CN102692366A - 一种空气微小颗粒物监测仪器 - Google Patents

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刘嘉
金惠琴
陈建
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Abstract

本发明公开了一种空气微小颗粒物监测仪器，激光光源产生的激光光束经准直器准直后通过狭缝光阑转换为准直扁带光束，准直扁带光束照射到被测空气中的微粒上产生散射光，通过凹面全反射镜汇聚并反射到光信号采集板上，根据光信号采集板采集的光信号的大小来判断被测空气中微粒的粒径，再通过特定质量系数转换得到微粒的质量，采用准直扁带光束使颗粒物穿过光束的时间减少，避免了颗粒物的重叠，提高了信号的信噪比。

Description

一种空气微小颗粒物监测仪器
技术领域
本发明涉及一种光学仪器，具体涉及一种空气微小颗粒物监测仪器。
背景技术
空气中微小颗粒物污染是导致灰霾天气的主要原因，而且特别是PM2.5（小于或者等于2.5微米颗粒物）可吸入颗粒物会对人体的健康造成影响，主要对呼吸***和心血管***造成伤害。且粒径越小对人体的危害越大。空气微小颗粒物的监测对治理环境和保护人类健康意义重大。
目前国内测量空气微小颗粒物的方法主要有：（1）滤膜称重法，这种方法原理简单，阻尘率高，测量结果可靠，但需要人工称重，操作繁琐、费时，不能实现自动测量；（2）β射线吸收法，该方法测量***工作可靠，可间断测量，也可自动连续测量，但该方法存在安全隐患，要求现场测量人员具有较高的素质，***还需要增加各种屏蔽措施，设备的结构比较复杂，一般适用于有特殊测量要求的场合；（3）微量振荡天平法，该方法通过配不同的切割器测量不同粒径范围的颗粒物，测量精度高，实时性好，对于PM2.5，这种方法需精度更高的配套附件，且测量受温度、湿度的影响较大；（4）光散射法，该方法测量速度快，重复性好，自动化程度高，能够在线连续测量。
光散射法已普遍应用于洁净环境下尘埃粒子的监测中，且技术比较成熟。利用光散射法监测大气中微小颗粒物与测量洁净环境中尘埃粒子的原理是相通的，两者的主要不同点在于：洁净环境下尘埃粒子的浓度往往不是很高（专用计数器一般监测范围在350000颗/立方米），而大气中可吸入颗粒物的浓度往往大于350000颗/立方米。由于大气中被测可吸入颗粒物的浓度较大，在采用光散射法监测时，颗粒物与颗粒物容易发生重叠，相互影响，导致采集到的信号的信噪比较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用光散射来监测空气微小颗粒物微粒性质的仪器，特别是对粒径小于等于1μm的颗粒(PM1)、粒径小于等于2.5μm(PM2.5)、粒径小于等于10μm(PM10)的监测，该仪器利用狭缝光阑将激光光束转变为狭长的扁带光束，使得待测空气中的微小颗粒物通过扁带光束的时间减少，避免发生颗粒物重叠，以提高采集的信号的信噪比。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：空气微小颗粒物监测仪器和监测方法，包括：
激光光源；
能够准直所述激光光源发射出的激光光束的准直器；
能够将经所述准直器准直后的激光光束转变为准直扁带光束的狭缝光阑；
能够抽吸待测空气并使得该待测空气的气流沿着与所述准直扁带光束的宽面相垂直的方向穿过该准直扁带光束的吸气泵或风机；
光信号采集板；
能够将所述待测空气中的微小颗粒物被所述准直扁带光束照射后形成的散射光线进行汇聚并反射至所述光信号采集板上的凹面全反镜，所述光信号采集板位于所述凹面全反镜的主轴上的焦点处，所述凹面全反镜的主轴均与所述待测空气的气流流动方向、所述准直扁带光束的照射方向相垂直，所述凹面全反镜的主轴穿过所述待测空气的气流与所述准直扁带光束相交汇的区域；
位于所述激光光源相对的一侧能够消除吸收所述准直扁带光束的消光陷阱；
在所述监测仪器监测待测空气中的微小颗粒物时，所述待测空气的***设有保护气流。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：该空气微小颗粒监测仪器中，将经准直器准直后的激光光束通过狭缝光阑转变为准直扁带光束，这样空气中微小颗粒物穿过光束的时间会减少，从而避免了颗粒物的重叠，提高了采集信号的信噪比。
 附图说明
附图1为本发明的示意图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步阐述本发明的结构。
参见图1所示，一种空气微小颗粒物监测仪器包括激光光源1、准直器2、狭缝光阑3、凹面全反射镜4、位于凹面全反射镜4焦点处的光信号采集板5、位于激光光源相对一侧的消光陷阱6、吸气泵或风机（图中未示出），激光光源1发出的激光光束通过准直器2后得到准直的激光光束，准直的激光光束再通过狭缝光阑3转换为准直扁带光束，吸气泵或风机抽吸待测空气，待测空气的气流流动方向与准直扁带光束的宽面相垂直，如图1所示，待测空气的气流与准直扁带光束相交汇形成光敏感区，光敏感区就是准直扁带光束照射到待测空气中的微粒上产生散射光的区域，凹面全反射镜4的主轴穿过光敏感区，且与待测空气的气流方向和准直扁带光束的照射方向相垂直，凹面全反射镜4接收的是进入光敏感区的微粒的散射光，它将散射光汇聚并反射到光信号采集板5上，光信号采集板5将采集的光信号转换为电信号送后续电路进行处理、分析即可得到被测空气中微粒的粒径大小，再通过特定的质量系数转换得到被测空气中微粒的质量，准直扁带光束穿过光敏感区后进入消光陷阱6，被消光陷阱6吸收。
为了保护传感器中的光源1、凹面全反射镜4等不被污染，在待测空气的***设置了一层保护气流。 

Claims (1)

1. 一种空气微小颗粒物监测仪器，其特征在于：包括
激光光源；
能够准直所述激光光源发射出的激光光束的准直器；
能够将经所述准直器准直后的激光光束转变为准直扁带光束的狭缝光阑；
能够抽吸待测空气并使得该待测空气的气流沿着与所述准直扁带光束的宽面相垂直的方向穿过该准直扁带光束的吸气泵或风机；
光信号采集板；
能够将所述待测空气中的微小颗粒物被所述准直扁带光束照射后形成的散射光线进行汇聚并反射至所述光信号采集板上的凹面全反镜，所述光信号采集板位于所述凹面全反镜的主轴上的焦点处，所述凹面全反镜的主轴均与所述待测空气的气流流动方向、所述准直扁带光束的照射方向相垂直，所述凹面全反镜的主轴穿过所述待测空气的气流与所述准直扁带光束相交汇的区域；
位于所述激光光源相对的一侧能够消除吸收所述准直扁带光束的消光陷阱；
在所述监测仪器监测待测空气中的微小颗粒物时，所述待测空气的***设有保护气流。
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