CN101907554A - 一种利用云室进行微粒测量的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种利用云室进行微粒测量的系统及方法,属于微粒测量技术领域,该系统包括有起支撑作用的机身,对应机身设置的用以对微粒附加电荷的电荷附加器,与机身对应设置的用以显示带电微粒运动轨迹的云室,与云室对应设置的用以摄录带电微粒运动轨迹的摄像装置,与摄像装置相连用以根据拍摄图像判定微粒状况的微粒分析组件。其对应的测量方法为给微粒加电,将带电微粒导入至云室,带电微粒在云室中运动并摄录其运动状况,依据所摄录的数据分析微粒的状况。本发明通过对拍摄的带电微粒在云室中的运动径迹的分布、浓度和截面来分析微粒的浓度和粒度,从而为利用云室对微粒测量特别是纳米颗粒的测量技术的进步提出了一定的新思路。
Description
技术领域
本发明涉及微粒测量技术领域,尤其涉及一种利用云室进行微粒测量的系统及方法。
背景技术
目前,我国在纳米颗粒粒径测量技术及仪器方面主要集中在基于光散射法的测量装置上,例如,中国专利(公开号101571470A)提出了“一种纳米颗粒粒径测量装置及方法”,将无线电技术中的差拍技术用于动态光散射的频谱测量,通过对散射光信号的频谱的分析就能得到颗粒的粒径信息,为纳米颗粒粒径测量技术的进步提出了新的思路。中国专利(授权公告号CN200941092Y)提出了一种“空气悬浮颗粒物颗粒数及质量浓度检测仪”,包括计数传感装置、浓度传感装置、气泵及相应的后续处理电路,所述计数及浓度传感装置内分别设有光散射腔及与之配合的光路系统和气路系统。这类基于光学原理的测量方法或装置,虽然测量精度比较高,但是其成本往往比较高,限制了它的应用范围。
近年来,有人提出通过使颗粒带电来实现对纳米颗粒进行捕集。例如,中国专利(授权公告号CN1229637C)提出了一种“用于测定大气中悬浮颗粒物的方法和设备”,即利用由放电电极产生的单极性离子使所述悬浮颗粒物带有电荷,并且由此将带有电荷的颗粒吸附到相对于所述放电电极存在电位差的捕集电极上,从而利用该捕集电极将所述颗粒捕集起来。
同时,美国专利(申请号US20080047373A1)提出了一种“Particle measuring system and method”,通过设置分析器、过滤层对微粒进行分类,再对待测微粒进行凝结核化处理,利用光学装置测量其数量和粒度。
发明内容
本发明的目的是提供一种微粒测量装置及其测量方法,能够通过对拍摄的带电微粒在云室中的运动轨迹的图像分析来获得微粒的浓度和粒度,从而为微粒测量特别是纳米颗粒的测量技术的进步提出了新的思路。
一种利用云室进行微粒测量的系统,该系统包括有:
机身,它是与用途有关的支撑结构,包括有用以输送微粒的通道;
电荷附加器,它是与前述的机身对应设置的电荷释放结构,用以对待测量的微粒进行电荷附加操作;
云室,它是与机身对应设置的通过前述的电荷附加器来加载上电荷的带电微粒的最终导入场所,用以通过带点微粒在云室中的凝聚效应来显示出带电微粒的运动轨迹;
摄像装置,它是与前述的云室对应设置的摄像结构,用以摄录带电微粒在云室中凝聚的轨迹状况;
微粒分析组件,它与前述的摄像装置相连通,用以依据预先建立的微粒的轨迹状况与微粒状况的对应关系,对摄录的带电微粒的运动轨迹的状况进行分析,并判定得出微粒的状况。
进一步,所述的利用云室进行微粒测量的系统,还具有如下技术特征:
与所述的电荷附加器相连通,设置有用以向所述的电荷附加器提供电荷的电荷聚集器。
在所述的设置在机身上的通道上,以输送微粒为目的设置有微粒输送驱动装置,该微粒输送驱动装置可为可产生电场方向与通道内的微粒走向一致或相反的电场发生装置或可产生与通道内的微粒走向一致的风力发生装置。
在所述的通道上,设置有用以将微粒导入至通道内的微粒入口,对应着该微粒入口,在该通道上设置有用以对微粒实现过滤功能的过滤层。
所述的微粒分析组件,包括有用以将所述的运算处理器分析的微粒状况进行显示的微粒结果显示组件,在该微粒分析组件上设置有包括预先建立的微粒的标准运动轨迹与微粒状况的对应关系的参照标准模块,以及将微粒的实际运动轨迹与前述的参照标准模块中的标准运动轨迹进行比较的比较模块,以及将前述的比较模块所得的对比数据依据前述的参照标准模块中的对应关系进行判定的结果判定模块。
一种利用云室进行微粒测量的方法,所述的利用云室进行微粒测量的系统如前面所述,该方法包括如下步骤:
步骤1,给微粒加电;
步骤2,将带电微粒导入至云室;
步骤3,带电微粒在云室中运动,并摄录其运动状况;
步骤4,依据所摄录的数据分析微粒的状况。
进一步,所述的利用云室进行微粒测量的方法,还具有如下技术特征:
步骤1中,给微粒加电包括如下步骤:a、微粒经由过滤层过滤,筛选出待测微粒,b、待测微粒进入电荷附加通道,由电荷附加器向待测微粒附加电荷。
步骤2中,设置在通道上的微粒输送驱动装置提供与通道内的带电微粒走向一致或相反的电场,在电场力的驱动下,将带电微粒经由云室带电微粒入口输送至云室。
步骤2中,设置在通道上的微粒输送驱动装置提供与通道内的带电微粒走向一致的风力,在此力的驱动下,将带电微粒经由云室带电微粒入口输送至云室。
步骤3中,在云室中设置磁场发生器,在该磁场发生器产生的磁场的作用下,带电微粒在云室中做曲线运动。
步骤4中,经由运算处理器,根据轨迹的长短、浓度以及带电微粒在磁场中的运动路径,分析微粒的种类和性质。
步骤4中,利用比较模块将经由摄像装置获得的微粒的实际运动轨迹的图像数据与参照标准模块中预先建立的标准运动轨迹的图像数据进行比较,依据参照标准模块中预先建立的微粒的标准运动轨迹与微粒状况的对应关系,利用结果判定模块对前述的比较模块所得的对比数据进行判定并得出待测微粒的状况。
本发明的优点:
本发明所述的利用云室进行微粒测量的系统,包括有起支撑作用的机身,以及对应机身设置的用以对待测量的微粒进行电荷附加操作的电荷附加器,以及与机身对应设置的用以通过带点微粒在云室中的凝聚效应来显示带电微粒运动轨迹的云室,以及与云室对应设置的用以摄录带电微粒的运动轨迹的摄像装置,以及与摄像装置相连用以对带电微粒的运动轨迹进行判定的微粒分析组件。其对应的测量方法为给微粒加电,将带电微粒导入至云室,带电微粒在云室中运动并摄录其运动状况,依据所摄录的数据分析微粒的状况。本微量测量系统通过对拍摄的带电微粒在云室中的运动径迹的分布、浓度和截面来分析微粒的浓度和粒度,从而为利用云室对微粒测量特别是纳米颗粒的测量技术的进步提出了一定的新思路。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式,对本发明利用云室进行微粒测量的系统及方法,作进一步详细的说明:
图1为本发明所述的微粒测量系统的结构框图。
图2为本发明所述的微粒测量的方法的流程图。
图3为本发明所述的微粒测量系统的一种具体实施例。
图4为对应图3的实施例带电微粒在云室中的部分运动轨迹。
图中的标号说明:
利用云室进行微粒测量的系统-100,机身-110,通道-120,电荷附加通道-121,微粒入口-121a,过滤层-121b,带电微粒输送通道-122,通道带电微粒入口-123,微粒输送驱动装置-124,电场发生器-124a,云室带电微粒入口-125,电荷附加器-130,电荷聚集器-140,云室-150,摄像装置-160,微粒分析组件-170,参照标准模块-171,比较模块-172,结果判定模块-173,运算处理器-174,微粒结果显示组件-175,显示屏-175a。
具体实施方式
本发明所述的微粒测量系统的实现原理为:利用电荷附加装置给待测微粒附加上电荷,利用带电微粒驱动装置将带电微粒输送至云室,带电微粒进入云室后发生凝聚效应,利用摄录装置将带电微粒在云室中的轨迹拍摄下来,通过对拍摄的数据进行分析从而得出微粒的浓度和粒度状况。
首先参照图1展示的本发明所述的微粒测量系统的结构框图,对本发明做一个整体介绍。
本发明所述的利用云室进行微粒测量的系统100,包括有与用途有关的起支撑作用的机身110,在该机身110上设置有用以输送微粒的通道120。该通道120与具体的用途有关可分为电荷附加通道121和带电微粒输送通道122。其中,在电荷附加通道121上,设置有用以将微粒导入至电荷附加通道121内的微粒入口121a,对应着该微粒入口121a,在该电荷附加通道121上设置有用以对微粒实现过滤操作的过滤层121b。在带电微粒输送通道122上,对应着后述的电荷附加器130设置有用以将带电微粒由电荷附加通道121导入至微粒输送通道122的通道带电微粒入口123,对应着后述的云室150,设置有用以将通道120中的带电微粒由带电微粒输送通道122输送至后述的云室150的云室带电微粒入口125。作为对本发明的一种改进而非限定,以输送微粒为目的,在通道120内设置有微粒输送驱动装置124,在本发明中,作为举例而非限定,该微粒输送驱动装置124为可产生电场方向与通道内的微粒走向一致或相反的电场发生装置或者可产生与通道内的微粒走向一致的风力发生装置。
对应着设置在前述的机身110上的电荷附加通道121,本发明所述的利用云室进行微粒测量的系统100设置有用以对待测量的微粒进行电荷附加操作的电荷附加器130。它可采用设置有呈阵列分布的尖端型电荷附加器来实现。作为举例而非限定,对应着前述的微粒入口121a和过滤层121b,该电荷附加器130设置在前述的电荷附加通道121的内壁上。进一步地,以向该电荷附加器130提供电荷为目的,与该电荷附加器130相连通设置有电荷聚集器140,该电荷聚集器140可采用静电聚集器来实现的。
对应着设置在前述的机身110上的带电微粒输送通道122,本发明所述的利用云室进行微粒测量的系统100设置有云室150。它是与前述的机身110对应设置的通过前述的电荷附加器130来加载上电荷的带电微粒的最终导入场所,用以通过带点微粒在云室150中的凝聚效应来显示出带电微粒的运动轨迹。在该云室150中设置有磁场发生器151,在该磁场发生器151产生的磁场的作用下使带电微粒在云室150中做曲线运动。作为举例而非限定,对应着带电微粒输送通道122,在云室150的一端设置有用以导入带电微粒的云室带电微粒入口125,对应着该云室带电微粒入口125,与云室150的另一端相连通设置有后述的摄像装置160。其中,所述的云室带电微粒入口125可采用电阀门来实现。
对应着前述的云室150,本发明所述的利用云室进行微粒测量的系统100设置有摄像装置160,用以摄录带电微粒在云室中凝聚的轨迹状况,包括运动轨迹的路径长度、形状和垂直于路径方向上的轨迹面的大小。它可以采用摄像头来实现。
对应着前述的摄像装置160,本发明所述的利用云室进行微粒测量的系统100设置有微粒分析组件170。它与前述的摄像装置160相连通,用以依据预先建立的微粒的轨迹状况与微粒状况的对应关系,对摄录的带电微粒的运动轨迹的状况进行分析,并判定得出微粒的状况。作为对本发明的一种改进而非限定,在该微粒分析组件170上设置有包括预先建立的微粒的标准运动轨迹与微粒状况的对应关系的参照标准模块171,以及将微粒的实际运动轨迹与前述的参照标准模块171中的标准运动轨迹进行比较的比较模块172,以及将前述的比较模块172所得的对比数据依据前述的参照标准模块171中的对应关系进行判定的结果判定模块173。该微粒分析组件170,包括有用以根据拍摄的带电微粒的运动轨迹的图像数据来分析微粒的状况的运算处理器174,以及用以将前述的运算处理器174分析的微粒状况进行显示的微粒结果显示组件175。该微粒结果显示组件175一般采用显示屏或扬声器来实现。
结合图1所述的微粒测量系统的结构框图,图2给出了基于该微粒测量系统的测量方法的流程图。该方法包括如下步骤:
步骤1,给微粒加电。微粒由微粒入口121a进入电荷附加通道121中,经由过滤层121b过滤之后,通过电荷附加器130给微粒附加电荷。
步骤2,将带电微粒导入至云室。通过电荷附加器130附加上电荷的带电微粒经由通道带电微粒入口123进入带电微粒输送通道122。设置在带电微粒输送通道122上的微粒输送驱动装置124提供与通道内的带电微粒走向一致或相反的电场或与通道内的带电微粒走向一致的风力,在该动力驱动下,将带电微粒经由云室带电微粒入口125导入至云室150。
步骤3,带电微粒在云室150中运动,并摄录其运动状况。带电微粒进入云室150之后,发生凝聚效应,利用摄像装置160拍摄带电微粒在云室150中的轨迹状况,包括运动轨迹的路径长度、形状和垂直于路径方向上的轨迹面的大小。同时,在云室150中设置磁场发生器151,在该磁场发生器151产生的磁场的作用下,带电微粒可在云室中做曲线运动。
步骤4,依据所摄录的数据分析微粒的状况。利用比较模块172将经由摄像装置160获得的微粒的实际运动轨迹的图像数据(例如,轨迹的长短、浓度以及带电微粒在磁场中的运动路径)与参照标准模块171中预先建立的标准运动轨迹的图像数据进行比较,依据参照标准模块171中预先建立的微粒的标准运动轨迹与微粒状况的对应关系,利用结果判定模块173对前述的比较模块172所得的对比数据进行判定并得出待测微粒的状况。
具体实施例
图3为本发明所述的微粒测量系统的一种具体实施例。在本实施例中,微粒输送驱动装置124采用电场发生器124a来实现,微粒结果显示组件采用显示屏175a来实现。
本实施例所述的利用云室进行微粒测量的系统100,包括其支撑作用的机身110,在该机身110上设置有通道120,该通道120分为电荷附加通道121和带电微粒输送通道122。在电荷附加通道121上设置有微粒入口121a,对应着该微粒入口121a,在该电荷附加通道121上设置有过滤层121b。在带电微粒输送通道122上设置有通道带电微粒入口123和云室带电微粒入口125,以及电场发生器124a。对应着前述的微粒入口121a和过滤层121b,在电荷附加通道121内设置电荷附加器130。对应着带电微粒输送通道122的一端设置有云室150,在云室150的一端设置有云室带电微粒入口125,对应着该云室带电微粒入口125,与云室150的另一端相连通设置有摄像装置160。对应着摄像装置160,设置有运算处理器174,与该运算处理器174相连通设置有微粒结果显示组件显示屏175a。
结合图4所述的带电微粒在云室中的部分运动轨迹,本实施例所述的利用云室进行微粒测量的系统100的测量方法为:
微粒由微粒入口121a进入电荷附加通道121中,经由过滤层121b过滤之后,通过电荷附加器130给微粒附加电荷。通过电荷附加器130附加上电荷的带电微粒经由通道带电微粒入口123进入带电微粒输送通道122。在由电场发生器124a提供的与通道122内的带电微粒走向一致的电场力的驱动下,带电微粒经由云室带电微粒入口125导入至云室150。
带电微粒进入云室150后发生凝聚效应,利用摄像装置160拍摄带电微粒在云室150中的轨迹状况,所得拍摄数据如图4中的c-f所示,带电微粒进入云室150后会以一个初速度作平抛运动,假定初速度的方向为立体坐标系中的x轴正方向,其中:图4中的c为垂直与x轴的z轴方向上拍摄的微粒的路径;图4中的d为x轴负方向上拍摄的微粒的路径的横截面;图4中的e为分别从y轴的正方向和负方向拍摄的微粒的曲线路径。
预先建立的标准运动轨迹的图像数据如图4中的a-b所示,其中:图4中的a为微粒路径宽度对应的微粒尺度,图4中的b为垂直于微粒路径的截面对应的微粒尺度。利用运算处理器174将由摄像装置160所得的如图4中的c-f所示的图像与如图4中的a-b所示的标准运动轨迹的图像进行比较,依据预先建立的单个微粒的标准运动轨迹与微粒个数的一一对应关系,判定并得出待测微粒的状况为“空气中微粒的浓度为1900个/cm3,其中,50-100nm的纳米微粒约为500个,介于100-500nm之间的微粒约为700个,500-1000nm的微粒约为700个”。
以上是对本发明的描述而非限定,基于本发明思想的其它实施方式,均在本发明的保护范围之中。
Claims (15)
1.一种利用云室进行微粒测量的系统,其特征在于,该系统包括有:
机身,它是与用途有关的支撑结构,包括有用以输送微粒的通道;
电荷附加器,它是与前述的机身对应设置的电荷释放结构,用以对待测量的微粒进行电荷附加操作;
云室,它是与机身对应设置的通过前述的电荷附加器来加载上电荷的带电微粒的最终导入场所,用以通过带点微粒在云室中的凝聚效应来显示出带电微粒的运动轨迹;
摄像装置,它是与前述的云室对应设置的摄像结构,用以摄录带电微粒在云室中凝聚的轨迹状况;
微粒分析组件,它与前述的摄像装置相连通,用以依据预先建立的微粒的轨迹状况与微粒状况的对应关系,对摄录的带电微粒的运动轨迹的状况进行分析,并判定得出微粒的状况。
2.根据权利要求1所述的利用云室进行微粒测量的系统,其特征在于:与所述的电荷附加器相连通,设置有用以向所述的电荷附加器提供电荷的电荷聚集器。
3.根据权利要求1所述的利用云室进行微粒测量的系统,其特征在于:在所述的设置在机身上的通道上,以输送微粒为目的设置有微粒输送驱动装置。
4.根据权利要求3所述的利用云室进行微粒测量的系统,其特征在于:所述的微粒输送驱动装置,为可产生电场方向与通道内的微粒走向一致或相反的电场发生装置。
5.根据权利要求3所述的利用云室进行微粒测量的系统,其特征在于:所述的微粒输送驱动装置,为可产生与通道内的微粒走向一致的风力发生装置。
6.根据权利要求1所述的利用云室进行微粒测量的系统,其特征在于:在所述的通道上,设置有用以将微粒导入至通道内的微粒入口,对应着该微粒入口,在该通道上设置有用以对微粒实现过滤功能的过滤层。
7.根据权利要求1所述的利用云室进行微粒测量的系统,其特征在于:所述的微粒分析组件,包括有用以将所述的运算处理器分析的微粒状况进行显示的微粒结果显示组件。
8.根据权利要求1所述的利用云室进行微粒测量的系统,其特征在于:所述的微粒分析组件,包括有预先建立的微粒的标准运动轨迹与微粒状况的对应关系的参照标准模块,以及将微粒的实际运动轨迹与前述的参照标准模块中的标准运动轨迹进行比较的比较模块,以及将前述的比较模块所得的对比数据依据前述的参照标准模块中的对应关系进行判定的结果判定模块。
9.一种利用云室进行微粒测量的方法,所述的利用云室进行微粒测量的系统如权力要求1所述,其特征在于该方法包括如下步骤:
步骤1,给微粒加电;
步骤2,将带电微粒导入至云室;
步骤3,带电微粒在云室中运动,并摄录其运动状况;
步骤4,依据所摄录的数据分析微粒的状况。
10.根据权利要求9所述的利用云室进行微粒测量的方法,其特征在于:步骤1中,给微粒加电包括如下步骤:
a、微粒经由过滤层过滤,筛选出待测微粒,
b、待测微粒进入电荷附加通道,由电荷附加器向待测微粒附加电荷。
11.根据权利要求9所述的利用云室进行微粒测量的方法,其特征在于:步骤2中,设置在通道上的微粒输送驱动装置提供与通道内的带电微粒走向一致或相反的电场,在电场力的驱动下,将带电微粒经由云室带电微粒入口输送至云室。
12.根据权利要求9所述的利用云室进行微粒测量的方法,其特征在于:步骤2中,设置在通道上的微粒输送驱动装置提供与通道内的带电微粒走向一致的风力,在此力的驱动下,将带电微粒经由云室带电微粒入口输送至云室。
13.根据权利要求9所述的利用云室进行微粒测量的方法,其特征在于:步骤3中,在云室中设置磁场发生器,在该磁场发生器产生的磁场的作用下,带电微粒在云室中做曲线运动。
14.根据权利要求9所述的利用云室进行微粒测量的方法,其特征在于:步骤4中,经由运算处理器,根据轨迹的长短、浓度以及带电微粒在磁场中的运动路径,分析微粒的种类和性质。
15.根据权利要求9所述的利用云室进行微粒测量的方法,其特征在于:步骤4中,利用比较模块将经由摄像装置获得的微粒的实际运动轨迹的图像数据与参照标准模块中预先建立的标准运动轨迹的图像数据进行比较,依据参照标准模块中预先建立的微粒的标准运动轨迹与微粒状况的对应关系,利用结果判定模块对前述的比较模块所得的对比数据进行判定并得出待测微粒的状况。
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Legal Events
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---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20101208 |