浮空可清零气溶胶质量浓度测量装置和测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及测量技术领域，具体而言，涉及一种浮空可清零气溶胶质量浓度测量装置和测量方法。浮空可清零气溶胶质量浓度测量装置，包括测量QCM组件、热脱附组件和控制电路；热脱附组件具有加热腔，加热腔贯穿热脱附组件的顶部以形成与外部连通的测量开口；测量QCM组件位于加热腔中，且测量QCM组件的电极正对测量开口；控制电路至少与测量QCM组件电连接，控制电路能够驱动测量QCM组件和采集QCM振动频率。如此能够改善传统QCM传感器应用于大气气溶胶测量时，存在QCM电极吸附膜饱和，不能适应于长时间搭载测量的问题。时间搭载测量的问题。时间搭载测量的问题。

【技术实现步骤摘要】
浮空可清零气溶胶质量浓度测量装置和测量方法


[0001]本专利技术涉及测量
，具体而言，涉及一种浮空可清零气溶胶质量浓度测量装置和测量方法。

技术介绍

[0002]气溶胶颗粒物质量浓度是描述大气气溶胶特性的一个重要的物理量，是环境监测领域的重要课题之一，是目前全球气候变化研究的一个热点，同时也是一个难点问题，如何实现对大气气溶胶空间定点质量浓度的直接测量显得尤为重要。
[0003]目前，对大气颗粒物质量浓度的测量主要采用直接测量法和间接等效测量法两类，具体包括滤膜称重法、压电晶体法、光散射法、β射线吸收法和微量震荡天平法。其中压电晶体法常用谐振式传感器测量的方式，其具体采用石英晶体微量天平(QCM)，利用石英晶片在逆压电效应下，发生谐振，当气溶胶颗粒物黏附在QCM电极表面时，引起电极质量变化，将质量变化转换放大为振动频率变化，从而反演得到气溶胶质量浓度。
[0004]实际应用于空间定点大气气溶胶测量时存在QCM电极吸附膜饱和问题，不能适应于长时间搭载测量，即QCM吸附膜黏附的气溶胶颗粒物饱和时，传感器将无法继续测量。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的包括，例如，提供了一种浮空可清零气溶胶质量浓度测量装置和测量方法，其能够改善传统QCM传感器应用于大气气溶胶测量时，存在QCM电极吸附膜饱和，不能适应于长时间搭载测量问题。
[0006]本专利技术的实施例可以这样实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种浮空可清零气溶胶质量浓度测量装置，包括：
[0008]测量QCM组件、热脱附组件和控制电路；
[0009]所述热脱附组件具有加热腔，所述加热腔贯穿所述热脱附组件的顶部以形成与外部连通的测量开口；
[0010]所述测量QCM组件位于所述加热腔中，且所述测量QCM组件的电极正对所述测量开口；
[0011]所述控制电路至少与所述测量QCM组件电连接，所述控制电路能够驱动所述测量QCM组件和采集QCM振动频率。
[0012]本方案的浮空可清零气溶胶质量浓度测量装置的测量QCM组件在石英晶片逆压电效应下，能够发生谐振，当气溶胶颗粒物黏附在QCM电极表面时，引起电极质量变化，将质量变化转换放大为振动频率变化，从而反演得到气溶胶质量浓度。其中控制电路能够为测量QCM组件提供驱动石英谐振，同时还能够采集QCM振动频率，从而有利于进一步通过石英晶片振动频率的变化而计算得到大气气溶胶质量浓度。进一步的，本方案的热脱附组件具有容纳测量QCM组件的加热腔，通过加热腔能够产生预设的热辐射或热量，使得吸附在测量QCM组件的电极上的气溶胶颗粒脱附，从而避免了当QCM吸附膜黏附的气溶胶颗粒物饱和
时，传感器无法继续测量的情况；同时热脱附组件的测量开口使得测量QCM组件能够与测量装置的外部连通，从而确保能够充分地吸附环境中的气溶胶颗粒物。还需要说明的是，热脱附组件可以将测量QCM组件加热升温，使得电极表面气溶胶颗粒物不断脱附，从而避免测量饱和；同时测量QCM组件、热脱附组件协同配合，能够进一步利用气溶胶颗粒物在QCM的电极表面不断吸附和脱附所产生的振动频率值的漂移来测定气溶胶的质量浓度。综上，这样的浮空可清零气溶胶质量浓度测量装置具有可在线清零、适用于浮空长时间工作的优点。
[0013]在可选的实施方式中，所述热脱附组件包括隔热罩、加热杯和加热片；
[0014]所述加热杯套设在所述隔热罩内侧；所述加热杯的环状内壁围合形成所述加热腔，所述测量开口贯穿所述隔热罩的顶部；
[0015]所述加热片设置在所述隔热罩与所述加热杯之间，以使所述加热片产生的热量通过所述加热杯传导并辐射至所述测量QCM组件。
[0016]在可选的实施方式中，沿所述隔热罩的加热腔至所述测量开口的方向，所述加热杯的环状内壁的内径具有减小的趋势，以使所述环状内壁朝向所述测量QCM组件倾斜。
[0017]在可选的实施方式中，所述加热片粘贴在所述加热杯的周向外侧壁上。
[0018]在可选的实施方式中，还包括壳体和参考QCM组件；
[0019]所述壳体具有密闭空间，所述参考QCM组件设置在所述密闭空间中；
[0020]所述控制电路与所述参考QCM组件电连接，所述控制电路能够驱动所述参考QCM组件和采集QCM振动频率。
[0021]在可选的实施方式中，所述测量QCM组件设置在所述壳体的顶部；
[0022]沿所述壳体的轴线方向，所述测量QCM组件和所述参考QCM组件均设置于所述壳体同一位置。
[0023]在可选的实施方式中，还包括固定连接件；
[0024]所述测量QCM组件和所述参考QCM组件均通过所述固定连接件设置在所述壳体上。
[0025]在可选的实施方式中，所述热脱附组件的加热杯靠近所述壳体的端部夹持在所述热脱附组件的隔热罩和所述壳体之间。
[0026]在可选的实施方式中，所述测量QCM组件和所述参考QCM组件均包括电极、晶体、支架和底座；
[0027]所述晶体位于所述底座的上方，所述支架的两端分别连接所述晶体和所述底座；所述晶体的顶面和底面分别设置有所述电极。
[0028]在可选的实施方式中，所述测量QCM组件和所述参考QCM组件相互对称地设置在所述壳体的顶部。
[0029]第二方面，本专利技术提供一种测量方法，所述测量方法基于前述实施方式中任一项所述的浮空可清零气溶胶质量浓度测量装置；所述测量方法至少包括以下步骤：
[0030]所述测量QCM组件将大气气溶胶颗粒物吸附于传感器探头电极表面；
[0031]所述热脱附组件通过热脱附将气溶胶颗粒物从电极表面脱附；
[0032]通过气溶胶颗粒物的不断吸附和脱附所产生的振动频率值的漂移来测定气溶胶质量浓度。
[0033]本专利技术实施例的有益效果包括，例如：
[0034]本方案的浮空可清零气溶胶质量浓度测量装置包括测量QCM组件、热脱附组件和
控制电路。其中，测量QCM组件能够通过热脱附组件的测量开口，与测量装置的外部连通，从而确保能够充分地吸附环境中的气溶胶颗粒物。而控制电路能够为测量QCM组件提供驱动石英谐振，同时还能够采集QCM振动频率，以通过石英晶片振动频率的变化而计算得到大气气溶胶质量浓度。热脱附组件可以将测量QCM组件加热升温，使得电极表面气溶胶颗粒物不断脱附，从而避免了当QCM吸附膜黏附的气溶胶颗粒物饱和时，传感器无法继续测量的情况。综上，这样的浮空可清零气溶胶质量浓度测量装置具有结构简单、操作方便，且能够动态完成对QCM电极表面气溶胶颗粒物的脱附，满足适应于长时间搭载测量的要求。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0036]图1为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浮空可清零气溶胶质量浓度测量装置，其特征在于，包括：测量QCM组件(100)、热脱附组件(200)和控制电路(300)；所述热脱附组件(200)具有加热腔(201)，所述加热腔(201)贯穿所述热脱附组件(200)的顶部以形成与外部连通的测量开口(202)；所述测量QCM组件(100)位于所述加热腔(201)中，且所述测量QCM组件(100)的电极(501)正对所述测量开口(202)；所述控制电路(300)至少与所述测量QCM组件(100)电连接，所述控制电路(300)能够驱动所述测量QCM组件(100)和采集QCM振动频率。2.根据权利要求1所述的浮空可清零气溶胶质量浓度测量装置，其特征在于：所述热脱附组件(200)包括隔热罩(210)、加热杯(220)和加热片(230)；所述加热杯(220)套设在所述隔热罩(210)内侧；所述加热杯(220)的环状内壁围合形成所述加热腔(201)，所述测量开口(202)贯穿所述隔热罩(210)的顶部；所述加热片(230)设置在所述隔热罩(210)与所述加热杯(220)之间，以使所述加热片(230)产生的热量通过所述加热杯(220)传导并辐射至所述测量QCM组件(100)。3.根据权利要求2所述的浮空可清零气溶胶质量浓度测量装置，其特征在于：沿所述隔热罩(210)的加热腔(201)至所述测量开口(202)的方向，所述加热杯(220)的环状内壁的内径具有减小的趋势，以使所述环状内壁朝向所述测量QCM组件(100)倾斜。4.根据权利要求2所述的浮空可清零气溶胶质量浓度测量装置，其特征在于：所述加热片(230)粘贴在所述加热杯(220)的周向外侧壁上。5.根据权利要求1所述的浮空可清零气溶胶质量浓度测量装置，其特征在于：还包括壳体(400)和参考QCM组件(500)；所述壳体(400)具有密闭空间(401)，所述参考QCM组件(500)设置在所述密闭空间(401)中；...

【专利技术属性】
技术研发人员：芦亚玲，颜鹏程，巩崇水，任余龙，周甘霖，齐月，韩晖，杜昊霖，邓祖琴，
申请(专利权)人：中国气象局兰州干旱气象研究所，
类型：发明
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