一种大气颗粒物粒径和化学成分的实时在线测量系统及测量方法，利用的装置包括激光器、光电探测器及信号处理电路组成，采用单个激光器和四个探测器实现单颗粒物粒径和化学成分信号的同时在线测量。本发明专利技术的方法实现简单、无需膜采样和离线分析，有效拓展了基于光散射原理的大气颗粒物多物理和化学参数的实时在线传感方法。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，利用的装置包括激光器、光电探测器及信号处理电路组成，采用单个激光器和四个探测器实现单颗粒物粒径和化学成分信号的同时在线测量。本专利技术的方法实现简单、无需膜采样和离线分析，有效拓展了基于光散射原理的大气颗粒物多物理和化学参数的实时在线传感方法。【专利说明】
本专利技术涉及，特别适用于大气颗粒物的微物理和化学参数的快速非接触测量。
技术介绍
随着我国经济的飞速增长和城市化进程不断加速，大气颗粒物是目前我国多数城市的首要污染物，灰霾污染呈显著上升趋势。目前，我国城市群大气污染为煤烟型与机动车尾气污染共存的特殊大气复合污染的类型，具有明显的局地污染和区域污染相结合、污染物之间相互耦合的特征，其表现为高浓度大气颗粒物使大气浑浊、能见度下降，“看不见蓝天”已成为许多城市的共同忧患，大气污染还给人体健康带来新的威胁，民众呼吸道疾病患病率显著上升。近年来，我国大气颗粒物监测技术取得了较大的进步，特别是PM1(1、PM2.5质量浓度自动监测仪器生产形成了一定的规模。传统的大气颗粒物化学组分的测量方法主要有质谱、离子色谱(1C)、X射线、热光等方法，其中以质谱和离子色谱分析方法得到的颗粒物成份信息最为全面，但它们多采用离线的方式，前期处理工作较麻烦，还导致某些成分失活、测量精度降低，同时也存在仪器复杂、维护困难、价格昂贵等问题，难以大规模推广应用。市场上主要以安捷伦、岛津、赛默飞、布鲁克等厂商的仪器为主。随着光学技术的日益发展，光散射技术已成为一种大气颗粒物的非接触快速测量技术，逐渐成为激光粒子计数器的主流测量方法之一，美国TS1、德国Grimm等公司也相继推出了商业化仪器。英国Biral公司利用粒形的方位角散射特性研发成功气溶胶粒形分析仪，可以lOOOOs—1的速度有效分析IOym以下的气溶胶粒子粒形信息。在专利方面，美国专利US5684585采用单一探测器分析颗粒物的散射特性与光学粒径的相互关系，形成光学粒子计数器，美国专利US5999257提出了一种利用后向散射光测量多个颗粒物的光浊度信息。目前，在大气颗粒物的在线监测方面，光散射技术还存在以下问题与不足:(1)光散射技术实现的是大气颗粒物的粒径和数浓度的测量，难以获取大气颗粒物的化学成分等信息；(2)现有的光散射粒径测量结果容易收到颗粒物折射率、粒子形状等参数的影响，从而降低了粒径测量的准确性；(3)难以同时获取单颗粒物的粒径和化学组成分信息。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题:克服现有技术的不足，提出一种基于多角度光散射原理的大气颗粒物粒径和化学成分的实时在线测量系统及测量方法，结构简单，可同时实现单颗粒物粒径和化学成分的实时非接触测量。本专利技术的技术解决方案:基于多角度光散射原理的大气颗粒物粒径和化学成分的实时在线测量，其特征在于:测量系统包括激光器1、准直透镜2、光阑3、第一探测器4、第二探测器5、第三探测器6、第四探测器7、光阱8、信号处理电路9、计算机10，激光器I出射的激光经准直透镜2准直入射到采样颗粒物11上，散射光分别由与激光出射角度呈约15度、30度、140度、160度方向的第四探测器7、第三探测器6、第二探测器5、第一探测器4接收，直接透射的激光由光阱8吸收，第一探测器4、第二探测器5、第三探测器6、第四探测器7将接收到各角度上的光信号1、12、13、I4分别转化为电信号并输入到信号处理电路9，由信号处理电路9将信号变化量放大并将信号峰值ΡρΡ2、Ρ3、Ρ4分别输入计算机10。将P4与标准光强-粒径关系曲线对照得出大气颗粒物粒径大小，将P/P4、P2/P4、P3/P4比值与标准峰值比值-化学成分数据库比对得出大气颗粒物的化学成分信息。所述激光器I采用半导体激光器，输出稳定光强的激光，以提高大气颗粒物的粒径测量精度。所述准直透镜2采用非球面准直透镜，以达到最佳的激光准直效果。所述第一探测器4、第二探测器5、第三探测器6、第四探测器7的接收角小于±4度，以确保各测量值的空间分辨率和有效性。所述光阱8应实现出射激光的吸收效率大于0.99，以避免杂散光对各探测器信号测量结果的干扰。所述采样颗粒物11应确保单个通过激光束，以避实现单个大气颗粒物信息的实时测量与分析。一种大气颗粒物粒径和化学成分的实时在线测量方法，包括以下步骤:第一步，使颗粒物单个依次通过激光束，各探测器得到信号峰值Pp P2, P3、P4 ；第二步，测量在同样的大气颗粒物采样环境下，标准颗粒粒径与第四探测器7的信号光强之间的关系，通过三阶线性拟合得到标准光强-粒径关系曲线；第三步，测量在同样的大气颗粒物采样环境下，标准颗粒成分与P1AVP2AVP3ZiP4比值直接的关系，得到标准峰值比值-化学成分数据库；第四步，测量在采用过程中通过激光光斑的单颗粒物散射光信号，将信号峰值P4与标准光强-粒径关系曲线比对，得到所需要的大气颗粒物粒径信息；第五步，测量在采用过程中通过激光光斑的单颗粒物散射光信号，将信号峰值比值P1Av p2/p4、p3/p4与标准峰值比值-化学成分数据库比对，得到所需要的大气颗粒物的化学成分信息。本专利技术的基本原理是:大气颗粒物散射光场中P点的散射光强Is【权利要求】1.一种大气颗粒物粒径和化学成分的实时在线测量系统，其特征在于:所述测量系统包括激光器(I)、准直透镜(2)、光阑(3)、第一探测器(4)、第二探测器(5)、第三探测器(6)、第四探测器(7)、光阱(8)、信号处理电路(9)和计算机(10);激光器(I)出射的激光经准直透镜(2)准直入射到采样颗粒物(11)上，散射光分别由与激光器(I)出射的角度呈15度、30度、140度、160度方向的第四探测器(7)、第三探测器(6)、第二探测器(5)、第一探测器(4)接收，直接透射的激光由光阱(8)吸收；第一探测器(4)、第二探测器(5)、第三探测器(6)、第四探测器(7)将接收到四个角度上的光信号ΙρΙ2、Ι3、Ι4分别转化为电信号并输入到信号处理电路(9)，由信号处理电路(9)将信号变化量放大并将四个角度上的信号峰值PpP2、P3、P4分别输入计算机(10)，计算机(10)将峰值P4与标准光强-粒径关系曲线对照得出大气颗粒物粒径大小，将P1AV P2/P4、P3/P4比值与标准峰值比值-化学成分数据库比对得出大气颗粒物的化学成分信息。2.根据权利要求1所述的大气颗粒物粒径和化学成分的实时在线测量系统，其特征在于:所述激光器(I)采用半导体激光器，输出稳定光强的激光，以提高大气颗粒物的粒径测量精度。3.根据权利要求1所述的大气颗粒物粒径和化学成分的实时在线测量系统，其特征在于:所述准直透镜(2)采用非球面准直透镜，以达到最佳的激光准直效果。4.根据权利要求1所述的大气颗粒物粒径和化学成分的实时在线测量系统，其特征在于:所述第一探测器(4)、第二探测器(5)、第三探测器(6)、第四探测器(7)的接收角小于±4度，以确保各测量值的空间分辨率和有效性。5.根据权利要求1所述的大气颗粒物粒径和化学成分的实时在线测量系统，其特征在于:所述光阱(8)应实现出射激光的吸收效率大于0.99，以避免杂散光对各探测器信号测量结果的干扰。6.根据权利要求1所述的大气颗粒物粒径和化学成分的实时在线测量系统，其特征在于本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大气颗粒物粒径和化学成分的实时在线测量系统，其特征在于：所述测量系统包括激光器（1）、准直透镜（2）、光阑（3）、第一探测器（4）、第二探测器（5）、第三探测器（6）、第四探测器（7）、光阱（8）、信号处理电路（9）和计算机（10）；激光器（1）出射的激光经准直透镜（2）准直入射到采样颗粒物（11）上，散射光分别由与激光器（1）出射的角度呈15度、30度、140度、160度方向的第四探测器（7）、第三探测器（6）、第二探测器（5）、第一探测器（4）接收，直接透射的激光由光阱（8）吸收；第一探测器（4）、第二探测器（5）、第三探测器（6）、第四探测器（7）将接收到四个角度上的光信号I1、I2、I3、I4分别转化为电信号并输入到信号处理电路（9），由信号处理电路（9）将信号变化量放大并将四个角度上的信号峰值P1、P2、P3、P4分别输入计算机（10），计算机（10）将峰值P4与标准光强?粒径关系曲线对照得出大气颗粒物粒径大小，将P1/P4、P2/P4、P3/P4比值与标准峰值比值?化学成分数据库比对得出大气颗粒物的化学成分信息。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：桂华侨，李德平，程寅，王杰，王焕钦，余同柱，刘建国，陆亦怀，鲁岸立，张礁石，黄书华，伍德侠，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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