一种便携式生物气溶胶监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种便携式生物气溶胶监测装置，进气喷嘴采用鞘流结构，通过鞘气流将样气流压缩，产生稳定的细气流，且鞘气流冲散样气流中的颗粒物，大大减小了样气流中的颗粒物的重叠率，使得样气流中各生物荧光颗粒和非生物荧光颗粒以相互分离的形式被紫外激光辐照，大大提高了检测精度；因此，通过合理的结构设计和器件选择，本实用新型专利技术能够将气溶胶检测装置整体结构小型化，便于携行使用。便于携行使用。便于携行使用。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式生物气溶胶监测装置


[0001]本技术属于空气生物气溶胶检测领域，尤其涉及一种便携式生物气溶胶监测装置。

技术介绍

[0002]释放生物气溶胶是生物恐怖袭击的主要方式。如何实现对生物气溶胶的分辨与实时监测在生物恐怖防范领域具有重大意义，是近年来各个国家研究的热点之一。
[0003]对于空气中微生物的检测，传统的分析方法为生物培养法，即采集空气中的气溶胶样品到培养基中进行数小时到数天的培养形成菌落单位，从而得到气溶胶中可靠的生物信息，这种方法虽然能够得到生物种类信息，但耗时很长，且难以判断其在空气中的浓度，更不能实现实时监测。之后出现了基于生物本体荧光特征的激光诱导荧光技术，通过激光诱导生物性物质产生特定的荧光光谱，从而完成对生物气溶胶的检测和识别。
[0004]生物气溶胶之所以能够产生荧光，是因为其中含有生物活性荧光物质，如花粉、细菌等含有能够产生荧光的活性物质。荧光效应是分子和原子外层电子的受激跃迁而辐射光子，与分子能级分布和空间结构有直接关系。一般认为，生物粒子的荧光光谱是由其内部的荧光分子的荧光光谱相互叠加而形成的。因此其荧光主要的特征峰被认为源自内部代表性的荧光分子。典型的生物荧光分子包括各种氨基酸、维生素、辅酶等，这些荧光分子广泛存在于各种细菌、真菌等大气气溶胶中。其中280nm的激光对色氨酸荧光激发效应高，365nm的激光对NADH烟酰胺腺嘌呤二核苷酸荧光激发效应高。所以通常通过这两种激光来激发荧光检测生物粒子。
[0005]目前已有一些基于紫外诱导荧光的气溶胶检测装置的设计，但基本用405nm 的激光二极管作为激发光，激发效率低，且对于便携式的气溶胶检测装置研究较少。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本技术提供一种便携式生物气溶胶监测装置，可实现实时监测空气中气溶胶颗粒浓度和生物气溶胶浓度，并进行多档粒径区分计数。
[0007]一种便携式生物气溶胶监测装置，包括气泵模块、密封外壳25，固定在密封外壳25的电源模块与信号处理模块，封装在密封外壳25内部的光源模块、粒子测量模块以及荧光粒子测量模块；其中，所述气泵模块包括微型隔膜气泵 30与进气喷嘴5；所述电源模块用于为其余模块供电；
[0008]所述微型隔膜气泵进气口28采用特氟龙气路管35连接密封外壳25下方的出气口27，用于产生负压，使样气流通过外部的样气路4进入检测区34；微型隔膜气泵出气口29通过特氟龙气路管分为两路32，一路通过过滤器33后连接进气喷嘴5的鞘流进气口3，用于产生洁净的鞘气流来压缩外部的样气路4输送过来的样气流，另一路作为排气口31，用于排出检测后的样气流；
[0009]所述进气喷嘴5外部呈漏斗状，并安装于密封外壳25的上方气口；进气喷嘴5内部
为鞘流结构，且正中间安装有样气路4，样气路4四周由鞘流进气口3 喷出的鞘气流包裹，鞘气流与样气路4输出的样气流在进气喷嘴5的出口汇合，使得样气流被压缩，形成稳定的细气流，且细气流中的颗粒物单个通过检测区 34；
[0010]所述光源模块用于产生辐照所述细气流的紫外激光，以激发所述细气流中属于生物气溶胶的颗粒物产生荧光，并使得细气流中所有颗粒物对紫外激光进行散射，形成散射紫外光；
[0011]所述粒子测量模块用于将密封外壳25内部的混合光信号分为相互垂直的散射紫外光和散射荧光，再将散射紫外光转换为第一电压信号；
[0012]所述荧光粒子测量模块用于接收所述散射荧光，并将散射荧光转换为第二电压信号；
[0013]所述信号处理模块用于分别将第一电压信号和第二电压信号与设定阈值作对比，对应得到样气流中所有颗粒物的粒径分布以及属于生物气溶胶的颗粒物的粒径分布。
[0014]进一步地，所述光源模块包括紫外激光二极管10、光源驱动电路板11、第一聚焦镜9、柱面镜8、第一光阑7以及塑料外壳12；
[0015]所述紫外激光二极管10焊接固于光源驱动电路板11上，用于产生激发细气流中属于生物气溶胶的颗粒物产生荧光的紫外激光；第一聚焦镜9位于紫外激光二极管10前并与紫外激光同轴，用于将紫外激光二极管10发出的紫外激光准直；柱面镜8位于第一聚焦镜9前并与紫外激光同轴，用于将准直后的紫外激光变为线形光斑，使辐照到细气流上的光斑横截面分布均匀；第一光阑7 位于柱面镜8后，与柱面镜8同轴，用于滤掉杂散光；
[0016]其中，紫外激光二极管10、光源驱动电路板11、第一聚焦镜9、柱面镜8 以及第一光阑7封装于塑料外壳12中；采用密封项圈将塑料外壳12封装固定在密封外壳25的前表面激光入口6处，且紫外激光的光轴位于所述细气流的中心并与所述细气流垂直。
[0017]进一步地，所述粒子测量模块包括光阱1、聚焦反射镜2、45
°
二向分色镜 24、第二聚焦镜17、第二光阑14以及光电二极管15；
[0018]所述光阱1固定于密封外壳25的后侧内表面，与紫外激光同轴，用于吸收剩余的紫外激光；聚焦反射镜2用密封项圈固定封装于密封外壳25的左侧内表面，且镜轴与所述细气流、紫外激光相互相交垂直，用于将90
°
侧向散射紫外光和散射荧光汇聚到45
°
二向分色镜24；45
°
二向分色镜24固定于密封外壳 25内，并位于聚焦反射镜2焦点处，与聚焦反射镜2的光轴面呈45
°
放置，用于将散射紫外光和散射荧光分为相互垂直的两束光；第二聚焦镜17固定于密封外壳25的粒子测量口16内，并与45
°
二向分色镜24分束的散射紫外光同轴，同时，第二聚焦镜17的光轴与光源模块发出的紫外激光平行，用于将散射紫外光汇聚到光电二极管15上；第二光阑14位于第二聚焦镜17和光电二极管15 之间，用于滤掉杂散光；采用密封项圈将光电二极管15固定于密封外壳25的粒子测量口16处，且光电二极管15位于第二聚焦镜17的焦点，用于将散射紫外光转换为第一电压信号。
[0019]进一步地，所述荧光粒子测量模块包括第三聚焦镜22、滤光片21、第三光阑20以及微型光电倍增管18；
[0020]所述第三聚焦镜22固定于密封外壳25的荧光粒子测量口23内，并与所述 45
°
二向分色镜24分束的散射荧光同轴，同时，第三聚焦镜22的光轴与光源模块发出的紫外激光垂直，用于将散射荧光汇聚到微型光电倍增管19的光敏区上；滤光片21固定于密封外壳25的
荧光粒子测量口23内，并位于第三聚焦镜 22和微型光电倍增管19之间，且与第三聚焦镜22同轴，用于滤掉紫外杂散光；第三光阑20位于滤光片21和微型光电倍增管19之间，用于滤掉杂散光；采用密封项圈将微型光电倍增管18固定于密封外壳25的荧光粒子测量口23处，并位于第三聚焦镜22的焦点，用于将散射荧光转换为第二电压信号。
[0021]进一步地，所述信号处理模块包括信号处理电路板13与信号传输线36；
[0022]所述信号处理电路板13固定于密封外壳25的前表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种便携式生物气溶胶监测装置，其特征在于，包括气泵模块、密封外壳(25)，固定在密封外壳(25)的电源模块与信号处理模块，封装在密封外壳(25)内部的光源模块、粒子测量模块以及荧光粒子测量模块；其中，所述气泵模块包括微型隔膜气泵(30)与进气喷嘴(5)；所述电源模块用于为其余模块供电；微型隔膜气泵进气口(28)采用特氟龙气路管(35)连接密封外壳(25)下方的出气口(27)，用于产生负压，使样气流通过外部的样气路(4)进入检测区(34)；微型隔膜气泵出气口(29)通过特氟龙气路管形成一个管路分叉口(32)，一路通过过滤器(33)后连接进气喷嘴(5)的鞘流进气口(3)，用于产生洁净的鞘气流来压缩样气路(4)输送过来的样气流，另一路作为排气口(31)，用于排出检测后的样气流；所述进气喷嘴(5)外部呈漏斗状，并安装于密封外壳(25)的上方气口；进气喷嘴(5)内部为鞘流结构，且正中间安装有样气路(4)，样气路(4)四周由鞘流进气口(3)喷出的鞘气流包裹，鞘气流与样气路(4)输出的样气流在进气喷嘴(5)的出口汇合，使得样气流被压缩，形成稳定的细气流，且细气流中的颗粒物单个通过检测区(34)；所述光源模块用于产生辐照所述细气流的紫外激光，以激发所述细气流中属于生物气溶胶的颗粒物产生荧光，并使得细气流中所有颗粒物对紫外激光进行散射，形成散射紫外光；所述粒子测量模块用于将密封外壳(25)内部的混合光信号分为相互垂直的散射紫外光和散射荧光，再将散射紫外光转换为第一电压信号；所述荧光粒子测量模块用于接收所述散射荧光，并将散射荧光转换为第二电压信号；所述信号处理模块用于分别将第一电压信号和第二电压信号与设定阈值作对比，对应得到样气流中所有颗粒物的粒径分布以及属于生物气溶胶的颗粒物的粒径分布。2.如权利要求1所述的一种便携式生物气溶胶监测装置，其特征在于，所述光源模块包括紫外激光二极管(10)、光源驱动电路板(11)、第一聚焦镜(9)、柱面镜(8)、第一光阑(7)以及塑料外壳(12)；所述紫外激光二极管(10)焊接固于光源驱动电路板(11)上，用于产生激发细气流中属于生物气溶胶的颗粒物产生荧光的紫外激光；第一聚焦镜(9)位于紫外激光二极管(10)前并与紫外激光同轴，用于将紫外激光二极管(10)发出的紫外激光准直；柱面镜(8)位于第一聚焦镜(9)前并与紫外激光同轴，用于将准直后的紫外激光变为线形光斑，使辐照到细气流上的光斑横截面分布均匀；第一光阑(7)位于柱面镜(8)后，与柱面镜(8)同轴，用于滤掉杂散光；其中，紫外激光二极管(10)、光源驱动电路板(11)、第一聚焦镜(9)、柱面镜(8)以及第一光阑(7)封装于塑料外壳(12)中；采用密封项圈将塑料外壳(12)封装固定在密封外壳(25)的前表面激光入口(6)处，且紫外激光的光轴位于所述细气流的中心并与所述细气流垂直。3.如权利要求1所述的一种便携式生物气溶胶监测装置，其特征在于，所述粒子测量模块包括光阱(1)、聚焦反射镜(2)、45
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【专利技术属性】
技术研发人员：兰江，隋峰，代胜英，张志涛，姚志文，
申请(专利权)人：中船重工安谱湖北仪器有限公司，
类型：新型
国别省市：