本发明专利技术涉及一种用于粒径100nm以下气溶胶区域探测的无人机及其检测方法，与现有技术相比解决了针对100nm以下颗粒物难以检测和轻量化设计的缺陷。本发明专利技术的第二路待测进样气体口通过第一质量流量计接在进样与预处理单元上，电荷捕获与信号检测单元的出口通过气路接头接在气泵上，气泵的出口与尾气出口相接。本发明专利技术实现了对大气中超细颗粒物数量浓度和粒径分布的检测，解决了因超细颗粒物质量浓度占比很小而检测灵敏度低的问题，实现对粒径在100nm以下的超细颗粒物造成的空气污染区域特征和垂直分布特征的观测。征和垂直分布特征的观测。征和垂直分布特征的观测。
【技术实现步骤摘要】
一种用于粒径100nm以下气溶胶区域探测的无人机及其检测方法
[0001]本专利技术涉及无人机检测
，具体来说是一种用于粒径100nm以下气溶胶区域探测的无人机及其检测方法。
技术介绍
[0002]气溶胶，尤其是小粒径的超细颗粒物气溶胶，对环境、气候、健康影响极大，但监测技术匮乏，现有监测技术难以反映超细颗粒物危害程度。气溶胶是大气的重要组成部分，也是雾霾形成的重要原因，在气候环境效应和人体健康方面的危害极大。PM10和PM2.5已作为重要的环境污染监测的重要指标纳入世界各国的环境监测体系，目前已发展出比较完善的PM10和PM2.5监测手段。但对于粒径在亚微米至纳米量级的气溶胶，尤其是粒径在100nm以下的超细颗粒物(PM0.1)的监测十分匮乏。
[0003]环境气溶胶指在空气中悬浮的颗粒物，颗粒直径一般小于100微米，是重要的环境污染物。现有的气溶胶检测技术主要有三种，分别是：β射线方法仪器加装动态加热系统、β射线方法仪器加动态加热系统联用光散射法、微量振荡天平方法仪器加膜动态测量系统。
[0004]反映气溶胶浓度的参数包括颗粒物质量浓度和颗粒物数浓度，颗粒物质量浓度是指单位体积内颗粒物的总质量，颗粒物数浓度是指单位体积内颗粒物的个数，超细颗粒物数浓度很大但质量浓度占比很小，PM10和PM2.5等监测手段均是以质量浓度作为技术指标，而小粒径气溶胶颗粒虽然数量很多，通常数浓度远高于较大粒径气溶胶颗粒，但因质量浓度占比很小而易被忽视。
[0005]但是由于小粒径气溶胶颗粒数浓度很高，同时具有比表面积大、活性强、飘散时间长、距离远等特点，在气候环境效应和人体健康方面危害极大。
[0006]超细颗粒物粒径分布和数量浓度的高精度立体化区域探测是实现气溶胶凝结成核过程研究、实现气溶胶污染溯源、治理的重要基础支撑和依据。
[0007]为了实现对气溶胶，尤其是超细颗粒物的立体探测和区域探测，国内外研究人员开展了一系列相关研究工作。
[0008]在亚微米至纳米级颗粒物探测方面，TSI公司3080系列气溶胶粒谱分析仪为例，通过搭载3085型号的小型分析器(3085nano Differential Mobility Analyzer)能够实现纳米级超细颗粒物粒径分布和数量浓度探测。该仪器技术方案不仅核心的颗粒物粒谱分析器结构复杂，外围控制系统也较为复杂，尤其是气路系统就需要旁路气泵(bypass pump)、鞘气泵(Sheath pump)和尾气泵(Aerosol pump)等三路单独的流速测量和控制气路复杂的同时来带过滤、干燥、气压测量和流速控制系统的复杂性，因此无法做到小型化，主要用于实验室颗粒物分析，无法满足现场检测需求，更不能满足无人机搭载的轻量化应用需求。
[0009]在无人机搭载气溶胶检测应用方面，中国专利CN202011335350.5一种基于无人机飞行平台的颗粒捕捉装置，设计了一种无人机搭载的颗粒物捕捉装置，可以进行多种颗粒物的采集，能通过无人机航线规划实现全空域大范围覆盖性作业，既可以固定作业也可以
搭载无人机做机动性作业。该专利技术通过无人机采集并离线处理的方式对颗粒物进行检测，在时间分辨纬度和空间分辨纬度均存在较大的提升空间。中国专利CN202210123466.5一种应用于无人机探测的便携式颗粒物粒径在线监测装置，通过无人机搭载便携式光闪射颗粒物粒径在线监测装置实现对污染过程的预报预警。中国专利CN201620953622.0一种空气中颗粒物的检测装置，公开了一种空气中颗粒物的检测装置，包括无人机主体、通气涵道、β射线发射器、β射线接收器和分析芯片，可测算出空气中直径在一微米至一百微米之间颗粒物的含量，并通过无线信号收发天线和数据接口传递检测结果至地面处理中心。该专利技术基于光散射方法的气溶胶探测方法由于检测原理限制，无法实现粒径200nm以下，尤其是100nm以下的超细颗粒物的探测。
[0010]但是，传统固定监测方法存在区域局限性和高度空间局限性，无法满足区域探测、立体探测、溯源探测需求。传统的大气污染监测手段常在地面固定位置进行监测，仅能反应监测站所在位置和高度的气溶胶浓度分布情况，存在区域局限性和高度空间局限性，现有监测站和实验室测试方法无法满足区域探测、立体探测、溯源探测需求，无法满足超细颗粒物大气污染的预报预警需求和区域污染防控对策制定以及污染减排工作的要求。
[0011]即现有技术中，光散射等检测方法可以用于无人机搭载气溶胶探测，但是检测粒径通常在200nm以上，无法实现粒径100nm以下的超细粒径颗粒物探测；差分电迁移率分析仪等技术方法，能够在实验室实现超细颗粒物粒径分布和数量浓度检测，但是分析器结构复杂，气路等外围系统庞大，无法用于无人机搭载使用。
[0012]那么，如何实现100nm以下颗粒物且具有小型化设计、能够允许搭载在无人机载体上的气溶胶检测装置已经成为急需解决的技术问题。
技术实现思路
[0013]本专利技术的目的是为了解决现有技术中针对100nm以下颗粒物难以检测和轻量化设计的缺陷，提供一种用于粒径100nm以下气溶胶区域探测的无人机及其检测方法来解决上述问题。
[0014]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0015]一种用于粒径100nm以下气溶胶区域探测的无人机，包括无人机载体，检测系统本体通过减震支架安装在无人机载体上，
[0016]所述的检测系统本体包括气泵与流速测控单元，气泵与流速测控单元上设有进样口和尾气出口，进样与预处理单元、粒谱分级单元和电荷捕获与信号检测单元均接在气泵与流速测控单元上，进样与预处理单元通过荷电单元与粒谱分级单元相接，粒谱分级单元与电荷捕获与信号检测单元相接，
[0017]所述的进样口包括第一路电离进样气体口和第二路待测进样气体口，所述的气泵与流速测控单元包括过滤器和气泵，第一路电离进样气体口通过过滤器接在第二质量流量计上后再接入第二干燥管后接在荷电单元上，第二路待测进样气体口通过第一质量流量计接在进样与预处理单元上，电荷捕获与信号检测单元的出口通过气路接头接在气泵上，气泵的出口与尾气出口相接。
[0018]所述的进样与预处理单元包括第一干燥管和切割器，所述的第一质量流量计的出口通过第一干燥管与切割器相接。
[0019]所述荷电单元包括放电区和荷电区，放电区与荷电区相通，第二干燥管的出口接入放电区，第一干燥管的出口接入荷电区，荷电区的出口接入粒谱分级单元。
[0020]所述的粒谱分级单元包括平板型差分迁移率谱，所述的平板型差分迁移率谱与第三质量流量计、电荷收集捕获单元相通，荷电区的出口接入平板型差分迁移率谱，平板型差分迁移率谱的气流出口接入第三质量流量计，第三质量流量计的出口接入气路接头，气路接头的出口通过气泵与尾气出口相接，平板型差分迁移率谱的颗粒物出口接入电荷捕获与信号检测单元。
[0021]所述的电荷捕获与信号检测单元包括电荷收集捕获单元和电荷电流放大单元，平板型差分迁移率谱的颗粒物出口接入电荷收集捕获单元，电本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于粒径100nm以下气溶胶区域探测的无人机，包括无人机载体(2)，检测系统本体(1)通过减震支架安装在无人机载体(2)上，其特征在于：所述的检测系统本体(1)包括气泵与流速测控单元(3)，气泵与流速测控单元(3)上设有进样口(10)和尾气出口(11)，进样与预处理单元(4)、粒谱分级单元(6)和电荷捕获与信号检测单元(7)均接在气泵与流速测控单元(3)上，进样与预处理单元(4)通过荷电单元(5)与粒谱分级单元(6)相接，粒谱分级单元(6)与电荷捕获与信号检测单元(7)相接；所述的进样口(10)包括第一路电离进样气体口(101)和第二路待测进样气体口(102)，所述的气泵与流速测控单元(3)包括过滤器(31)和气泵(33)，第一路电离进样气体口(101)通过过滤器(31)接在第二质量流量计(322)上后再接入第二干燥管(412)后接在荷电单元(5)上，第二路待测进样气体口(102)通过第一质量流量计(321)接在进样与预处理单元(4)上，电荷捕获与信号检测单元(7)的出口通过气路接头(12)接在气泵(33)上，气泵(33)的出口与尾气出口(11)相接。2.根据权利要求1所述的一种用于粒径100nm以下气溶胶区域探测的无人机，其特征在于：所述的进样与预处理单元(4)包括第一干燥管(411)和切割器(42)，所述的第一质量流量计(321)的出口通过第一干燥管(411)与切割器(42)相接。3.根据权利要求2所述的一种用于粒径100nm以下气溶胶区域探测的无人机，其特征在于：所述荷电单元(5)包括放电区(51)和荷电区(52)，放电区(51)与荷电区(52)相通，第二干燥管(412)的出口接入放电区(51)，第一干燥管(411)的出口接入荷电区(52)，荷电区(52)的出口接入粒谱分级单元(6)。4.根据权利要求3所述的一种用于粒径100nm以下气溶胶区域探测的无人机，其特征在于：所述的粒谱分级单元(6)包括平板型差分迁移率谱(61)，所述的平板型差分迁移率谱(61)与第三质量流量计(323)、电荷收集捕获单元(71)相通，荷电区(52)的出口接入平板型差分迁移率谱(61)，平板型差分迁移率谱(61)的气流出口接入第三质量流量计(323)，第三质量流量计(323)的出口接入气路接头(12)，气路接头(12)的出口通过气泵(33)与尾气出口(11)相接，平板型差分迁移率谱(61)的颗粒物出口接入电荷捕获与信号检测单元(7)。5.根据权利要求4所述的一种用于粒径100nm以下气溶胶区域探测的无人机，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：董翔，曹旭，杨慧亮，陈池来，刘友江，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：
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