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原文传递一种气溶胶粒谱与浓度测量装置及方法

专利名称：	一种气溶胶粒谱与浓度测量装置及方法
摘要：	本发明公开了一种气溶胶粒谱与浓度测量装置及方法，包括：上盖和底座；其中，底座用于使不同波长的入射光与测量区域中的待测气溶胶发生散射作用，从不同预设角度接收散射光，并根据散射光的光强信息与气溶胶MIE氏散射响应的对应关系，计算出测量区域待测气溶胶的粒度谱和浓度，本发明使不同波长的入射光与测量区域中的待测气溶胶发生散射作用，得到从不同预设角度接收的散射光的光强信息，使测量得到的光散射信号能够更多维地携带粒谱信息，相当于从另一个维度增加不同波长光入射的效果，节约了大量的入射光，使得根据所得光强信息与气溶胶MIE氏散射响应的对应关系，计算出的测量区域待测气溶胶的粒度谱和浓度的精确度较高。
专利类型：	发明专利
申请人：	华中科技大学
发明人：	朱明;林梦雪;王殊;李成坤;杨芦慧
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T18:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T10:00:00+0805
申请号：	CN201911308507.2
公开号：	CN110987736A
代理机构：	华中科技大学专利中心
代理人：	李智
分类号：	G01N15/02;G01N15/06;G;G01;G01N;G01N15;G01N15/02;G01N15/06
申请人地址：	430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
主权项：	1.一种气溶胶粒谱与浓度测量装置，其特征在于，包括：上盖和底座；所述上盖固定在所述底座上，与所底座构成光学暗室空间，用于提供气溶胶粒谱与浓度的测量区域；所述底座用于使不同波长的入射光与测量区域中的待测气溶胶发生散射作用，分别从不同预设角度接收散射光，并根据散射光的光强信息与气溶胶MIE氏散射响应的对应关系，计算出测量区域待测气溶胶的粒度谱和浓度。 2.根据权利要求1所述的气溶胶粒谱与浓度测量装置，其特征在于，所述底座包括光路模块、电路控制模块和信号处理模块；所述光路模块用于对从预设入射角度入射的不同波长的入射光分别进行限宽处理得到窄束光信号，使窄束光信号与测量区域中的待测气溶胶发生散射作用，得到散射光，并将从不同预设角度接收的散射光光信号转换为电信号，输出到电路控制模块中；所述电路控制模块用于控制光路模块中的光源，使其依次发射出不同波长的入射光；控制光路模块中的光电探测器，使其接收光束；以及对光路模块输出的电信号进行放大滤波，并转换为带标记的数字信号传送至信号处理模块；所述信号处理模块用于接收电路控制模块输入的数字信号，得到从不同预设角度接收的不同波长的散色光光强信息，根据所得光强信息与气溶胶MIE氏散射响应的对应关系，计算出测量区域待测气溶胶的粒度谱和浓度。 3.根据权利要求2所述的气溶胶粒谱与浓度测量装置，其特征在于，光路模块包括发光孔、收光孔、光源、第一凸透镜、光阑、第二凸透镜和光电探测器；所述发光孔、收光孔置于底座的内部，并分别与底座的上表面之间具有预设倾斜角度，所述光源和第一凸透镜放置在所述发光孔中，所述收光孔有多个，对应的，所述第二凸透镜和光电探测器也有多组，分别放置在各收光孔中，所述光阑置于底座的上表面；所述发光孔用于固定光源和第一凸透镜的位置，从而使光束能够以预设角度入射到光阑中；所述收光孔用于固定各第二凸透镜和光电探测器的位置，使其能够接收预设角度方向的光信号；所述光源用于将不同波长的光依次发射到第一凸透镜中；所述第一凸透镜用于接收来自发光源的入射光，并将入射光汇聚为平行光束后，发射到光阑中；所述光阑用于限制来自第一凸透镜的平行光束的宽度并消除杂散光，并将所得的窄束入射光发送至气溶胶粒谱与浓度的测量区域，与待测气溶胶发生散射作用后，将所得散射光发射至第二凸透镜；所述第二凸透镜用于接收预设角度方向的散射光，并使散射光汇聚为平行光束后发射到对应的光电探测器中；所述光电探测器用于将第二凸透镜入射的散射光的光信号转变为电信号。 4.根据权利要求3所述的气溶胶粒谱与浓度测量装置，其特征在于，所述收光孔个数大于等于4，对应的，第二凸透镜和光电探测器的个数也分别大于等于4，用于增加散射光的角度信息，其中，各收光孔与底座的上表面之间的预设倾斜角度相同，与发光孔所成的角度各不相同。 5.根据权利要求2所述的气溶胶粒谱与浓度测量装置，其特征在于，所述光源为多波长LED光源；所述电路控制模块用于控制光路模块中的多波长LED光源，选用一组波长与预设的等间隔增加的气溶胶粒径相对应的入射光，并依次发射出去；其中，对于每一个气溶胶粒径，均对应一组波长小于该粒径的入射光以及波长大于等于该粒径的入射光。 6.根据权利要求1所述的气溶胶粒谱与浓度测量装置，其特征在于，所述上盖包括滤光片和进气孔；所述滤光片固定在所述上盖的下表面，且位于测量区域的上方，用于吸收直射过来的光束，从而避免光束反射回去对测量造成干扰；所述进气孔均匀环绕在上盖的侧面，用于使待测气溶胶进入装置内部。 7.根据权利要求6所述的气溶胶粒谱与浓度测量装置，其特征在于，所述进气孔由光阑构成，以防止外界光线进入测量区对测量结果造成影响。 8.一种基于权利要求1-7任意一项所述气溶胶粒谱与浓度测量装置的气溶胶粒谱与浓度测量方法，其特征在于，包括以下步骤： S1、将具有一定入射角度的波长连续变化的入射光依次经过汇聚作用后，进行限宽处理，分别得到各窄束光信号；将所得各窄束光信号，分别在测量区域中与待测气溶胶发生散射作用，经汇聚后得到不同预设探测角度方向的各散射光，并将各散射光信号转换为相应的电信号； S2、对各电信号进行放大后，转换为带标记的各数字信号； S3、根据所得数字信号，得到在不同入射光波长条件下分别从不同预设角度接收的散射光的光强信息；根据所得光强信息，建立气溶胶在不同入射光波长和不同接收角度下的MIE氏散射响应与粒度的相关模型，并计算出测量区域待测气溶胶的粒度谱和浓度；其中，待测气溶胶浓度包括气溶胶颗粒数量浓度、表面积浓度及体积浓度。 9.根据权利要求8所述的气溶胶粒谱与浓度测量方法，其特征在于，根据测量目标，预设一组气溶胶粒径，各粒径大小等间隔增加，对于每一个气溶胶粒径，分别选取波长小于该粒径的入射光以及波长大于等于该粒径的入射光，从而得到一组波长连续变化的入射光；其中，测量目标包括气溶胶粒径小于等于2.5微米的pm2.5和气溶胶粒径小于等于10微米的pm10。 10.根据权利要求8所述的气溶胶粒谱与浓度测量方法，其特征在于，所述气溶胶在不同入射光波长和不同接收角度下的MIE氏散射响应与粒度的相关模型的矩阵表达式为： EP×1＝TP×NWN×1 其中，EP×1为M种不同入射光波长条件下的从Q种不同预设角度方向接收的散射光强度分布向量，P＝M×Q表示不同组合的总数量，TP×N为响应系数矩阵，N为气溶胶中粒子粒度的种类，WN×1为待求气溶胶粒度分布列向量，P、M、Q、N均为正整数。
所属类别：	发明专利