CN103398987B - 一种灰霾成分在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于灰霾成分的在线监测装置，包括灰霾收集单元、信号激发单元、信号收集单元、灰霾状态监测单元和计算机；灰霾收集单元包括灰霾收集腔、粒径选择器、势阱激光器、具有扩束和准直功能的组合透镜、斩光器、高倍聚焦镜头、气流约束器、鞘流管和抽气泵，信号激发单元包括脉冲激光器、第一连接光纤和激发光束聚焦探头，信号收集单元包括信号收集探头、第二连接光纤、光谱仪，灰霾状态监测单元包括灰霾状态监测探头、CCD探测器和USB连接线。本发明能够实时监测空气中灰霾的成分，具有响应速度快、可同时分析多种成分、非接触式测量等特点。

Description

一种灰霾成分在线监测装置

技术领域

本发明涉及一种灰霾成分在线监测装置，属于空气质量监测领域，

技术背景

PM2.5也称为可入肺颗粒物，是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，主要来源于燃烧过程排放的残留物。呼吸过程中，直径在2.5微米以下的细颗粒物不易被阻挡，被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发各种疾病。这些颗粒还可以通过支气管和肺泡进入血液，其中的有害气体、重金属等溶解在血液中，对人体健康的伤害更大。近年来，我国对空气质量的重视程度越来越高，自2012年开始，京津冀、长三角、珠三角等重点区域以及直辖市和各个省会城市均开展了PM2.5的监测工作。从发布的数据来看，目前监测的主要是PM2.5的小时浓度数据，而没有关于PM2.5成分的实时监测数据。

传统的气溶胶化学成分检测方法需要经过收集、提取、分析等过程，分析周期一般为几天，实时性非常差。利用PILS-IC-VA技术可实现气溶胶中阴阳离子、重金属的同时自动测量，其中离子成分的检测由离子色谱完成，重金属由VA完成。这种技术的采样周期一般在数分钟，在很大程度上提高了大气样品的时间分别率，但实时性也不强。质谱技术可实现气溶胶中多种化学成分和含量的同步实时测量，在多个领域均有应用，但其也存在些缺点和不足。以飞行时间质谱仪为例，因缺乏串极功能，限制其进一步的定性能力。

综上所述，现有技术或因分析周期较长、时间分辨率差，或因定性分析能力不足，使它们无法用于灰霾成分的实时在线监测。从我们的调研结果看，目前国内外尚未有与本发明相似的专利或文章发表。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种用于灰霾成分在线监测的装置，这种设备将光学势阱技术与激光诱导击穿光谱技术相结合，实时监测空气中灰霾的成分变化。

本发明技术解决方案如下：一种灰霾成分在线监测装置，包括：灰霾收集单元、信号激发单元、信号收集单元、灰霾状态监测单元和计算机32；所述灰霾收集单元包括灰霾收集腔1、粒径选择器3、势阱激光器8、具有扩束和准直功能的组合透镜12、斩光器14、高倍聚焦镜头18、漏斗形气流约束器19、鞘流管28和抽气泵30；所述信号激发单元包括脉冲激光器22、第一连接光纤21和激发光束聚焦探头20，脉冲激光器22和激发光束聚焦探头20间通过第一连接光纤21相连；所述信号收集单元包括信号收集探头26、第二连接光纤27和光谱仪31，其中信号收集探头26通过第二连接光纤27与光谱仪31相连，光谱仪31与计算机32相连；所述灰霾状态监测单元由灰霾状态监测探头23、CCD探测器24和USB连接线25组成，CCD探测器24与计算机32通过USB连接线25连接；粒径选择器3位于灰霾收集腔1前端面的进样口上，粒径选择器3后部装有势阱激光器8，势阱激光器8固定于第一光学调整架9上，并通过第一支架10固定于灰霾收集腔1内的底板5上；具有扩束和准直功能的组合透镜12固定于势阱激光器8后部的第二光学调整架11上，第二光学调整架11通过第二支架13与灰霾收集腔1内的底板5相连；具有扩束和准直功能的组合透镜12之后是斩光器14，斩光器14通过第三支架15固定于灰霾收集腔1内的底板5上；高倍聚焦镜头18安装于斩光器14后部的第三光学调整架16上，并通过第四支架17与灰霾收集腔1内的底板5相连。漏斗形气流约束器19紧邻灰霾收集腔1内底板5的后端面安装，且口径较大的一端朝向进样口方向；灰霾收集腔1的轴心线、势阱激光器8的轴心线、具有扩束和准直功能的组合透镜12的光轴方向、高倍聚焦镜头18的光轴方向和漏斗形气流约束器19的轴心线均重合；灰霾收集腔1的后端面外侧的轴心线位置处装有鞘流管28，鞘流管28的尾端通过软管29与抽气泵30相连；灰霾收集腔1后端面前部的灰霾收集腔1侧壁上开有3个螺纹孔，分别用于固定激发光束聚焦探头20、信号收集探头26和灰霾状态监测探头23，势阱光束焦点、激发光束聚焦探头20焦点、信号收集探头26焦点和灰霾状态监测探头23焦点均重合于一点，激发光束聚焦探头20的轴心线、信号收集探头26的轴心线和灰霾状态监测探头23的轴心线在同一平面内，且与灰霾收集腔1的轴心线垂直，灰霾状态监测探头23位于灰霾收集腔1径向剖面的正上方，激发光束聚焦探头20和信号收集探头26对称分布于灰霾状态监测探头23的两侧，激发光束聚焦探头20和信号收集探头26的轴心线夹角为90度；

含有灰霾的大气在进样口由粒径选择器3滤除大粒子后进入灰霾收集腔1，并由漏斗形气流约束器19约束至灰霾收集腔1的轴心线附近；来自势阱激光器8的势阱光束经具有扩束和准直功能的组合透镜12作用后变为平行光束，经高倍聚焦镜头18后形成光学势阱，光学势阱焦点位于灰霾收集腔1后端面前方处；当势阱光束从漏斗形气流约束器19口径较小的一端即气流出口端穿过时，会将气流出口附近的待分析灰霾粒子俘获并输运至势阱光束焦点处；来自脉冲激光器22的脉冲激光被激发光束聚焦探头20聚焦于激发光束聚焦探头20焦点处，脉冲激光与灰霾相互作用产生等离子体发射光谱，位于信号收集探头26焦点处的等离子体发射光谱被信号收集探头26收集后经第二连接光纤27传至光谱仪31，并由计算机32控制光谱仪31进行数据采集；在两激发脉冲的作用间隙，旋转的斩光器14将遮挡势阱光束避免光学势阱的形成，从而消除势阱光束对其焦点处灰霾的束缚作用，有利于势阱光束焦点附近的灰霾在气流的作用下，经鞘流管28排出灰霾收集腔1；灰霾状态监测探头23安装于灰霾收集腔1的正上方，将灰霾状态监测探头23焦点处的灰霾状态实时成像于CCD探测器24上，并在计算机32中加以显示，实现灰霾状态的实时监测。

所述灰霾收集腔1为圆筒形结构，其前半部分的内壁上开有两条直角凹槽6，两直角凹槽6位于灰霾收集腔1的轴心线下方，关于轴心线所在竖直平面对称，两直角凹槽长度为灰霾收集腔1长度的2/3，两条直角凹槽6内嵌有长方形底板5，底板5上留有若干等距的螺纹孔，便于势阱激光器8、具有扩束和准直功能的组合透镜12、斩光器14和高倍聚焦镜头18等的安装和调整。

所述灰霾收集腔1的内表面经过粗糙化和发黑处理，可防止各种杂散光在腔内形成镜面反射，有助于提高收集信号的信噪比。

所述灰霾收集腔1的侧壁上距离进样口10cm处开有均布的吹扫气孔7，吹扫气孔7轴心线与灰霾收集腔1的轴心线间的夹角均为30度，吹扫气流朝向进样口方向，吹扫气流可清扫附着在粒径选择器上的大粒子，防止粒径选择器3被堵塞。

所述斩光器14采用对称的扇形结构，由电机带动旋转，电机转轴与灰霾收集腔1的轴心线平行，两轴心线之间的距离为扇面半径的4/5，这样可以最大程度的延长斩光器14的挡光时间，尽量排除势阱光束焦点处的灰霾。

所述信号激发单元的脉冲激光器22的重复频率可调。

所述激发光束聚焦探头20、信号收集探头26和灰霾状态监测探头23均为圆筒形结构，圆筒内部均安装有透镜组，圆筒形结构便于加工且调节方便；激发光束聚焦探头20的轴心线、信号收集探头26的轴心线和灰霾状态监测探头23的轴心线在同一平面内，三条轴心线相交于势阱光束焦点处；激发光束聚焦探头20的轴心线、信号收集探头26的轴心线和灰霾状态监测探头23的轴心线所在的平面距灰霾收集腔1后端面的内表面5cm。

所述信号收集单元中的光谱仪31能够覆盖200～1000nm的波长范围，同时采集多种成分的原子和离子的发射光谱，可实现对样品中多种成分的同步测量。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）本发明提出的灰霾成分在线监测装置利用光学势阱技术将灰霾粒子约束至势阱光束的焦点处。由于原子和离子的发射谱线波长是与特定元素一一对应的，而且光谱信号强度与对应元素的含量具有一定的量化关系。基于这一关系，利用高功率密度的脉冲激光与物质相互作用产生瞬态等离子体，并对等离子体中的原子和离子发射光谱进行收集，进而实现对物质化学元素的定性和定量分析，实现空气中灰霾成分的实时监测，具有响应速度快、可同时分析多种成分、非接触式测量等特点。

（2）本发明利用激光势阱可有效且无损的俘获和传输空气中的灰霾。

（3）装置采用的光谱仪可覆盖200～1000nm的波长范围，能同时采集多种成分的原子和离子的发射光谱，因此可实现灰霾中多种成分的同步监测。

（4）利用灰霾状态监测单元可实时监测激光势阱焦点处灰霾状态的变化。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中激发光束聚焦探头和信号收集探头的径向剖面图；

图3为本发明中灰霾状态监控探头的剖面图；

图4为灰霾收集单元的轴向剖面图；

图5为激发光束聚焦探头轴心线与信号收集探头轴心线所在平面的剖面视图。

其中，1为灰霾收集腔，2为灰霾收集腔底座，3为粒径选择器，4为第一压环，5为灰霾收集腔内的底板，6为两条直角凹槽，7为吹扫气孔，8为势阱激光器，9为第一光学调整架，10为第一支架，11为第二光学调整架，12为具有扩束和准直功能的组合透镜，13为第二支架，14为斩光器，15为第三支架，16为第三光学调整架，17为第四支架，18为高倍聚焦镜头，19为漏斗形气流约束器，20为激发光束聚焦探头，21为第一连接光纤，22为脉冲激光器，23为灰霾状态监测探头，24为CCD探测器，25为USB口的数据线，26为信号收集探头，27为第二连接光纤，28为鞘流管，29为软管，30为抽气泵，31为光谱仪，32为计算机，33为光纤接头，34为第二压环，35为激发光束聚焦探头的圆筒，36为扩束透镜，37为第一聚焦透镜，38为第三压环，39为灰霾状态监测探头的圆筒，40为第二聚焦透镜，41为收集透镜，42为第四压环，43为第五压环，44为CCD探测器。

具体实施方式

如图1所示，本发明的灰霾成分在线监测装置包括灰霾收集单元、信号激发单元、信号收集单元、灰霾状态监测单元和计算机32。灰霾收集单元包括灰霾收集腔1、粒径选择器3、势阱激光器8、具有扩束和准直功能的组合透镜12、斩光器14、高倍聚焦镜头18、气流约束器19、鞘流管28和抽气泵30；信号激发单元包括脉冲激光器22、激发光束聚焦探头20和第一连接光纤21，脉冲激光器22和激发光束聚焦探头20通过第一连接光纤21相连；信号收集单元包括信号收集探头26、光谱仪31和第二连接光纤27，信号收集探头通过第二连接光纤27与光谱仪31相连；灰霾状态监测单元由灰霾状态监测探头23、CCD探测器24和USB连接线25组成，CCD探测器24和计算机32间通过USB连接线25连接；灰霾状态监测单元与信号收集单元共用一台计算机32。

灰霾收集腔1采用圆筒形结构，其前半部分的内壁上开有两条直角凹槽6，两直角凹槽6位于灰霾收集腔1轴心线下方，并关于轴心线所在竖直平面对称，两直角凹槽6长度为灰霾收集腔1长度的2/3，两直角凹槽6内嵌有长方形底板5；粒径选择器3位于灰霾收集腔1前端面的进气口上，并通过第一压环4与灰霾收集腔1相连；粒径选择器3后部安装有势阱激光器8，势阱激光器8通过第一光学调整架9和第一支架10固定于灰霾收集腔1内的底板5上；具有扩束和准直功能的组合透镜12固定于势阱激光器8后部的第二光学调整架11上，第二光学调整架11通过第二支架13与灰霾收集腔1内的底板5相连；具有扩束和准直功能的组合透镜12后部装有斩光器14，斩光器14通过第三支架15与灰霾收集腔1内的底板5相连；高倍聚焦镜头18安装于斩光器14之后，高倍聚焦镜头18通过第三光学调整架16和第四支架17与灰霾收集腔1内的底板5相连；漏斗形气流约束器19的前端面紧邻灰霾收集腔1内底板5的后端面，漏斗形气流约束器19口径较大的一端朝向进气口方向，为漏斗形气流约束器19的气流入口；灰霾收集腔1的轴心线、势阱激光器8的轴心线、具有扩束和准直功能的组合透镜12的光轴方向、高倍聚焦镜头18的光轴方向和气流约束器19的轴心线均重合；灰霾收集腔1后端面外侧的轴心线位置处装有鞘流管28，鞘流管28尾端通过软管29与抽气泵30相连；距灰霾收集腔1后端面5cm处的灰霾收集腔1侧壁上开有3个螺纹孔，分别用于固定信号激发单元的激发光束聚焦探头20、信号收集单元的信号收集探头26和灰霾状态监测单元的灰霾状态监测探头23。激发光束聚焦探头20和信号收集探头26的机械结构完全相同，此处仅以激发光束聚焦探头20为例进行介绍。

如图2所示，激发光束聚焦探头20的结构：扩束透镜36和第一聚焦透镜37分别通过第二压环34和第三压环38固定于圆筒35内，光纤21通过光纤接头33与激发光束聚焦探头20相连。

如图3所示，灰霾状态监测探头23的结构：第二聚焦透镜40和收集透镜41分别通过第四压环42和第五压环43固定于圆筒39内，CCD探测器44通过螺纹与圆筒39相连。

含有灰霾的大气在灰霾收集单元的进样口处由粒径选择器3滤除大粒子后进入灰霾收集腔1内，并由漏斗形气流约束器19约束至灰霾收集腔1的轴心线附近。来自势阱激光器8的势阱光束经具有扩束和准直功能的组合透镜12作用后变为平行光束，平行光束经过高倍聚焦镜头18后形成光学势阱，势阱焦点位于灰霾收集腔1后端面前5cm处。当势阱光束从气流约束器19口径较小的一端(气流出口)穿过时，会将气流出口附近的待分析灰霾粒子俘获并输运至势阱光束焦点处；来自脉冲激光器22的脉冲激光被激发光束聚焦探头20聚焦于势阱光束的焦点处。聚焦后的脉冲激光与灰霾相互作用产生等离子体发射光谱，该发射光谱被信号收集探头26收集后经第二连接光纤27传至光谱仪31，并由计算机32控制光谱仪31进行数据采集；灰霾状态监测探头23可将势阱光束焦点处的灰霾状态实时成像于CCD探测器24上，CCD探测器24通过USB连接线25将图像信息传输给计算机32并加以显示。

粒径选择器3为滤网结构，通过第一压环4固定于灰霾收集腔1上，实验时可根据需要更换滤网，选择进入灰霾收集腔1内的灰霾粒子的尺寸。

用于产生势阱光束的连续激光器8固定于第一光学调整架9上，并通过第一支架10固定于灰霾收集腔1内的底板5上，通过第一光学调整架9和第一光学支架10调整势阱激光器8的高度和方向，使势阱激光器8的轴心线与灰霾收集腔1的轴心线完全重合。

具有扩束和准直功能的组合透镜12安装于第二光学调整架11上，并通过第二支架13固定于灰霾收集腔1的底板5上，安装具有扩束和准直功能的组合透镜12时，使其光轴方向与灰霾收集腔1的轴心线重合。

高倍聚焦镜头18安装在第三光学调整架16上，并通过第四支架17与灰霾收集腔1的底板5相连，安装过程中通过调整第三光学调整架16和第四支架17的方向和高度，使高倍聚焦透镜18的光轴与灰霾收集腔1的轴心线重合。

漏斗形气流约束器19直接通过螺钉固定于灰霾收集腔1的内壁上，调整漏斗形气流约束器19的位置和方向，使漏斗形气流约束器19的轴心线和灰霾收集腔1的轴心线完全重合。在漏斗形气流约束器19的作用下，灰霾将被约束至势阱光束周围，这种设计大大提高了势阱光束俘获灰霾粒子的效率。

考虑到经过激发后的灰霾成分可能会对未被激发的灰霾成分的分析结果产生干扰，灰霾收集腔1中安装了斩光器14。斩光器14通过第三支架15固定于灰霾收集腔1内的底板5上，定义灰霾收集腔1的轴心线为Ⅰ，斩光器14电机转轴的轴心线为Ⅱ，安装过程中调整斩光器14的高度和方向，使灰霾收集腔1的轴心线为Ⅰ和斩光器14的电机转轴的轴心线为Ⅱ平行，两轴心线之间的距离为斩光器14扇面半径的4/5。

所述灰霾收集腔1的侧壁上距离进样口10cm处开有均布的吹扫气孔7，定义吹扫气孔的轴心线为III，吹扫气孔7的轴心线III与灰霾收集腔1的轴心线Ⅰ间的夹角均为30度，如图4所示；吹扫气流朝向进样口方向，吹扫气流可清扫附着在粒径选择器3上的大粒子，防止粒径选择器3被堵塞。

如图4和图5所示，定义势阱光束焦点为ⅰ，激发光束聚焦探头20的轴心线和焦点为Ⅳ和ⅱ，灰霾状态监测探头23的轴心线和焦点为Ⅴ和ⅲ，信号收集探头26的轴心线和焦点为VI和ⅳ，安装过程保证焦点ⅱ、ⅲ和ⅳ与势阱光束焦点ⅰ重合于一点，轴心线IV、Ⅴ和VI在同一平面内，并且相交于上述四个焦点的重合点，轴心线IV、Ⅴ和VI构成的平面与灰霾收集腔1的轴心线Ⅰ垂直。为避免激发光束对等离子体发射光谱的影响，将轴心线IV和Ⅴ之间的夹角设置为90度。轴心线Ⅴ和VI之间的夹角为45度。

光谱仪的波长范围在200～1000nm范围，能够同时采集多种成分的原子和离子的发射光谱，由于发射光谱所在波长与辐射源特征（是何种物质的原子或离子）是相对应的，将发射谱线和已有的数据库进行比较分析，即能够快速实现对灰霾中多种成分的同步测量。

为避免形成光学势阱的势阱光束在灰霾收集腔1内的后端面发生反射，在灰霾收集腔1后端面外侧的轴心线处安装了鞘流管28。鞘流管28尾端由软管29与抽气泵30相连。在斩光器14和抽气泵30的共同作用下，被激发后的粒子在没有势阱光束约束的情况下能够快速从灰霾收集腔1内排出。

密封灰霾收集腔1与附属零件的接口（除进气口和鞘流管28的出气口），使系统工作过程中不受腔外空气中灰霾的干扰。用纯净的空气吹扫灰霾收集腔1及其附属零件，直至没有影响实验结果的颗粒。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种灰霾成分在线监测装置，其特征在于包括：灰霾收集单元、信号激发单元、信号收集单元、灰霾状态监测单元和计算机(32)；所述灰霾收集单元包括灰霾收集腔(1)、粒径选择器(3)、势阱激光器(8)、具有扩束和准直功能的组合透镜(12)、斩光器(14)、高倍聚焦镜头(18)、漏斗形气流约束器(19)、鞘流管(28)和抽气泵(30)；所述信号激发单元包括脉冲激光器(22)、第一连接光纤(21)和激发光束聚焦探头(20)，脉冲激光器(22)和激发光束聚焦探头(20)间通过第一连接光纤(21)相连；所述信号收集单元包括信号收集探头(26)、第二连接光纤(27)和光谱仪(31)，其中信号收集探头(26)通过第二连接光纤(27)与光谱仪(31)相连，光谱仪(31)与计算机(32)相连；所述灰霾状态监测单元由灰霾状态监测探头(23)、CCD探测器(24)和USB连接线(25)组成，CCD探测器(24)与计算机(32)通过USB连接线(25)连接；粒径选择器(3)位于灰霾收集腔(1)前端面的进样口上，粒径选择器(3)后部装有势阱激光器(8)，势阱激光器(8)固定于第一光学调整架(9)上，并通过第一支架(10)固定于灰霾收集腔(1)内的底板(5)上；具有扩束和准直功能的组合透镜(12)固定于势阱激光器(8)后部的第二光学调整架(11)上，第二光学调整架(11)通过第二支架(13)与灰霾收集腔(1)内的底板(5)相连；具有扩束和准直功能的组合透镜(12)之后是斩光器(14)，斩光器(14)通过第三支架(15)固定于灰霾收集腔(1)内的底板(5)上；高倍聚焦镜头(18)安装于斩光器(14)后部的第三光学调整架(16)上，并通过第四支架(17)与灰霾收集腔(1)内的底板(5)相连；漏斗形气流约束器(19)紧邻灰霾收集腔(1)内底板(5)的后端面安装，且口径较大的一端朝向进样口方向；灰霾收集腔(1)的轴心线、势阱激光器(8)的轴心线、具有扩束和准直功能的组合透镜(12)的光轴方向、高倍聚焦镜头(18)的光轴方向和漏斗形气流约束器(19)的轴心线均重合；灰霾收集腔(1)的后端面外侧的轴心线位置处装有鞘流管(28)，鞘流管(28)的尾端通过软管(29)与抽气泵(30)相连；靠近灰霾收集腔(1)后端面的灰霾收集腔(1)侧壁上开有3个螺纹孔，分别用于固定激发光束聚焦探头(20)、信号收集探头(26)和灰霾状态监测探头(23)，势阱光束焦点、激发光束聚焦探头(20)焦点、信号收集探头(26)焦点和灰霾状态监测探头(23)焦点均重合于一点，激发光束聚焦探头(20)的轴心线、信号收集探头(26)的轴心线和灰霾状态监测探头(23)的轴心线在同一平面内，且与灰霾收集腔(1)的轴心线垂直，灰霾状态监测探头(23)位于灰霾收集腔(1)径向剖面的正上方，激发光束聚焦探头(20)和信号收集探头(26)对称分布于灰霾状态监测探头(23)的两侧，激发光束聚焦探头(20)和信号收集探头(26)的轴心线夹角为90度；

含有灰霾的大气在进样口由粒径选择器(3)滤除大粒子后进入灰霾收集腔(1)，并由漏斗形气流约束器(19)约束至灰霾收集腔(1)的轴心线附近；来自势阱激光器(8)的势阱光束经具有扩束和准直功能的组合透镜(12)作用后变为平行光束，经高倍聚焦镜头(18)后形成光学势阱，光学势阱焦点位于灰霾收集腔(1)后端面前方处；当势阱光束从漏斗形气流约束器(19)口径较小的一端即气流出口端穿过时，会将气流出口附近的待分析灰霾粒子俘获并输运至势阱光束焦点处；来自脉冲激光器(22)的脉冲激光被激发光束聚焦探头(20)聚焦于激发光束聚焦探头(20)焦点处，脉冲激光与灰霾相互作用产生等离子体发射光谱，位于信号收集探头(26)焦点处的等离子体发射光谱被信号收集探头(26)收集后经第二连接光纤(27)传至光谱仪(31)，并由计算机(32)控制光谱仪(31)进行数据采集；在两激发脉冲的作用间隙，旋转的斩光器(14)将遮挡势阱光束避免光学势阱的形成，从而消除势阱光束对其焦点处灰霾的束缚作用，有利于势阱光束焦点附近的灰霾在气流的作用下，经鞘流管(28)排出灰霾收集腔(1)；灰霾状态监测探头(23)安装于灰霾收集腔(1)的正上方，将灰霾状态监测探头(23)焦点处的灰霾状态实时成像于CCD探测器(24)上，并在计算机(32)中加以显示，实现灰霾状态的实时监测。

2.根据权利要求1所述的灰霾成分在线监测装置，其特征在于：所述灰霾收集腔(1)为圆筒形结构，其前半部分的内壁上开有两条直角凹槽(6)，两直角凹槽(6)位于灰霾收集腔(1)的轴心线下方，并关于轴心线所在竖直平面对称，两条直角凹槽(6)长度为灰霾收集腔(1)的2/3，两条直角凹槽(6)内嵌有长方形底板(5)。

3.根据权利要求1所述的灰霾成分在线监测装置，其特征在于：所述灰霾收集腔(1)的内表面经过粗糙化和发黑处理。

4.根据权利要求1所述的灰霾成分在线监测装置，其特征在于：所述灰霾收集腔(1)的侧壁上距离进样口10cm处开有均布的吹扫气孔(7)，吹扫气孔(7)轴心线与灰霾收集腔(1)的轴心线间的夹角均为30度，吹扫气流朝向进样口方向。

5.根据权利要求1所述的灰霾成分在线监测装置，其特征在于：所述斩光器(14)采用对称的扇形结构，由电机带动旋转，电机转轴与灰霾收集腔(1)的轴心线平行，电机转轴与灰霾收集腔(1)的轴心线之间的距离为扇面半径的4/5。

6.根据权利要求1所述的灰霾成分在线监测装置，其特征在于：所述信号激发单元的脉冲激光器(22)的重复频率可调。

7.根据权利要求1所述的灰霾成分在线监测装置，其特征在于：所述激发光束聚焦探头(20)、信号收集探头(26)和灰霾状态监测探头(23)均为圆筒形结构，圆筒内部均安装有透镜组，激发光束聚焦探头(20)的轴心线、信号收集探头(26)的轴心线和灰霾状态监测探头(23)的轴心线在同一平面内，三条轴心线相交于势阱光束焦点处；激发光束聚焦探头(20)的轴心线、信号收集探头(26)的轴心线和灰霾状态监测探头(23)的轴心线所在的平面距灰霾收集腔(1)后端面的内表面5cm。

8.根据权利要求1所述的灰霾成分在线监测装置，其特征在于：所述信号收集单元中的光谱仪(31)能够覆盖200～1000nm的波长范围，同时采集多种成分的原子和离子的发射光谱，配合相应分析方法可实现对样品中多种成分的同步测量。