CN105510197B - 一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，包括主要由第一上面板、第一下面板、绝缘块、荷电下电极、针尖、单极性高压源和鞘气进气口组成的单极性平板荷电模块，主要由第一斜板、第二斜板、第二上面板、第二下面板、中间垫片、声喷口、对称样气进气口、层流片、上分离电极、下分离电极、分级样气出气口、法拉第杯、第一敏感电极和第二敏感电极组成的颗粒物分级与反演模块，主要由控制器、扫描电压模块、真空泵及其驱动模块和微电流检测装置组成的微电流检测与信号处理模块。本发明还提供一种一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置的测量方法。本发明结构简单，可实现一体集成，为小型化手持式大气细粒子谱的在线测量提供了技术保障。
Description
技术领域
本发明涉及大气环境细粒子检测技术领域，具体是一种一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置及其测量方法。
背景技术
近年来随着生活水平的不断上升，空气污染的不断恶化，人们逐渐把目光投向环境污染这块，对公共健康日益关注，尤其是对大气环境中的颗粒物变得格外重视。虽然细颗粒物只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。研究表明，颗粒越小对人体健康的危害越大。同时细颗粒物能飘到较远的地方，影响范围较大，因此在测量颗粒物浓度时有必要对颗粒物进行分级。
目前国际上普遍采用光散射和空气动力学飞行时间测量相结合的方法来实现光散射粒径或者空气动力学粒径的测量，如光学粒子计数器/空气动力学粒径谱分析仪，但都很难测量粒径在300nm以下的大气细粒子。对于粒径在100nm以下的大气细粒子的粒径测量，国际上主要通过带电粒子在电场中的电迁移特性，根据不同粒径的粒子电迁移率不同，来实现粒径的分级。
国际上传统的纳米级别的粒子分级仪器体积都比较庞大，分为好几个独立模块，而且价格都比较昂贵，如德国Grimm公司的研发人员将电迁移扫描和法拉第杯微电流检测相结合，设计了扫描电迁移率粒径谱仪(SMPS)+法拉第杯静电计(FCE)的组合测量系统，结构复杂、体积庞大，不适宜移动污染源的检测；美国TSI公司设计了快速电迁移率粒径谱仪(FMPS)，采用单极性电晕放电扩散荷电方式，通过使用多电场分级和多静电计并行测量的方式，其中采用的单针尖式电晕放电，离化区范围窄，产生的自由离子数量少，影响了超细颗粒物的荷电效率，而且荷电装置和DMA分级装置采用分体设计，难以一体屏蔽，降低了检测的灵敏度。现有的这些技术一般都采用宏观的机械结构，对零件的加工装配提出了极高的要求，同时一般都难以做到小型化和实时监测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置及其测量方法，弥补现有细粒子谱测量技术的不足，尤其是解决现有测量设备体积庞大、不易携带以及不能实时测量等问题。
本发明的技术方案为：
一种一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，包括单极性平板荷电模块、颗粒物分级与反演模块和微电流检测与信号处理模块；
所述单极性平板荷电模块包括相互平行且正对设置的第一上面板和第一下面板、嵌入第一上面板中的若干绝缘块、设置在第一下面板内表面的荷电下电极、穿透绝缘块的针尖、与针尖连接的单极性高压源以及设置在第一上面板和第一下面板前端的鞘气进气口；
所述颗粒物分级与反演模块包括相互平行且正对设置的第二上面板和第二下面板、调整第二上面板与第二下面板间距的中间垫片、设置在第二上面板和第二下面板前端的声喷口、分别开设在第二上面板和第二下面板上且紧邻声喷口设置的对称样气进气口、设置在第二上面板与第二下面板之间且位于对称样气进气口后侧的层流片、设置在第二上面板内表面且位于层流片后侧的上分离电极、设置在第二下面板内表面且正对上分离电极的下分离电极、开设在下分离电极上靠后位置处及第二下面板上对应位置处的分级样气出气口、一体集成在第二下面板外表面且位于分级样气出气口处的法拉第杯、设置在法拉第杯内部的第一敏感电极以及设置在法拉第杯内表面且与第一敏感电极电气连接的第二敏感电极；
所述微电流检测与信号处理模块包括控制器、扫描电压模块、真空泵及其驱动模块和微电流检测装置；所述控制器的输入端连接微电流检测装置的输出端，所述控制器的输出端连接扫描电压模块和真空泵及其驱动模块的输入端，所述微电流检测装置的输入端连接第二敏感电极，所述扫描电压模块的输出端连接上分离电极和下分离电极；
所述第二上面板的前端一体集成有第一斜板，所述第二下面板的前端一体集成有第二斜板；所述第一斜板一体集成在第一上面板的后端，所述第二斜板一体集成在第一下面板的后端；所述第二上面板与第二下面板的间距小于第一上面板与第一下面板的间距。
所述的一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，所述第一上面板、第一下面板、第二上面板、第二下面板、第一斜板和第二斜板均采用氧化铝陶瓷制备。
所述的一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，所述第一上面板和第一下面板的外表面均涂刷有第一屏蔽电极，所述第二上面板、第二下面板、第一斜板和第二斜板的外表面均涂刷有第二屏蔽电极，所述第一屏蔽电极和第二屏蔽电极均采用厚膜电极。
所述的一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，所述荷电下电极、上分离电极、下分离电极和第二敏感电极均采用厚膜电极。
所述的一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，所述针尖呈阵列结构,所述针尖由钨、铜或不锈钢制备，针尖曲率半径为10～500um，所述第二上面板与第二下面板的间距为0.5～10mm；
所述上分离电极与下分离电极之间构成扫描电场区域，所述扫描电场区域的长度为10～100mm，宽度为10～50mm；
所述第一敏感电极采用多孔金属板制备，所述多孔金属板采用泡沫金属材料制备,其中所述泡沫金属材料的电阻率低于2.5×10-8Ω·m，包括银、紫铜、金,所述泡沫金属材料的孔隙密度在20～120之间。
所述的一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，所述荷电下电极接地。
所述的一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，所述上分离电极与第二敏感电极之间构成抑制电场，抑制偏转至法拉第杯内的带电细粒子向扫描电场区域扩散。
所述的一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，所述微电流检测与信号处理模块还包括显示模块和存储模块，所述显示模块和存储模块的输入端连接控制器的输出端。
所述的一种一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置的测量方法，包括以下步骤：
a、控制器通过真空泵及其驱动模块控制鞘气气流以一定的流速进入单极性平板荷电模块，同时控制样气气流以一定的流速进入颗粒物分级与反演模块；
b、鞘气气流进入单极性平板荷电模块中由针尖通过电晕放电所产生的荷电区域，与经针尖电晕放电产生的带电离子混合；
c、含有带电离子的鞘气气流经过声喷口时，牵引样气气流通过对称样气进气口进入颗粒物分级与反演模块，样气气流与鞘气气流混合，样气气流中的细粒子与鞘气气流中的带电离子发生碰撞，产生电荷转移，使样气气流中的细粒子带上电荷；
d、混合后的气流进入层流片，然后以层流状态进入上分离电极与下分离电极之间构成的扫描电场区域，在一定的扫描电压下，气流中的带电细粒子在扫描电场区域发生电迁移，只有一定粒径的带电细粒子被偏转至一体集成在第二下面板外表面且位于分级样气出气口处的法拉第杯中；
e、上分离电极与第二敏感电极之间构成抑制电场，抑制偏转至法拉第杯内的带电细粒子向扫描电场区域扩散；
f、偏转至法拉第杯中的带电细粒子与第一敏感电极发生碰撞，在碰撞过程中产生电荷转移，带电细粒子所带的电荷通过第一敏感电极转移至第二敏感电极上；
g、微电流检测装置通过对第二敏感电极上的电荷进行检测，得到偏转至法拉第杯中的带电细粒子的带电量，进而反演出偏转至法拉第杯中的带电细粒子的数目，即得知相应扫描电压下对应粒径的带电细粒子数目，得到该粒径下的细粒子浓度；
h、在鞘气气流和样气气流流速稳定的情况下，控制器通过扫描电压模块改变上分离电极与下分离电极之间的电压，即扫描电压，收集到不同粒径下的细粒子浓度，绘制出细粒子谱。
所述的一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置的测量方法，步骤(h)中，所述细粒子谱在显示模块上显示，并保存在存储模块中。
本发明的有益效果为：
(1)本发明基于粒子电迁移理论，可检测出纳米级别的粒子，相比于传统的检测方式，理论上没有检测下限，同时无需工作液和温控系统且具有更短的响应时间；
(2)本发明的颗粒物分级与反演模块采用一体集成式平板结构，相比于传统的同心圆柱DMA分级结构加分体式法拉第杯，本发明结构简单，加工装配精度要求低，内部分级电场均匀，同时屏蔽效果好，可以大幅度提高超细颗粒物的检测灵敏度；
(3)本发明在单极性平板荷电模块中使用针尖阵列，离化区范围大,产生的自由离子数量多,提高了超细颗粒物的荷电效率；
(4)本发明将后端用于微电荷收集的法拉第杯结构也集成制作在分级样气出气口，不仅大大缩短分级后带电超细颗粒物与第二敏感电极间的碰撞距离，同时还天然利用上分离电极与第二敏感电极间形成的抑制栅结构，可有效防止分级后带电超细颗粒物的扩散和静电损耗，大幅度提高法拉第杯的检测灵敏度，并在法拉第杯中增加第一敏感电极，更加有利于带电粒子的电荷检测；
(5)本发明的微电流检测与信号处理模块采用数字化技术，读数方便快捷，同时控制器通过微电流检测装置的信号反馈可以更好地控制真空泵及其驱动模块和扫描电压模块的工作值大小；
(6)本发明体积小，集成度高，一体化设计便于随身携带，可实现移动式污染源监测和大区域宽范围的多节点联网监测。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图；
图2是本发明的针尖分布侧视图；
图3是本发明的针尖分布俯视图；
图4是本发明的中间垫片示意图；
图5是本发明的扫描电场部分示意图；
图6是本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。
如图1所示，一种一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，包括单极性平板荷电模块1、颗粒物分级与反演模块2、微电流检测与信号处理模块3。
单极性平板荷电模块1用于对洁净鞘气的荷电，采用平板型结构，包括第一上面板11、第一下面板12、绝缘块13、荷电下电极14、针尖15、单极性高压源16、鞘气进气口17和第一屏蔽电极18。
颗粒物分级与反演模块2用于对样气中的粒子分级，采用平板型结构，包括第一斜板201、第二斜板202、第二上面板21、第二下面板22、中间垫片23、声喷口24、对称样气进气口25、层流片26、上分离电极27、下分离电极28、分级样气出气口29、法拉第杯210、第一敏感电极211、第二敏感电极212、第二屏蔽电极213、法拉第杯出气口214和气体出气口215。
微电流检测与信号处理模块3是信号控制与数据采集部分，包括控制器31、扫描电压模块32、真空泵及其驱动模块33、微电流检测装置34、显示模块35和存储模块36。
第一上面板11与第一下面板12相互平行正对设置；绝缘块13嵌入第一上面板11中；荷电下电极14设置在第一下面板12的内表面并接地；针尖15的一端穿透绝缘块13进入第一上面板11与第一下面板12之间的区域，另一端连接单极性高压源16；鞘气进气口17设置在第一上面板11和第一下面板12的前端；第一屏蔽电极18设置在第一上面板11和第一下面板12的外表面。
第二上面板21与第二下面板22相互平行正对设置且通过中间垫片23连接；声喷口24设置在第二上面板21和第二下面板22的前端，对称样气进气口25分别开设在第二上面板21和第二下面板22上的正对位置且紧邻声喷口24设置，层流片26设置在第二上面板21与第二下面板22之间的区域且位于对称样气进气口25的后侧；上分离电极27设置在第二上面板21的内表面，下分离电极28设置在第二下面板22的内表面；上分离电极27与下分离电极28正对设置且位于层流片26的后侧；分级样气出气口29开设在下分离电极28上的靠后位置处及第二下面板22上的对应位置处。
法拉第杯210一体集成在第二下面板22的外表面且位于分级样气出气口29处；第一敏感电极211设置在法拉第杯210的内部，并与第二敏感电极212电气连接；第二敏感电极212设置在法拉第杯210的内表面；法拉第杯出气口214开设在法拉第杯210的底部；第二屏蔽电极213设置在第二上面板21和第二下面板22的外表面；气体出气口215设置在第二上面板21和第二下面板22的后端。
第一上面板11的后端与第一斜板201的前端一体集成，第一斜板201的后端与第二上面板21的前端一体集成；第一下面板12的后端与第二斜板202的前端一体集成，第二斜板202的后端与第二下面板22的前端一体集成；第二上面板21与第二下面板22的间距小于第一上面板11与第一下面板12的间距。
微电流检测装置34的输入端与第二敏感电极212连接，用于检测第二敏感电极212上的微电流，微电流检测装置34的输出端与控制器31的输入端连接；扫描电压模块32的输入端与控制器31的输出端连接，扫描电压模块32的输出端连接上分离电极27和下分离电极28，用于控制上分离电极27与下分离电极28之间的电压；真空泵及其驱动模块33的输入端连接控制器31的输出端，真空泵及其驱动模块33用于控制鞘气进气口18和对称样气进气口25的气体流速；显示模块35和存储模块36的输入端连接控制器31的输出端。
如图2、图3所示，针尖15呈阵列结构，针尖15一般由钨、铜或钢制成，多使用钨针，其曲率半径为10～500um。如图4所示，中间垫片23用于调整第二上面板21与第二下面板22的间距，第二上面板21与第二下面板22的间距为0.5～10mm。层流片26用于控制样气和鞘气以层流状态进入上分离电极27与下分离电极28之间构成的扫描电场区域。扫描电场区域的长度为10～100mm，宽度为10～50mm。
第一上面板11与第一下面板12采用高纯度的氧化铝陶瓷制成。荷电下电极14、第一屏蔽电极18、上分离电极27、下分离电极28、第二敏感电极212、第二屏蔽电极213均采用厚膜工艺涂刷制成，即将金属导体烧结在绝缘基片上，其厚度通常在20μm左右，电极浆料选用钯银(Pd-Ag)浆料，具有附着强度高、可焊性好等优点。第一敏感电极211采用多孔金属板制备，多孔金属板由多孔泡沫金属材料制成，孔隙密度在20～120之间，其中多孔泡沫金属材料一般采用银、紫铜、金或其它电阻率较小(电阻率应低于2.5×10-8Ω·m)的金属，其厚度一般与其孔隙密度相关，要求保证其具有通气性质。第一屏蔽电极18和第二屏蔽电极213用于屏蔽外界环境中的干扰信号。上分离电极27与第二敏感电极212之间构成抑制电场，抑制进入法拉第杯210内的带电细粒子向扫描电场区域扩散，形成一个抑制栅结构。
本发明的气路分为两路：首先控制器31通过真空泵及其驱动模块33来控制鞘气进入单极性平板荷电模块1，同时也控制样气通过对称样气进气口25进入颗粒物分级与反演模块2。单极性高压源16对针尖15进行供电，产生电晕放电。经针尖15电晕放电产生的带电离子与进入单极性平板荷电模块1的鞘气混合，混合后鞘气气流中包含一定量的带电离子。含有带电离子的鞘气流入颗粒物分级与反演模块2与样气混合，混合后样气气流中的细粒子与鞘气气流中的带电离子发生电荷转移，使样气气流中的细粒子带上电荷。其中构成扫描电场的上分离电极27和下分离电极28与对称样气进气口25有一定的距离，以保证混合后的气流以层流状态进入扫描电场区域。
原先的带电细粒子在水平方向上随气流有一定的水平流速，后在扫描电场区域发生电迁移，只有一定粒径的带电细粒子被偏转至法拉第杯210中，偏转至法拉第杯210中的带电细粒子与第一敏感电极211发生碰撞，在碰撞过程中产生电荷转移，最终带电细粒子所带的电荷通过第一敏感电极211转移至第二敏感电极212上。
第二敏感电极212上的电荷被微电流检测装置34所检测，可以得到偏转至法拉第杯210中的带电细粒子的带电量，进而反演出偏转至法拉第杯210中的带电细粒子的数目，即得知相应扫描电压下对应粒径的带电细粒子数目，便可以得到该粒径下的细粒子浓度，通过改变扫描电压，就可以收集到不同粒径下的细粒子浓度，即可绘制出细粒子谱。
如图5所示，细粒子在扫描电场中运动，上分离电极27、下分离电极28分别加上电压。细粒子水平方向运动距离为L，电场方向运动距离为H，根据公式：
其中，VL、Q分别为气流流入颗粒物分级与反演模块2的流速、流量，Qa为样气进入颗粒物分级与反演模块2的流量，Qsh为鞘气流量，H为第二上面板21与第二下面板22的间距，L为细粒子在扫描电场运动的有效长度，W为扫描电场的宽度，U为扫描电压，ne为细粒子的带电量，η为气体粘滞度，Zp为电迁移率，C*为坎宁安指数，DP为细粒子的粒径。
可知，在固定住W、H、L这些几何参数后，给定稳定的气体流速VL后，通过改变扫描电压U，就可以采集到不同粒径的细粒子，便可实现在线细粒子粒径分级。
本发明的测量装置具有体积小、精度高、结构简单、测量速度快等特点，为检测环境中颗粒物的实时监测提供了技术保障。
如图6所示，一种一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置的测量方法，包括以下步骤：
S1、控制器31控制真空泵及其驱动模块33分别作用于鞘气进气口18和对称样气进气口25，用于控制气体流量，鞘气进入单极性平板荷电模块1中的荷电区域；荷电区域是由与单极性高压源16连接的阵列针尖15通过电晕放电所产生的，鞘气采用洁净的氮气。
S2、鞘气在通过针尖15时，由于针尖15连接单极性高压源16，在合适的高压下将在针尖15尖端附近强电场区内产生电晕放电，在针尖15尖端附近产生许多单极性带电离子，鞘气流经针尖15尖端附近时会携带这些带电离子进入颗粒物分级与反演模块2。
针尖15连接单极性高压源16，与荷电下电极14构成高压电场，在曲率半径很小的尖端附近，由于局部场强超过气体的电离场强，气体发生电离，因而产生电晕放电。
S3、携带带电离子的鞘气流至声喷口24时，鞘气气流在此处产生很大的压强，便会牵引样气通过对称样气进气口25流入颗粒物分级与反演模块2，样气与携带带电离子的鞘气混合，样气中的细粒子会与鞘气中所携带的带电离子发生碰撞，产生电荷转移，使样气中的细粒子带上电荷，混合后气流将进入层流片26，确保气流以层流状态进入上分离电极27与下分离电极28之间构成的扫描电场区域。
S4、气流中的带电细粒子在扫描电场区域由于受到均匀电场力作用，发生电迁移，只有一定粒径的带电细粒子会被偏转至法拉第杯210中，偏转至法拉第杯210中的带电细粒子由于惯性作用会穿过第一敏感电极211，由于第一敏感电极211的特殊结构使带电细粒子充分地与之发生碰撞，在碰撞过程中发生电荷转移，带电细粒子所带的电荷会转移至第一敏感电极211上，再由第一敏感电极211转移至第二敏感电极212上。
S5、微电流检测装置34通过对第二敏感电极212上的电荷进行检测，可以得到偏转至法拉第杯210中的带电细粒子的带电量，进而反演出偏转至法拉第杯210中的带电细粒子的数目，即得知相应扫描电压下对应粒径的带电细粒子数目。
S6、给定稳定的气体流速后，通过改变上分离电极27与下分离电极28之间的电压即扫描电压，就可以采集到不同粒径大小的细粒子，便可实现在线细粒子粒径分级，从而得到相应扫描电压下对应粒径的细粒子数目，绘制出细粒子谱，在显示模块35上显示，并保存在存储模块36中。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，其特征在于：包括单极性平板荷电模块(1)、颗粒物分级与反演模块(2)和微电流检测与信号处理模块(3)；
所述单极性平板荷电模块(1)包括相互平行且正对设置的第一上面板(11)和第一下面板(12)、嵌入第一上面板(11)中的若干绝缘块(13)、设置在第一下面板(12)内表面的荷电下电极(14)、穿透绝缘块(13)的针尖(15)、与针尖(15)连接的单极性高压源(16)以及设置在第一上面板(11)和第一下面板(12)前端的鞘气进气口(17)；
所述颗粒物分级与反演模块(2)包括相互平行且正对设置的第二上面板(21)和第二下面板(22)、调整第二上面板(21)与第二下面板(22)间距的中间垫片(23)、设置在第二上面板(21)和第二下面板(22)前端的声喷口(24)、分别开设在第二上面板(21)和第二下面板(22)上且紧邻声喷口(24)设置的对称样气进气口(25)、设置在第二上面板(21)与第二下面板(22)之间且位于对称样气进气口(25)后侧的层流片(26)、设置在第二上面板(21)内表面且位于层流片(26)后侧的上分离电极(27)、设置在第二下面板(22)内表面且正对上分离电极(27)的下分离电极(28)、开设在下分离电极(28)上靠后位置处及第二下面板(22)上对应位置处的分级样气出气口(29)、一体集成在第二下面板(22)外表面且位于分级样气出气口(29)处的法拉第杯(210)、设置在法拉第杯(210)内部的第一敏感电极(211)以及设置在法拉第杯(210)内表面且与第一敏感电极(211)电气连接的第二敏感电极(212)；
所述微电流检测与信号处理模块(3)包括控制器(31)、扫描电压模块(32)、真空泵及其驱动模块(33)和微电流检测装置(34)；所述控制器(31)的输入端连接微电流检测装置(34)的输出端，所述控制器(31)的输出端连接扫描电压模块(32)和真空泵及其驱动模块(33)的输入端，所述微电流检测装置(34)的输入端连接第二敏感电极(212)，所述扫描电压模块(32)的输出端连接上分离电极(27)和下分离电极(28)；
所述第二上面板(21)的前端一体集成有第一斜板(201)，所述第二下面板(22)的前端一体集成有第二斜板(202)；所述第一斜板(201)一体集成在第一上面板(11)的后端，所述第二斜板(202)一体集成在第一下面板(12)的后端；所述第二上面板(21)与第二下面板(22)的间距小于第一上面板(11)与第一下面板(12)的间距。
2.根据权利要求1所述的一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，其特征在于：所述第一上面板(11)、第一下面板(12)、第二上面板(21)、第二下面板(22)、第一斜板(201)和第二斜板(202)均采用氧化铝陶瓷制备。
3.根据权利要求1所述的一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，其特征在于：所述第一上面板(11)和第一下面板(12)的外表面均涂刷有第一屏蔽电极(18)，所述第二上面板(21)、第二下面板(22)、第一斜板(201)和第二斜板(202)的外表面均涂刷有第二屏蔽电极(213)，所述第一屏蔽电极(18)和第二屏蔽电极(213)均采用厚膜电极。
4.根据权利要求1所述的一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，其特征在于：所述荷电下电极(14)、上分离电极(27)、下分离电极(28)和第二敏感电极(212)均采用厚膜电极。
5.根据权利要求1所述的一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，其特征在于：所述针尖(15)呈阵列结构,所述针尖(15)由钨、铜或不锈钢制备，针尖曲率半径为10～500um，所述第二上面板(21)与第二下面板(22)的间距为0.5～10mm；
所述上分离电极(27)与下分离电极(28)之间构成扫描电场区域，所述扫描电场区域的长度为10～100mm，宽度为10～50mm；
所述第一敏感电极(211)采用多孔金属板制备，所述多孔金属板采用泡沫金属材料制备,其中所述泡沫金属材料的电阻率低于2.5×10-8Ω·m，包括银、紫铜、金,所述泡沫金属材料的孔隙密度在20～120之间。
6.根据权利要求1所述的一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，其特征在于：所述荷电下电极(14)接地。
7.根据权利要求1所述的一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，其特征在于：所述上分离电极(27)与第二敏感电极(212)之间构成抑制电场，抑制偏转至法拉第杯(210)内的带电细粒子向扫描电场区域扩散。
8.根据权利要求1所述的一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置，其特征在于：所述微电流检测与信号处理模块(3)还包括显示模块(35)和存储模块(36)，所述显示模块(35)和存储模块(36)的输入端连接控制器(31)的输出端。
9.根据权利要求1所述的一种一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、控制器(31)通过真空泵及其驱动模块(33)控制鞘气气流以一定的流速进入单极性平板荷电模块(1)，同时控制样气气流以一定的流速进入颗粒物分级与反演模块(2)；
b、鞘气气流进入单极性平板荷电模块(1)中由针尖(15)通过电晕放电所产生的荷电区域，与经针尖(15)电晕放电产生的带电离子混合；
c、含有带电离子的鞘气气流经过声喷口(24)时，牵引样气气流通过对称样气进气口(25)进入颗粒物分级与反演模块(2)，样气气流与鞘气气流混合，样气气流中的细粒子与鞘气气流中的带电离子发生碰撞，产生电荷转移，使样气气流中的细粒子带上电荷；
d、混合后的气流进入层流片(26)，然后以层流状态进入上分离电极(27)与下分离电极(28)之间构成的扫描电场区域，在一定的扫描电压下，气流中的带电细粒子在扫描电场区域发生电迁移，只有一定粒径的带电细粒子被偏转至一体集成在第二下面板(22)外表面且位于分级样气出气口(29)处的法拉第杯(210)中；
e、上分离电极(27)与第二敏感电极(212)之间构成抑制电场，抑制偏转至法拉第杯(210)内的带电细粒子向扫描电场区域扩散；
f、偏转至法拉第杯(210)中的带电细粒子与第一敏感电极(211)发生碰撞，在碰撞过程中产生电荷转移，带电细粒子所带的电荷通过第一敏感电极(211)转移至第二敏感电极(212)上；
g、微电流检测装置(34)通过对第二敏感电极(212)上的电荷进行检测，得到偏转至法拉第杯(210)中的带电细粒子的带电量，进而反演出偏转至法拉第杯(210)中的带电细粒子的数目，即得知相应扫描电压下对应粒径的带电细粒子数目，得到该粒径下的细粒子浓度；
h、在鞘气气流和样气气流流速稳定的情况下，控制器(31)通过扫描电压模块(32)改变上分离电极(27)与下分离电极(28)之间的电压，即扫描电压，收集到不同粒径下的细粒子浓度，绘制出细粒子谱。
10.根据权利要求9所述的一体集成式微型平板大气细粒子谱测量装置的测量方法，其特征在于，步骤(h)中，所述细粒子谱在显示模块(35)上显示，并保存在存储模块(36)中。
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