒度谱，最后将结果进行显示。采用本发明专利技术，可以在获取颗粒物质量浓度的同时获取其粒度谱信息。此外，本发明专利技术利用校准单元用于校准测量系统，提高装置的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
固定污染源颗粒物的质量浓度和粒度谱的测量装置及方法
本专利技术属于固定污染源排放物在线监测领域，更具体地，涉及一种基于三波长散射信号的电厂固定污染源排放物中颗粒物的质量浓度和粒度谱的测量装置及方法。
技术介绍
研究表明，燃煤电厂经除尘后排放的烟气以PM10和PM2.5为主。根据美国环保署(UnitedStatesEnvironmentalProtectionAgency)的最新标准，固定污染源中的PM2.5是对大气质量危害最严重的污染物，它们是大气雾霾的核心成因。同时，粒径小于2.5um以下的颗粒物，可被吸入人体，被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管和心血管等方面的疾病。作为主要的大气颗粒物来源，固定污染源检测排放颗粒物中的PM10及PM2.5将成为我国环境保护监控的趋势，测试颗粒物的粒度谱还是很有意义的。目前电厂排放物中颗粒物检测的主要方法有：光散射法、β射线技术、微量振荡天平法和重量法。其中微量振荡天平法是目前的标准测量方法，但是由于此方法需要较长的测量周期，且需要频繁地清理维护，因此不适用于长期的在线实时测量，一般用于校准。重量法具有测量精度高的特点，但由于其操作过于麻烦，所以成为我国颗粒物手工分析的主要分析方法。β射线技术具有操作简便、耗材少和不受粒子大小及颜色的影响等特点，但是其成本相对较高和测量时间较长。光散射法以其测量范围大、测量速度快和非接触性不破坏被测颗粒物结构和特性等优点，已经成为国际在线监测颗粒物浓度的主要方式。调查发现，测量固定污染源排放物的烟颗粒粒度谱的产品在国内外均为空白。因此，如何实现固定污染源排放的烟颗粒粒度谱的测量是目前亟需解决的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种固定污染源颗粒物的质量浓度和粒度谱的测量装置，由此解决如何测量固定污染源排放的烟颗粒粒度谱的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种固定污染源颗粒物的质量浓度和粒度谱的测量装置，包括：光路单元、电路控制单元和处理单元；所述光路单元包括光阑、反射镜和石英棒；所述光阑用于控制各入射激光束的宽度和消除杂散光，以使经所述光阑处理后的各入射激光束进入测试区域与待测颗粒物发生散射作用，其中，所述入射激光束包括若干个波长互不相同的激光束；所述反射镜用于将各激光束与所述待测颗粒物发生散射作用后得到的各散射光反射到各散射光分别对应的石英棒，由各石英棒将散射光向所述电路控制单元传送；所述电路控制单元用于将从各石英棒接收到的各散射光信号转换成电信号，并对各电信号进行放大得到各目标电信号；所述处理单元，用于按照选取的目标电信号对应的散射光功率与质量浓度的关系得到所述待测颗粒物的质量浓度，按照各目标电信号对应的散射光功率与中值粒径和标准差的关系确定中值粒径和标准差，以得到所述待测颗粒物的粒度谱信息。其中，光阑的位置在测试区域之前，反射镜位于测试区域的后方，反射镜中间设置镂空，无用的激光束通过中间的孔进入滤光片和光阱。滤光片和光阱位于反射镜后方，以吸收激光束，避免激光束反射回去对原测量造成干扰。优选地，所述装置还包括气路单元，所述气路单元由泵、气管和空气过滤器组成，其通过向所述装置内部通入洁净空气，以防止所述待测颗粒物粘着在所述反射镜和所述石英棒的表面。优选地，所述光路单元还包括滤光片和光阱；所述滤光片和所述光阱用于消除无用的激光束，避免激光束返回所述测试区域对测量造成干扰。优选地，所述测量装置还包括：校准单元；所述校准单元，用于在检测到所述待测颗粒物的粒度谱统计量发生变化时，启动所述校准单元进行测量，获得所述待测颗粒物的粒度谱，以对实时监测结果进行校准。按照本专利技术的另一方面，提供了一种固定污染源颗粒物的质量浓度和粒度谱的测量方法，包括：波长互不相同的各激光束平行进入各激光束对应的光阑，接着进入测试区域与待测颗粒物发生散射作用；各激光束产生的散射光经过反射镜的反射作用进入各散射光对应的石英棒，通过石英棒进入电路控制单元，由所述电路控制单元将从各石英棒接收到的各散射光信号转换成电信号，并对各电信号进行放大得到各目标电信号；按照选取的目标电信号对应的散射光功率与质量浓度的关系得到所述待测颗粒物的质量浓度，按照各目标电信号对应的散射光功率与中值粒径和标准差的关系确定中值粒径和标准差，以得到所述待测颗粒物的粒度谱信息。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术通过若干个波长互不相同的激光束与待测颗粒物的散射作用，获取颗粒物粒度谱统计信息量，增加了电厂固定污染源排放物中颗粒物粒度谱的测量。2、本专利技术在检测到颗粒物粒度谱统计量发生变化时，启动校准单元进行测量，获得颗粒物的粒度谱，对实时监测结果进行校准，提高了测量结果的准确度。附图说明图1是本专利技术实施例公开的一种测量电厂固定污染源排放物中颗粒物的质量浓度和粒度谱的测量装置结构的正面示意图；图2是本专利技术实施例公开的一种测量电厂固定污染源排放物中颗粒物的质量浓度和粒度谱的测量装置结构的剖面示意图；图3是本专利技术实施例公开的一种测量电厂固定污染源排放物中颗粒物的质量浓度和粒度谱的测量装置的气路图；图4是本专利技术实施例公开的一种测量电厂固定污染源排放物中颗粒物的质量浓度和粒度谱的测量方法的流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提出一种使用衍射与散射结合的颗粒物粒谱光学测量与微量振荡天平校正结合的方法，使用本专利技术可以测量固定污染源排放的烟颗粒粒度谱和质量浓度，通过粒度谱又可以得到PM10，PM2.5和PM1等信息，又可以通过不定期校准单元的校正保证光学测量的高精度，还减少了维护微量振荡天平系统的工作量。如图1所示为本专利技术实施例公开的一种固定污染源颗粒物的质量浓度和粒度谱的测量装置的结构示意图，包括：光路单元、电路控制单元和处理单元；光路单元包括光阑、反射镜和石英棒；其中，光阑用于控制各入射激光束的宽度和消除杂散光，以使经光阑处理后的各入射激光束进入测试区域与待测颗粒物发生散射作用，其中，入射激光束包括若干个波长互不相同的激光束；反射镜用于将各激光束与待测颗粒物发生散射作用后得到的各散射光反射到各散射光分别对应的石英棒，由各石英棒将散射光向电路控制单元传送；电路控制单元用于将从各石英棒接收到的各散射光信号转换成电信号，并对各电信号进行放大得到各目标电信号；处理单元，用于按照选取的目标电信号对应的散射光功率与质量浓度的关系得到待测颗粒物的质量浓度，按照各目标电信号对应的散射光功率与中值粒径和标准差的关系确定中值粒径和标准差，以得到待测颗粒物的粒度谱信息。在一个可选的实施方式中，该装置还包括气路单元，气路单元由泵、气管和空气过滤器组成，其通过向装置内部通入洁净空气，以防止待测颗粒物粘着在反射镜和石英棒的表面。在一个可选的实施方式中，光路单元还包括滤光片和光阱；滤光片和光阱用于消除无用的激光束，避免激光束返回测试区域对测量造成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固定污染源颗粒物的质量浓度和粒度谱的测量装置，其特征在于，包括：光路单元、电路控制单元和处理单元；所述光路单元包括光阑、反射镜和石英棒；所述光阑用于控制各入射激光束的宽度和消除杂散光，以使经所述光阑处理后的各入射激光束进入测试区域与待测颗粒物发生散射作用，其中，所述入射激光束包括若干个波长互不相同的激光束；所述反射镜用于将各激光束与所述待测颗粒物发生散射作用后得到的各散射光反射到各散射光分别对应的石英棒，由各石英棒将散射光向所述电路控制单元传送；所述电路控制单元用于将从各石英棒接收到的各散射光信号转换成电信号，并对各电信号进行放大得到各目标电信号；所述处理单元，用于按照选取的目标电信号对应的散射光功率与质量浓度的关系得到所述待测颗粒物的质量浓度，按照各目标电信号对应的散射光功率与中值粒径和标准差的关系确定中值粒径和标准差，以得到所述待测颗粒物的粒度谱信息。

【技术特征摘要】
1.一种固定污染源颗粒物的质量浓度和粒度谱的测量装置，其特征在于，包括：光路单元、电路控制单元和处理单元；所述光路单元包括光阑、反射镜和石英棒；所述光阑用于控制各入射激光束的宽度和消除杂散光，以使经所述光阑处理后的各入射激光束进入测试区域与待测颗粒物发生散射作用，其中，所述入射激光束包括若干个波长互不相同的激光束；所述反射镜用于将各激光束与所述待测颗粒物发生散射作用后得到的各散射光反射到各散射光分别对应的石英棒，由各石英棒将散射光向所述电路控制单元传送；所述电路控制单元用于将从各石英棒接收到的各散射光信号转换成电信号，并对各电信号进行放大得到各目标电信号；所述处理单元，用于按照选取的目标电信号对应的散射光功率与质量浓度的关系得到所述待测颗粒物的质量浓度，按照各目标电信号对应的散射光功率与中值粒径和标准差的关系确定中值粒径和标准差，以得到所述待测颗粒物的粒度谱信息。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括气路单元，所述气路单元由泵、气管和空气过滤器组成，其通过向所述装置内部通入洁净空气，以防止所述待测颗粒物粘着在所述反射镜和所述石英棒的表面。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明，王殊，肖骁，陈昂，鲁绍安，袁晓东，陈鼎，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42