CN109752301A - 空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置及校对因子确定方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度测量装置，包括，激光源和感光单元；其中，激光源产生入射光线照射于气体样本，入射光线与所述气体样本交汇于入射点；感光单元和入射点之间的连线与入射光线之间的夹角为120～150°，感光单元接收入射光线经过气体样本之后的散射光。一种空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置的校对因子确定方法，包括以下步骤：利用前述测量装置检测测试气体样本，得到测试气体样本的悬浮颗粒物的测试相对质量浓度；确定所述测试气体样本的悬浮颗粒物的测试质量浓度；根据测试质量浓度以及测试相对质量浓度确定校对因子。

Description

空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置及校对因子确定方法

技术领域

本发明属于空气质量监测领域，特别涉及基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置及校对因子确定方法。

背景技术

现在有多种方法能够测量出环境空气总悬浮颗粒物TSP的浓度值，比如重量法、震荡天平法、β射线法和光散射法。本申请的发明人发现，重量法、震荡天平法、β射线法的测量精度相对比较高，但是存在成本高、自动化程度低等缺点，不适合规模化、批量投放；而光散射法的环境适应性强，设备成本较低，但是存在对于空气总悬浮颗粒物的测量精度较低的问题。

发明内容

本申请的一个实施例提供一种基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置，包括，激光源和感光单元；其中，所述激光源产生入射光线照射于气体样本，所述入射光线与所述气体样本交汇于入射点；所述感光单元和所述入射点之间的连线与所述入射光线之间的夹角为120～150°，所述感光单元接收所述入射光线经过所述气体样本之后的散射光。

上述测量装置，在与入射光线夹角为120～150°的锥面上设置感光单元。通过该感光单元对通过该感光单元的散射光线的强度进行测量，可以得到空气总悬浮颗粒物的相对质量浓度。

通过上述测量装置，可以提供一种基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物的测量装置。该测量装置可以保持基于光散射原理的测量装置的优点，比如较低的生产成本、维护成本、比较强的环境适应性以及比较高的自动化程度。同时，该测量装置也具有较高的测量精度，可以满足用户使用。基于上述优点，该测量装置比较适合于规模化、网络化投放，以便更好的监测不同区域的空气质量。

本申请一个实施例提供一种空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置的校对因子确定方法，包括以下步骤：利用前述任一种测量装置检测测试气体样本，得到所述测试气体样本的悬浮颗粒物的测试相对质量浓度；确定所述测试气体样本的悬浮颗粒物的测试质量浓度；根据所述测试质量浓度以及所述测试相对质量浓度确定所述校对因子。

可选地，可以采用称重法和β射线法来确定所述气体样本的悬浮颗粒物的质量浓度。

通过上述方法，可以较为容易地确定空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置的校对因子，从而通过该校对因子和测量装置确定的相对质量浓度可以得到空气总悬浮颗粒物的质量浓度

附图说明

图1是本申请所提供的一个实施例，示出了基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置1000的组成示意图。

图2是本申请所提供的一个实施例，示出了基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置2000的组成示意图。

图2a是本申请所提供的一个实施例，示出了基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置2000中的，凸型柱状透镜112的轴向视角的光路示意图。

图3是本申请所提供的一个实施例，示出了基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置3000的组成示意图。

图4是本申请所提供的一个实施例，示出了基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置4000的组成示意图。

图4a是本申请所提供的一个实施例，示出了基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置4000中的，凹型柱面镜113的轴向视角的光路示意图。

图5是本申请所提供的一个实施例，示出了基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置5000的组成示意图。

如图6所示，为本申请所提供的一个实施例，示出了一种基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置的校对因子确定方法6000的流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例来说明本发明所公开的实施方式，有关“一种基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置”，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不偏离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，予以声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的技术范围。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件或信号等，但这些元件或信号不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一元件与另一元件，或者一信号与另一信号。另外，如本文中所使用，术语“或”视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的所有组合。

如图1所示，为本申请所提供的一个实施例，一种基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置1000。测量装置1000包括：激光源11、感光单元13。其中，激光源11发出入射光线14，入射光线14从一侧(图1中示意性地示为左侧)照射气体样本10于点O，点O为入射点。入射光线14通过气体样本10后发生散射，进而生成散射光线。该散射光线遍布于气体样本10的另一侧(图1中示意性地示为右侧)的测量装置内腔中。

如图1所示，感光单元13，设置于气体样本10的另一侧(图1中示意性地示为右侧)，感光单元13采集照射于感光单元13的待测散射光线15。感光单元13与入射点O的连线和入射光线14的夹角为∠a，夹角∠a为120～150°。

感光单元13采集待测散射光线15的强度，并做分析计算的得到空气总悬浮颗粒物的相对质量浓度。

如图1所示，可选地，通过该相对质量浓度和测量装置1000的校对因子，可以得到空气总悬浮颗粒物的质量浓度。可选地，测量装置1000的校对因子可以通过本申请所提供的“空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置的校对因子确定方法”获得。

如图1所示，测量装置1000使用的气体样本可以是气体样本流，通过气泵(未示出)从进气口(未示出)把空气吸入测量装置1000中形成气体样本流。该气体样本流经测量装置1000测量颗粒物浓度后，再由出气口(未示出)排出测量装置1000。

如图1所示，在测量装置1000的光路上，还可以包括平面镜，从而可以调整光路。

通过测量装置1000可以提高光散射法测量的测量精度。因而可使用光散射法测量空气总悬浮颗粒物浓度。同时，测量装置1000具有生产成本比较低、维护成本比较低、环境适应性比较好、等优点。有利于规模化、网络化投放，从而，可以更细致地、动态地监测区域内各个位置的空气质量。

如图2所示，为本申请所提供的一个实施例，一种基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置2000。测量装置2000包括：激光发射器111、凸型柱状透镜112、凹面镜131、光敏器件132、信号处理单元133、消光陷阱16。

如图2所示，气体样本流101为气流形态的气体样本，流动方向如箭头所示。可以通过气泵(未示出)从进气口(未示出)把空气吸入测量装置2000中形成气体样本流。该气体样本流经测量装置2000测量颗粒物浓度后，再由出气口(未示出)排出测量装置2000。

如图2所示，凸型柱状透镜112为第一集光镜，凸型柱状透镜112与激光发射器111构成激光源11。凸型柱状透镜112设于入激光发射器111与气体样本流101之间。凸型柱状透镜112的轴线1121与气体样本流101的流动路线平行。而且，凸型柱状透镜112的轴线1121、气体样本流101的流动路线和激光发射器111在同一平面。激光发射器111发出的光线141经凸型柱状透镜112后形成入射光线142。入射光线142从一侧(图2中示意性地示为左侧)照射气体样本流101于点O附近，进而发生散射，产生散射光线。该散射光线遍布于气体样本流101的另一侧(图2中示意性地示为右侧)的测量装置2000内腔中。

如图2a所示，凸型柱状透镜112为柱体结构，其截面为椭圆形。激光发射器111发出的束状光线141经凸型柱状透镜112的折射后，形成汇聚的入射光线142，入射光线142汇聚于点O附近，在点O附近的气体样本流101上形成线状光斑。

如图2所示，凹面镜131、光敏器件132和信号处理单元133构成感光单元13。其中，凹面镜131为第二集光镜。待测散射光线151经凹面镜131反射，形成汇聚光线152，汇聚光线152汇聚于点O’附近。点O’为点O在凹面镜131的成像。点O₁为凹面镜131的顶点。直线O₁O与入射光线142的夹角∠a为120～150°。凹面镜131的轴线1311与直线O₁O重合，点O’、点O和点O₁共线。

如图2所示，光敏器件132设于点O’附近，接收散射光线151经凹面镜131反射形成的汇聚光线152，并把汇聚光线152的光强度转换为可以直接测量的标准信号(未示出)。信号处理单元133与光敏器件132电性连接，采集光敏器件132输出的标准信号(未示出)。信号处理单元133还分析该标准信号分析，得到空气总悬浮颗粒物的相对质量浓度。

进一步地，根据该相对质量浓度和测量装置2000的校对因子，可以得到空气总悬浮颗粒物的质量浓度。更进一步地，测量装置2000的校对因子可以通过本申请所提供的“空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置的校对因子确定方法”获得。

如图2所示，测量装置2000还包括消光陷阱16，设置于气体样本流101的另一侧(图2中示意性地示为右侧)的测量装置2000的内壁上。消光陷阱16吸收残余光线17。残余光线17包括：入射光线142通过气体样本流101后，未发生散射的光线，和未照射到感光单元11的散射光线，以及照射到感光单元11后仍继续传播的待测散射光线及待测散射光线的反射光线和待测散射光线的折射光线。

残余光线17如果照射于测量装置2000内壁，会上发生反射，进而形成杂散光线(未示出)。该杂散光线(未示出)会干扰测量装置2000的对气体悬浮物质量浓度的测量。通过吸收残余光线17，可以提高测量装置2000的测量精度。

气体样本流101也可以换成静态气体样本。

凸型柱状透镜112的截面可以为圆形，半圆形，或者其他中间宽两边窄的形状。凸型柱状透镜112的轴线1121与气体样本流101的流动方向之间也可以在存在一定夹角。凸型柱状透镜112也可以换成其他具有集光能力的透镜，比如凸透镜。作为一种选择，本装置可以不包括凸型柱状透镜112测量装置2000。

凹面镜131可以换成其他集光镜，比如具有集光能力的平面镜组。作为一种选择，本装置可以不包括凹面镜131。

作为一种选择，信号处理单元133可以由外部具有相似功能的部件代替。

在测量装置2000的光路上，还可以包括平面镜，从而可以调整光路。

消光陷阱16也可以仅设于入射光线142的延长线上。还可以遍布于测量装置2000的整个内壁。作为一种选择，本装置可以不包括消光陷阱16。

测量装置2000通过引入第一集光镜和第二集光镜分别使得入射光线和反射光线更加汇聚，提高了测量精度；通过引入消光陷阱，降低残余光线对测量结果的影响，进一步提高测量精度。

如图3所示，为本申请所提供的一个实施例，一种基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置3000。测量装置3000包括：激光发射器111、凸型柱状透镜112、凹面镜131、光敏器件132、信号处理单元133、消光陷阱16。

如图3所示，其中凹面镜131的轴线1311与点O₁O存在一定夹角，从而使得点O'在凹面镜131的成像位置O’不在散射光线151的光路上，进而避免光敏器件132遮挡散射光线151。

测量装置3000的其他组成部分与测量装置2000相似在此不再赘述。

如图4所示，为本申请所提供的一个实施例，一种基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置4000。测量装置4000包括：激光发射器111、凹型柱面镜113、凹面镜131、光敏器件132、信号处理单元133、消光陷阱16。

其中，凹型柱面镜113为第一集光镜，凹型柱面镜113与激光发射器111构成激光源11。凹型柱面镜113设于入激光发射器111与气体样本流101之间，凹型柱面镜113的轴线1131与气体样本流101在同一平面，且相互之间存在一定角度。来自激光发射器111的光线141经凹型柱面镜113反射，形成入射光线142。入射光线142从一侧(图4中示意性地示为左侧)照射气体样本流101于点O附近，而发生散射，散射的光线遍布气体样本流101另一侧(图2中示意性地示为右侧)的测量装置4000内腔中。

如图4a所示，为测量装置4000在凹型柱面镜113的轴线方向的光路示意图。凹型柱面镜113的反射面为柱状，凹型柱面镜113的截面为凹形，来自激光发射器111的束状光线141经凹型柱面镜113反射，形成的入射光线142为汇聚光线。入射光线142汇聚于点O附近，并在点O附近的气体样本流101上形成线状光斑。

测量装置4000的其他部分与测量装置2000相似，在此不再赘述。

凹型柱面镜113可以换成其他具有集光功能的面镜，比如凹面镜。作为一种选择，本装置也可以不包括凹型柱面镜113。

如图5所示，为本申请所提供的一个实施例，一种基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置5000。测量装置5000包括：激光发射器111、凸型柱状透镜112、凸透镜134、光敏器件132、信号处理单元133、消光陷阱16。

其中，凸透镜134为第二集光镜，与光敏器件132、信号处理单元133构成感光单元13。散射光线151经凸透镜134折射后，形成汇聚光线152，汇聚光线152汇聚于点O’附近。点O’是点O通过凸透镜134的成像。点O₁为凸透镜134的中心点，凸透镜134的轴线1341与直线O₁O重合。

测量装置5000的其他部分与测量装置2000相似，在此不再赘述。

凸透镜134的轴线1341可以与直线O₁O存在一定夹角。可选地，本装置也可不包括凸透镜134。

如图6所示，为本申请所提供的一个实施例，示出了一种基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置的校对因子确定方法6000的流程示意图。应用于前述任意一种测量装置，包括以下步骤。

步骤S110，确定测试气体样本的悬浮颗粒物的相对质量浓度。采用前述任意一种测量装置对测试气体样本进行测量，得到该测试气体样本的悬浮颗粒物的测试相对质量浓度。

步骤S120，确定该测试气体样本的悬浮颗粒物的质量浓度。采用相对精密的测量装置对步骤S110用到的测试气体样本进行测量，得到该测试气体样本的悬浮颗粒物的测试质量浓度。

步骤S130，确定校对因子。根据步骤S110得到的悬浮颗粒物的测试相对质量浓度和步骤120得到的悬浮颗粒物的测试质量浓度来确定校对因子。该校对因子为用于步骤S110中的测量装置的校对因子。

根据步骤S130产生的校对因子和步骤110所使用的测量装置的得到悬浮颗粒物的相对质量浓度，可以得到空气气体样本的悬浮颗粒物的质量浓度。

进一步地，步骤S120所采用的相对精密测量装置可以是采用称重法测量气体悬浮颗粒物的质量浓度的装置，也可以是采用β射线法测量气体悬浮颗粒物的质量浓度的装置。

通过校对因子确定方法6000可以较为简单地获取前述任意一种测量装置的校对因子，从而使前述任意一种测量装置可以通过比较高的精度测量空气悬浮颗粒物的质量浓度。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围。本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (9)

1.一种基于光散射原理的空气总悬浮颗粒物浓度测量装置，其特征在于，包括激光源和感光单元；其中，

所述激光源产生入射光线，所述入射光线照射于气体样本，所述入射光线与所述气体样本交汇于入射点；

所述感光单元和所述入射点之间的连线与所述入射光线之间的夹角为120～150°，所述感光单元接收所述入射光线经过所述气体样本之后的散射光。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述气体样本为气体样本流。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述激光源包括第一集光镜和激光发射器，所述激光发射器发出的光线通过第一集光镜形成所述入射光线。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述感光单元包括：

第二集光镜，设置在待采集散射光线的传播路径上，待采集散射光线经所述第二集光镜的转化，得到所述待采集散射光线的汇聚光线，其中所述待采集散射光线与所述入射光线之间的夹角为120～150°；

光敏器件，接收所述汇聚光线。

5.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述第一集光镜为凸型柱状透镜或凹型柱面镜。

6.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述第二集光镜为凹面镜或凸透镜。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括：

消光陷阱，所述消光陷阱与所述激光源分别设于所述气体样本的两侧。

8.一种空气总悬浮颗粒物浓度的测量装置的校对因子确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用权利要求1-7中任一项所述的测量装置检测测试气体样本，得到所述测试气体样本的悬浮颗粒物的测试相对质量浓度；

确定所述测试气体样本的悬浮颗粒物的测试质量浓度；

根据所述测试质量浓度以及所述测试相对质量浓度确定所述校对因子。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述校对因子和权利要求1-7中任一项所述的测量装置得到的空气气体样本相对浓度，确定空气气体样本的悬浮颗粒物的质量浓度。