CN104833620A - 一种大气颗粒物浓度的监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大气颗粒物浓度的监测装置，被检测气体从环境中进入监测装置中形成一气流通道，所述的监测装置包括一产生光束的光源，所述的光束与所述的气流通道相交叉并在交叉处形成检测区域，在所述的光束一侧设置有一第一光电探测器，所述的光束与所述的第一光电探测器之间设置有同轴排列的第一凸透镜和第二凸透镜，当大气中的颗粒物经过检测区域时光源发出的光束产生散射光，散射光依次通过第一凸透镜、第二凸透镜汇聚到第一光电探测器。靠近检测区域的第一凸透镜的一面是一凸面，可以有效降低空气的颗粒物在其表面的集聚，且所述的第一凸透镜的材料为玻璃或树脂，抗污染能力远大于金属凹面反射镜。
Description
技术领域
本发明涉及一种大气颗粒物浓度的监测装置。
背景技术
在现有技术中，大气颗粒物污染已经成为社会共同关注的重要内容之一。衡量颗粒物浓度的指标主要包括TSP(总悬浮颗粒物)、PM10(空气动力学粒径小于10微米的粒子)和PM2.5(空气动力学粒径小于2.5微米的粒子)。目前颗粒物浓度的检测方法主要由称重法、微振荡天平法、β射线法和光散射法。称重法测量过程复杂，需要专业人士进行操作；微振荡天平法和β射线法可以实现自动测量，但是不能进行实时检测，而且仪器价格昂贵。光散射法是利用微小颗粒对光的散射原理进行检测，具有检测速度快，成本低，使用方便，可以实时在线检测等优点。光散射发分为浊度法和颗粒计数法。浊度法是根据检测腔内所有粒子散射光强度的大小与颗粒浓度之间的关系进行检测。浊度法检测精度低，而且需要加上物理切割器，预先滤除大于2.5微米或者10微米以上的粒子，才能实现PM2.5或者PM10的检测。光学颗粒计数法根据单个粒子的散射光大小测量粒子的粒径，从而求出气体采样体积内颗粒物的大小和数量，因此它可以同时测量出大气中TSP，PM10和PM2.5的浓度，测量方便。目前基于光学颗粒计数原理的颗粒物浓度检测传感器都是采用金属凹面反射镜将散射光汇聚到光电探测器上。检测过程中空气的微小颗粒容易积聚在金属凹面反射镜的表面，损伤反射镜的光学性能，限制了它在高浓度PM2.5检测场所的使用。为了克服该缺点，鞘流装置被用于检测气路，但是，这增加了传感器结构的复杂程度和制作成本。专利CN101715550A提出了一种颗粒物监测装置，直接将探测器置于检测区域很近的位置，省略了凹面镜。在高浓度的PM2.5场所，探测器表面很容易被颗粒物污染，影响传感器的性能，而且采用的表面贴装的探测器，其很容易收到空气中的湿度等因素的影响，不适合室外大气环境的颗粒物浓度检测，而且其为非全体积采样，测量精度低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可以用于室外大气颗粒物浓度检测的大气颗粒物浓度的监测装置。
为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：
一种大气颗粒物浓度的监测装置，被检测气体从环境中进入监测装置中形成一气流通道，所述的监测装置包括一产生光束的光源，所述的光束与所述的气流通道相交叉并在交叉处形成检测区域，在所述的光束一侧设置有一第一光电探测器，所述的光束与所述的第一光 电探测器之间设置有同轴排列的第一凸透镜和第二凸透镜，当大气中的颗粒物经过检测区域时光源发出的光束产生散射光，散射光依次通过第一凸透镜、第二凸透镜汇聚到第一光电探测器。
优选地，所述的第一凸透镜靠近检测区域的面为一凸面，所述的第一凸透镜的为树脂或玻璃材料制成。
优选地，所述的监测装置还包括一底座、设置在底座上的准直透镜、柱面镜，所述的光源为一激光器，所述的激光器发出的光束依次经过准直透镜、柱面镜在气流通道处形成线光斑。
优选地，所述的底座上还设置有反射平面镜、第二光电探测器，所述的光束经过气流通道后有一部分光被散射，未被散射的光通过反射平面镜后的反射光照射到第二光电探测器上，所述的监测装置还包括一反馈控制电路，所述的第二光电探测器测出反射光光强的变化通过反馈电路调节激光器的驱动电流使激光器的输出光功率恒定。
优选地，所述的底座上还设置有第一光阑和第二光阑，所述的气流通道形成在第一光阑与第二光阑之间，所述的激光器发出的光束经过柱面镜后依次经过第一光阑、气流通道、第二光阑。
优选地，所述的监测装置还包括一盖合在所述的底座上的壳盖，所述的壳盖与所述的底座通过注塑模成型，在壳盖内形成密封腔。
优选地，所述的底座上设置有一进气口，所述的壳盖上设置有一排气口，大气中的气体从所述的进气口进入从排气口排出，形成所述的气流通道。
优选地，所述的监测装置还包括一使被检测气体从进气口被抽入从排气口排出的气泵。
优选地，所述的监测装置还包括一控制板，所述的控制板包括一用于驱动激光器的激光器驱动电路、用于检测第一光电探测器和第二光电探测器信号的信号检测电路、所述的反馈控制电路、气泵控制电路。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明所述的一种大气颗粒物浓度的监测装置，激光器发出光束，光束经过准直透镜后形成平行的光束，经过柱面镜后变为线光束，通过第一光阑后消除激光器的边缘光的干扰，然后光束与气流通道相交叉并在交叉处形成检测区域，光束在气流通道处形成线光斑，当检测区域中有微小颗粒通过时，形成散射光，散射光通过第一凸透镜、第二凸透镜到达第一光电探测器，第一光电探测器测量出散射光的大小，从而可以求出气体中颗粒物的大小和数量，可以求出气体中各种颗粒物的质量浓度，从而对空气中的TSP、PM10、PM2.5的浓度进行测量。 其中，靠近检测区域的第一凸透镜的一面是一凸面，可以有效降低空气的颗粒物在其表面的集聚，且所述的第一凸透镜的材料为玻璃或树脂，抗污染能力远大于金属凹面反射镜。另外，激光器和第一光电探测器和第二光电探测器远离检测区域，降低了被检测气体对光电器件的影响，增加了传感器的稳定性。该监测装置可以用于室外大气颗粒物浓度检测。底座和壳盖可以通过注塑模成型的方法进行加工，适合批量生产，制作成本低。
附图说明
图1为本发明所述大气颗粒物浓度的监测装置打没有壳盖的内部结构示意图；
图2为本发明所述大气颗粒物浓度的监测装置盖合壳盖后的结构示意图，
1、底座；2、壳盖；3、控制板；4、激光器；5、准直透镜；6、柱面镜；7、第一光阑；8、第二光阑；9、第一凸透镜；10、第二凸透镜；11、第一光电探测器；12、第二光电探测器；13、反射平面镜；14、排气口；15、进气口。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
如图1～2所示为本发明所述的一种大气颗粒物浓度的监测装置，其包括一底座1、盖合在底座1上的壳盖2，所述的壳盖2与所述的底座1通过注塑模成型的方法进行加工制作，并辅以密封胶，在所述的壳盖2内形成一个密封腔，适合批量生产，制作成本低。所述的壳盖2上设置有一排气口14，在所述的底座1上设置有一进气口15，被检测气体只能从底座1上进气口15和盖板上的排气口14进出。在壳盖2的外部还设置有一使被检测气体从进气口15被抽入从排气口14排出的气泵。
在底座1上安装有激光器4、准直透镜5、柱面镜6、第一凸透镜9、第二凸透镜10、第一光电探测器11、第二光电探测器12、第一光阑7、第二光阑8。被检测气体从环境中被气泵从进气口15被抽入从排气口14排出形成气流通道，气流通道形成在第一光阑7与第二光阑8之间。激光器4发出的光束依次准直透镜5后、柱面镜6和第一光阑7，光束在经过准直透镜5后形成平行光，经过柱面镜6后从点光源变为线光源，在经过第一光阑7时所述的第一光阑7消除激光器4的边缘光的干扰，之后在进气口15上方与气流通道相交叉并在交叉处形成检测区域，且光束与气流通道处交叉后形成均匀的细线光斑。当颗粒物通过检测区域的时候产生散射光，散射光通过第一凸透镜9和汇聚凸透镜到达第一光电探测器11上，第一电探测器测量出散射光的大小，从而求出检测气体中颗粒的大小和数量，从而求 出气体中各种颗粒物的质量浓度，对空气中的TSP、PM10和PM2.5的浓度进行测量。由图1可以看出，第一凸透镜9面向检测区域的表面为一凸面，这样可以有效的降低被检测气体的颗粒物在其表面的积聚，第一凸透镜9的材质为玻璃或者树脂，抗污染能力远大于金属凹面反射镜。
所述的底座1上还安装有第二光阑8、反射平面镜13、第二光电探测器12、控制板3，所述的控制板3包括一用于驱动激光器4的激光器4驱动电路、用于检测第一光电探测器11和第二光电探测器12信号的信号检测电路、反馈控制电路、气泵控制电路。
透过检测区域的光束一部分形成散射光，一部分未被散射的光束经过第二光阑8后通过反射平面镜13的反射下形成反射光，反射光照射到第二光电探测器12上，第二光电探测器12进行检测，通过反馈控制电路自动调节激光器4的驱动电流，使得激光器4输出光功率恒定，提高了检测精度。所述的第二光阑8可以阻挡杂光进入检测区域。
本发明所述的大气颗粒物浓度的监测装置第一光电探测器11、第二光电探测器12、激光器4都远离检测区域，降低了被检测气体对光电器件的影响，增加了传感器的稳定性。该传感器可以用于室外大气颗粒物浓度检测。
以上对本发明做了详尽的描述，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种大气颗粒物浓度的监测装置，被检测气体从环境中进入监测装置中形成一气流通道，所述的监测装置包括一产生光束的光源，所述的光束与所述的气流通道相交叉并在交叉处形成检测区域，在所述的光束一侧设置有一第一光电探测器，其特征在于：所述的光束与所述的第一光电探测器之间设置有同轴排列的第一凸透镜和第二凸透镜，当大气中的颗粒物经过检测区域时光源发出的光束产生散射光，散射光依次通过第一凸透镜、第二凸透镜汇聚到第一光电探测器。
2.根据权利要求1所述的一种大气颗粒浓度的监测装置，其特征在于：所述的第一凸透镜靠近检测区域的面为一凸面，所述的第一凸透镜的为树脂或玻璃材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种大气颗粒浓度的监测装置，其特征在于：所述的监测装置还包括一底座、设置在底座上的准直透镜、柱面镜，所述的光源为一激光器，所述的激光器发出的光束依次经过准直透镜、柱面镜在气流通道处形成线光斑。
4.根据权利要求3所述的一种大气颗粒浓度的监测装置，其特征在于：所述的底座上还设置有反射平面镜、第二光电探测器，所述的光束经过气流通道后有一部分光被散射，未被散射的光通过反射平面镜后的反射光照射到第二光电探测器上，所述的监测装置还包括一反馈控制电路，所述的第二光电探测器测出反射光光强的变化通过反馈电路调节激光器的驱动电流使激光器的输出光功率恒定。
5.根据权利要求4所述的一种大气颗粒浓度的监测装置，其特征在于：所述的底座上还设置有第一光阑和第二光阑，所述的气流通道形成在第一光阑与第二光阑之间，所述的激光器发出的光束经过柱面镜后依次经过第一光阑、气流通道、第二光阑。
6.根据权利要求4所述的一种大气颗粒浓度的监测装置，其特征在于：所述的监测装置还包括一盖合在所述的底座上的壳盖，所述的壳盖与所述的底座通过注塑模成型，在壳盖内形成密封腔。
7.根据权利要求6所述的一种大气颗粒浓度的监测装置，其特征在于：所述的底座上设置有一进气口，所述的壳盖上设置有一排气口，大气中的气体从所述的进气口进入从排气口排出，形成所述的气流通道。
8.根据权利要求7所述的一种大气颗粒浓度的监测装置，其特征在于：所述的监测装置还包括一使被检测气体从进气口被抽入从排气口排出的气泵。
9.根据权利要求7所述的一种大气颗粒浓度的监测装置，其特征在于：所述的监测装置还包括一控制板，所述的控制板包括一用于驱动激光器的激光器驱动电路、用于检测第一光电探测器和第二光电探测器信号的信号检测电路、所述的反馈控制电路、气泵控制电路。
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