CN110132802A - 一种粒径及粒子浓度在线检测装置及在线检测方法 - Google Patents

一种粒径及粒子浓度在线检测装置及在线检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110132802A
CN110132802A CN201910373520.XA CN201910373520A CN110132802A CN 110132802 A CN110132802 A CN 110132802A CN 201910373520 A CN201910373520 A CN 201910373520A CN 110132802 A CN110132802 A CN 110132802A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
particle
detection
light beam
partial size
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910373520.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110132802B (zh
Inventor
沈嘉祺
丁臻敏
施伟雄
刘军
施惠民
施怡雯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhangjiagang Spectrum Sensing Technology Co ltd
Original Assignee
Zhangjiagang Spectrum Sensing Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhangjiagang Spectrum Sensing Technology Co ltd filed Critical Zhangjiagang Spectrum Sensing Technology Co ltd
Priority to CN201910373520.XA priority Critical patent/CN110132802B/zh
Publication of CN110132802A publication Critical patent/CN110132802A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110132802B publication Critical patent/CN110132802B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205Investigating particle size or size distribution by optical means
    • G01N15/0211Investigating a scatter or diffraction pattern
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06Investigating concentration of particle suspensions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/075Investigating concentration of particle suspensions by optical means

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种粒径及粒子浓度在线检测装置,包括检测腔室和固定罩壳,该检测腔室上设置有粒子准直加速喷头和出气接头,粒子准直加速喷头的气体形成粒子气流束;固定罩壳内安装有光源和进光透镜组件,光源产生的总光束通过进光透镜组件产生两束检测光束分别与气体流动路线相交于第一位置和第二位置,检测腔室上设置有出光透镜组件和两个光电探测器,且两个光电探测器的光强检测量程不同,经粒子散射的散射光通过出光透镜组件后被两个光电探测器接收。该在线检测装置具有更宽的粒径量程,检测的结果更加准确。另外本发明还公开了使用上述的在线检测装置,检测结果更加准确,并且扩大了粒径的检测范围,适合0.2μm‑50μm的粒径检测。

Description

一种粒径及粒子浓度在线检测装置及在线检测方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测粒子粒径以及粒子浓度的在线检测装置,同时还涉及一种在线检测方法。
背景技术
在大气中,污染物多是附着于气溶胶粒子的表面上的,气溶胶的粒径一般为0.001-100微米,人们发现,空气动力学直径在50微米以上范围的粒子由于重力原因无法进入人的呼吸道,10-50微米范围内的粒子只能进入鼻咽部,2.5-10微米范围内的粒子通常能进入支气管,2.5微米以下的粒子有80%能进入人体的肺泡中。
气体中粒子的粒径及浓度在线检测应用广泛,如:环境空气粒子物(PM10/PM2.5)的监测;工业洁净室内空气洁净度的测试。光散射粒子计数器作为这个方面的传统在线检测仪器,具有快速、灵敏度高、体积小、维护要求低的优点,其缺点也比较明显:所给出的粒径分布结果的准确性依赖于粒径—信号强度曲线的标定,受到粒子成分变化的影响较大(即需要对于各种粒子标定,用户有时难以接受),更麻烦的是,即使只测单一材质的粒子,在0.5—5μm粒径区间有时也会发生多值性,即同一个信号强度可能对应于多个粒径,而光散射粒子计数器的原理是入射光经过粉尘粒子散射后检测散射光的强度,而是粉尘粒子的形状各异,并不一定是球形,因此,入射光照射在粉尘粒子上的照射面就不一样,同一散射光的信号强度所对应的只能说是照射面相同,但是照射面相同的情况下,粉尘粒子的形状不同,粒子的实际粒径就不同,但是检测的结果却是相同,因此,传统的光散射检测某些粒径区间的结果并不太准确。
而另外有一种基于单个粒子散射光信号分析的仪器(如TSI公司的3321型粒径谱仪),通过测量粒子在气流中的流速来确定粒子的空气动力学直径,与一般的光散射粒子计数器相比,这种方法虽然需要标定粒子的空气动力学直径—粒子流速曲线,受粒子成分变化影响较小,且无多值性问题困扰。
但是,上述两种分析仪器的测量粒径量程都受到限制,一般单个光电探测器响应的动态范围不会超过4000:1,若粒子粒径小于0.1μm,则其散射光信号容易被周围分子的散射光信号淹没,故光散射粒子计数器的最小可测粒径一般为0.1—0.2μm。粒子的空气动力学直径测量仪器的粒径测量下限主要由粒子与气流的跟随性决定,一般量程在0.5μm-20μm。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种粒径及粒子浓度在线检测装置,该在线检测装置具有更宽的粒径量程,并且检测的结果也更加的准确。
本发明所要解决的另一个技术问题是:提供一种粒径及粒子浓度在线检测方法,该在线检测方法用于粉尘粒子的检测时检测结果更加准确,并且扩大了粒径的检测范围。
为解决上述第一个技术问题,本发明的技术方案是:一种粒径及粒子浓度在线检测装置,包括检测腔室,该检测腔室上设置有与检测腔室内腔连通的粒子准直加速喷头和出气接头,该粒子准直加速喷头上设置有环形的零气通道和样气通道,该环形的零气通道包裹样气通道,零气通道流出的零气包裹样气通道流出的样气而形成粒子气流束;
所述检测腔室上安装有固定罩壳,该固定罩壳内安装有光源和进光透镜组件,所述光源产生的总光束通过进光透镜组件产生两束进光检测光束,两束进光检测光束均与粒子气流束相交,定义两束进光检测光束为第一检测光束和第二检测光束,第一检测光束与气体流动路线相交的位置为第一位置,第二检测光束与气体流动路线相交的位置为第二位置,第一位置处于第二位置的上游且两者相距一段距离,所述检测腔室上设置有出光透镜组件和两个用于检测散射光信号的光电探测器,且两个光电探测器的光强检测量程不同,经粒子散射的散射光通过出光透镜组件后被两个光电探测器接收。
作为一种优选的方案,所述进光透镜组件包括沿总光束行进方向顺次设置的分光器、矫正透镜和进光分光镜,所述固定罩壳上设置有与分光器匹配的参考光探测器,总光束经过分光器反射后的一部分光被参考光探测器接收。
作为一种优选的方案,所述出光透镜组件为出光分光镜,所述两个光电探测器设置于出光分光镜的两个焦点上,第一检测光束和第二检测光束被粒子散射的光线经过出光分光镜后均被两个光电探测器接收。
作为一种优选的方案,所述检测腔室内设置有非球面椭球反光镜,该非球面椭球反光镜具有一对共轭点,第一检测光束和第二检测光束与粒子气流束垂直,且第一位置和第二位置分别为其中一个共轭点的上游和下游并靠近该共轭点,另一共轭点置于所述出光分光镜的入射面上,粒子气流束中的粒子散射的散射光经非球面椭球反光镜反射后聚焦在出光分光镜的入射面上,再经出光分光镜分光后由两个光电探测器接收。
作为一种优选的方案,所述检测腔室上位于进光分光镜的相对侧设置有光陷阱。
作为一种优选的方案,所述光源为激光器或者LED光源。
采用了上述技术方案后,本发明的效果是:由于该检测腔室上设置有与检测腔室内腔连通的粒子准直加速喷头和出气接头,该粒子准直加速喷头上设置有环形的零气通道和样气通道,该环形的零气通道包裹样气通道,零气通道流出的零气包裹样气通道流出的样气而形成粒子气流束,这样通过零气的保护使样气流动的路线为直线,并且避免了粉尘粒子的逸散,粉尘粒子经过加速后逐个通过第一位置和第二位置,然后光源产生的总光束经过进光透镜组件产生第一检测光束和第二检测光束分别照射第一位置和第二位置,粉尘粒子经过第一位置和第二位置就会形成散射光,该第一位置产生的散射光和第二位置产生的散射光均会被出光透镜组件分光后被两个光电探测器检测。而两个光电探测器的光强检测量程不同,因此,两个光电探测器不但可以检测光散射粒径的光信号强度来得到粒子的粒径,而且还能根据散射光信号的时间差来检测空气动力学粒径,无多值性的问题,这样两个结果可以相互验证,使结果更加准确,而当流经粒子气流束中的粒子流速接近气流流速且粒子的散射光信号强度高于粒子周围分子的散射光信号时,以灵敏度更高的数值较小的对应光电探测器检测的散射光信号强度来计算该粒子的光散射粒径,这样可以适应更小粒径的检测;而当粒子的尺寸过大导致数值较小的光电探测器检测到散射光信号强度饱和时,以灵敏度最低的光电探测器检测的散射光信号强度计算该粒子的粒径;这样就可以进一步增大了在线检测装置的粒径量程,可以适应0.2-50μm范围内的粒径检测要求。
又由于所述进光透镜组件包括沿总光束行进方向顺次设置的分光器、矫正透镜和进光分光镜,所述固定罩壳上设置有与分光器匹配的参考光探测器,总光束经过分光器反射后的一部分光被参考光探测器接收,这样可以在校零操作时保证光源的功率为初始标定时的状态,避免光源功率损失时造成校零不准确影响检测结果的准确性。
又由于所述检测腔室内设置有非球面椭球反光镜,该非球面椭球反光镜具有一对共轭点,第一检测光束和第二检测光束与粒子气流束垂直,且第一位置和第二位置分别为其中一个共轭点的上游和下游并靠近该共轭点,另一共轭点置于所述出光分光镜的入射面上,粒子气流束中的粒子散射的散射光经非球面椭球反光镜反射后聚焦在出光分光镜的入射面上,再经出光分光镜分光后由两个光电探测器接收,这样粒子的散射光散射后通过非球面椭球反光镜反射后会进入到出光分光镜的入射面上,最终再次分光而被两个光电探测器检测,实现了光信号的增强,更加方便光电检测器的检测。
又由于所述检测腔室上位于进光分光镜的相对侧设置有光陷阱,光陷阱可以吸收多余的光线,减少干扰。
为解决上述第二个技术问题,本发明的技术方案是:一种粒径及粒子浓度在线检测方法,该在线检测方法使用了上述的在线检测装置,采样的样气和洁净的零气分别通过样气通道和零气通道后形成粒子气流束流入检测腔室内,洁净的零气包裹样气形成保护气幕;光源产生的总光束通过进光透镜组件产生第一检测光束和第二检测光束分别与粒子气流束流动路线相交于第一位置和第二位置,第一检测光束和第二检测光束被粒子气流束中的粒子经过第一位置和第二位置后均形成两束发自不同位置的散射光,两个光电探测器各产生一个散射光信号;设定两个光电探测器分别为光电探测器A和光电探测器B,光电探测器A的光强检测量程为[A1,A2],光电探测器B的光强检测量程为[B1,B2],且A1≠B1,A2≠B2;
S1、当流经粒子气流束中的粒子流速接近气流流速且粒子的散射光信号强度高于粒子周围分子的散射光信号时;以其中A1和B1中数值较小的光电探测器检测的散射光信号强度计算该粒子的粒径;
S2、当A1和B1中数值较小对应的光电探测器检测到散射光信号强度接近饱和时,以A2和B2中数值较大的光电探测器检测的散射光信号强度计算该粒子的粒径;
S3、当粒子流速与气流流速比值低于某个阈值C且所述两个光电检测器检测到散射光信号远离饱和时,两个光电探测器均能先后检测到第一位置和第二位置产生的散射光并先后形成脉冲信号,根据每组脉冲信号的时间差得到相对应粒子经过两束相邻的光束的飞行时间;将检测得到的粒子飞行时间与预先测得的标准粒径粒子的飞行时间表进行对比,得到环境空气样气中每个粒子的空气动力学直径Dp。
优选的,所述在线检测方法还包括光源的校零方法,光源产生的总光束一部分进入到出光透镜组件,另一部分光线经过分光器反射形成反射光,并被参考光探测器接收,初始状态标定时,样气通道和零气通道均通过零气,此时参考光探测器探测的信号定义为标准参考光信号强度,所对应的光源的功率强度为标准功率强度,而此时的光电探测器的检测的光信号强度对应的浓度数值标定为0,当光源使用一段时间后光源功率衰减,此时调整光源的功率,使参考光探测器探测的光强度信号达到标准参考光信号强度后,然后再对两个光电探测器进行调整校零。
优选的,所述在线检测方法还包括信号加强方法,利用检测腔室内设置的非球面椭球反光镜来反射散射光,第一检测光束和第二检测光束与粒子气流束垂直,且第一位置和第二位置分别为其中一个共轭点的上游和下游并靠近该共轭点,粒子先后第一位置和第二位置时产生散射光,散射光经过非球面椭球反光镜的反射后经过出光分光镜分成两束光线后由两个光电探测器接收。
采用了上述技术方案后,本发明的效果是:该在线检测方法利用第一检测光和第二检测光来检测两个位置,然后通过出光透镜组后由两个不同粒径量程的光电探测器检测,不但可以检测空气动力学粒径,而且还可以检测光散射粒径,根据粒子的不同特性,来选择使用空气动力学粒径还是光散射粒径作为该粒子的检测数据,这样检测结果更准确,无多值性检测的粒径量程更大,可以适应0.2-50μm范围内的粒径检测要求。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例的外部结构示意图;
图2是图1在A-A向的剖视图;
图3是图1的右视图;
图4是图3在B-B向的剖视图;
图5是图1逆时针旋转90°的示意图;
图6是图5在C-C向的剖视图;
附图中:1.检测腔室;2.固定罩壳;3.粒子准直加速喷头;4.出气接头;5.样气通道;6.零气通道;7.粒子气流束;8.非球面椭球反光镜;9.光陷阱;10.光源;11.分光器;12.矫正透镜;13.进光分光镜;14.第一位置;15.第二位置;16.出光分光镜;17.光电探测器A;18.光电探测器B;19.参考光探测器。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1至图6所示,一种粒径及粒子浓度在线检测装置,包括检测腔室1,该检测腔室1上设置有与检测腔室1内腔连通的粒子准直加速喷头3和出气接头4,该粒子准直加速喷头3上设置有环形的零气通道6和样气通道5,该环形的零气通道6包裹样气通道5,零气通道6流出的零气包裹样气通道5流出的样气而形成粒子气流束7;其中零气是指洁净的空气,而样气为采样的是环境中采样气体,利用采样泵可以提供样气的流动动力。样气经过粒子准直加速喷头3的加速后样气中的粒子会在粒子气流束7中逐个通过,并且会受到外部零气的气幕保护而只能直线运行,气体最终在从出气接头4排出。
所述检测腔室1上安装有固定罩壳2,该固定罩壳2内安装有光源10和进光透镜组件,所述光源10为激光器或者LED光源10。所述光源10产生的总光束通过进光透镜组件产生两束进光检测光束,所述进光透镜组件包括沿总光束行进方向顺次设置的分光器11、矫正透镜12和进光分光镜13,所述固定罩壳2上设置有与分光器11匹配的参考光探测器19,总光束经过分光器11反射后的一部分光被参考光探测器19接收。该参考光探测器19实际也是一种光电探测器。
两束进光检测光束均与粒子气流束7相交,定义两束进光检测光束为第一检测光束和第二检测光束,第一检测光束与气体流动路线相交的位置为第一位置14,第二检测光束与气体流动路线相交的位置为第二位置15,第一位置14处于第二位置15的上游且两者相距一段距离,其中,第一位置14和第二位置15实际就是进光分光镜13的第一检测光束和第二检测光束的焦点。所述检测腔室1上设置有出光透镜组件和两个用于检测散射光信号的光电探测器,且两个光电探测器的光强检测量程不同,经粒子散射的散射光通过出光透镜组件后被两个光电探测器接收。
所述出光透镜组件为出光分光镜16,所述两个光电探测器设置于出光分光镜16的两个焦点上,第一检测光束和第二检测光束被粒子散射的光线经过出光分光镜16后均被两个光电探测器接收。所述检测腔室1内设置有非球面椭球反光镜8,该非球面椭球反光镜8具有一对共轭点,第一检测光束和第二检测光束与粒子气流束7垂直,且第一位置14和第二位置15分别为其中一个共轭点的上游和下游并靠近该共轭点,另一共轭点置于所述出光分光镜16的入射面上,粒子气流束7中的粒子散射的散射光经非球面椭球反光镜8反射后聚焦在出光分光镜16的入射面上,再经出光分光镜16分光后由两个光电探测器接收。非球面椭球反光镜8的特点是光束从其中一个共轭点射出后经过非球面椭球反光镜8的反射后必然经过另一个共轭点,而第一位置14和第二位置15由于是靠近其中一个共轭点,因此,其中产生的散射光经过非球面椭球反光镜8散射后也会射向另一个共轭点以及周围,而出光分光镜16的入射面有一定的宽度,因此也可以准确的接收到散射光,从而实现了强度的加强。
所述检测腔室1上位于进光分光镜13的相对侧设置有光陷阱9,可以吸收多余的光线,减少干扰。
本发明实施例还公开了一种粒径及粒子浓度在线检测方法,该在线检测方法使用了在线检测装置,采样的样气和洁净的零气分别通过样气通道5和零气通道6后形成粒子气流束7流入检测腔室1内,洁净的零气包裹样气形成保护气幕;光源10产生的总光束通过进光透镜组件产生第一检测光束和第二检测光束分别与粒子气流束流动路线相交于第一位置14和第二位置15,第一检测光束和第二检测光束被粒子气流束7中不同速度飞行的粒子经过第一位置14和第二位置15后均形成两束发自不同位置的散射光,两个光电探测器各产生一个散射光信号;设定两个光电探测器分别为光电探测器A17和光电探测器B18,光电探测器A17的光强检测量程为[A1,A2],光电探测器B18的光强检测量程为[B1,B2],且A1≠B1,A2≠B2;
S1、当流经粒子气流束7中的粒子流速接近气流流速且粒子的散射光信号强度高于粒子周围分子的散射光信号时;以其中A1和B1中数值较小的对应光电探测器检测的散射光信号强度计算该粒子的粒径,可以获得比空气动力学直径测量仪器更低的粒径量程下限;
S2、当A1和B1中数值较小对应的光电探测器检测到散射光信号强度接近饱和时,以A2和B2中数值较大的光电探测器检测的散射光信号强度计算该粒子的粒径;
S3、当粒子流速与气流流速比值低于某个阈值C且所述两个光电检测器检测到散射光信号远离饱和时,两个光电探测器均能先后检测到第一位置14和第二位置15产生的散射光并先后形成脉冲信号,根据每组脉冲信号的时间差得到相对应粒子经过两束相邻的光束的飞行时间;将检测得到的粒子飞行时间与预先测得的标准粒径粒子的飞行时间表进行对比,得到环境空气样气中每个粒子的空气动力学直径Dp,此时的粒子的粒径和浓度都以空气动力学粒径为依据,也可以结合标定粒子的质量浓度、粒子的空气动力学粒径以及粒子的散射光信号强度,确定粒子材质的相关信息,从而减小在其它粒径区段基于光散射粒子计数器原理测量的不确定性。空气动力学直径Dp结合不同粒径粒子的粒子浓度,得到并显示不同粒径大小的粒子浓度图谱,同时将测得的不同粒子的空气动力学直径Dp换算为体积,然后乘以粒子平均密度ρ得到PM0.2-PM50范围内的粒子质量,其中空气动力学直径Dp与粒子质量一一对应;再将粒子质量与粒子浓度相乘后的结果与修正因子K相乘得到质量浓度谱图,将2.5微米以下的单粒径质量浓度求和得到PM2.5,将10微米以下的单粒径质量浓度求和得到PM10,并可以在在线检测装置上设置屏显,用来显示输出显示PM2.5和PM10。其中的处理过程都是通过PLC来实现处理。
所述在线检测方法还包括光源10的校零方法,光源10产生的总光束一部分进入到出光透镜组件,另一部分光线经过分光器11反射形成反射光,并被参考光探测器19接收,初始状态标定时,样气通道5和零气通道6均通过零气,此时参考光探测器19探测的信号定义为标准参考光信号强度,所对应的光源10的功率强度为标准功率强度,而此时的光电探测器的检测的光信号强度对应的浓度数值标定为0,当光源10使用一段时间后光源10功率衰减,此时调整光源10的功率,使参考光探测器19探测的光强度信号达到标准参考光信号强度后,然后再对两个光电探测器进行调整校零。
所述在线检测方法还包括信号加强方法,利用检测腔室1内设置的非球面椭球反光镜8来反射散射光,第一检测光束和第二检测光束与粒子气流束7垂直,且第一位置14和第二位置15分别为其中一个共轭点的上游和下游并靠近该共轭点,粒子先后第一位置14和第二位置15时产生散射光,散射光经过非球面椭球反光镜8的反射后经过出光分光镜16分成两束光线后由两个光电探测器接收。
以上所述实施例仅是对本发明的优选实施方式的描述,不作为对本发明范围的限定,在不脱离本发明设计精神的基础上,对本发明技术方案作出的各种变形和改造,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种粒径及粒子浓度在线检测装置,其特征在于:包括检测腔室,该检测腔室上设置有与检测腔室内腔连通的粒子准直加速喷头和出气接头,该粒子准直加速喷头上设置有环形的零气通道和样气通道,该环形的零气通道包裹样气通道,零气通道流出的零气包裹样气通道流出的样气而形成粒子气流束;
所述检测腔室上安装有固定罩壳,该固定罩壳内安装有光源和进光透镜组件,所述光源产生的总光束通过进光透镜组件产生两束进光检测光束,两束进光检测光束均与粒子气流束相交,定义两束进光检测光束为第一检测光束和第二检测光束,第一检测光束与气体流动路线相交的位置为第一位置,第二检测光束与气体流动路线相交的位置为第二位置,第一位置处于第二位置的上游且两者相距一段距离,所述检测腔室上设置有出光透镜组件和两个用于检测散射光信号的光电探测器,且两个光电探测器的光强检测量程不同,经粒子散射的散射光通过出光透镜组件后被两个光电探测器接收。
2.如权利要求1所述的一种粒径及粒子浓度在线检测装置,其特征在于:所述进光透镜组件包括沿总光束行进方向顺次设置的分光器、矫正透镜和进光分光镜,所述固定罩壳上设置有与分光器匹配的参考光探测器,总光束经过分光器反射后的一部分光被参考光探测器接收。
3.如权利要求2所述的一种粒径及粒子浓度在线检测装置,其特征在于:所述出光透镜组件为出光分光镜,所述两个光电探测器设置于出光分光镜的两个焦点上,第一检测光束和第二检测光束被粒子散射的光线经过出光分光镜后均被两个光电探测器接收。
4.如权利要求3所述的一种粒径及粒子浓度在线检测装置,其特征在于:所述检测腔室内设置有非球面椭球反光镜,该非球面椭球反光镜具有一对共轭点,第一检测光束和第二检测光束与粒子气流束垂直,且第一位置和第二位置分别为其中一个共轭点的上游和下游并靠近该共轭点,另一共轭点置于所述出光分光镜的入射面上,粒子气流束中的粒子散射的散射光经非球面椭球反光镜反射后聚焦在出光分光镜的入射面上,再经出光分光镜分光后由两个光电探测器接收。
5.如权利要求4所述的一种粒径及粒子浓度在线检测装置,其特征在于:所述检测腔室上位于进光分光镜的相对侧设置有光陷阱。
6.如权利要求5所述的一种粒径及粒子浓度在线检测装置,其特征在于:所述光源为激光器或者LED光源。
7.一种粒径及粒子浓度在线检测方法,其特征在于:该在线检测方法使用了权利要求1中的在线检测装置,采样的样气和洁净的零气分别通过样气通道和零气通道后形成粒子气流束流入检测腔室内,洁净的零气包裹样气形成保护气幕;光源产生的总光束通过进光透镜组件产生第一检测光束和第二检测光束分别与粒子气流束流动路线相交于第一位置和第二位置,第一检测光束和第二检测光束被粒子气流束中的粒子经过第一位置和第二位置后均形成两束发自不同位置的散射光,两个光电探测器各产生一个散射光信号;设定两个光电探测器分别为光电探测器A和光电探测器B,光电探测器A的光强检测量程为[A1,A2],光电探测器B的光强检测量程为[B1,B2],且A1≠B1,A2≠B2;
S1、当流经粒子气流束中的粒子流速接近气流流速且粒子的散射光信号强度高于粒子周围分子的散射光信号时;以其中A1和B1中数值较小对应的光电探测器检测的散射光信号强度计算该粒子的粒径;
S2、当A1和B1中数值较小对应的光电探测器检测到散射光信号强度接近饱和时,以A2和B2中数值较大对应的光电探测器检测的散射光信号强度计算该粒子的粒径;
S3、当粒子流速与气流流速比值低于某个阈值C且所述两个光电检测器检测到散射光信号远离饱和时,两个光电探测器均能先后检测到第一位置和第二位置产生的散射光并先后形成脉冲信号,根据每组脉冲信号的时间差得到相对应粒子经过两束相邻的光束的飞行时间;将检测得到的粒子飞行时间与预先测得的标准粒径粒子的飞行时间表进行对比,得到环境空气样气中每个粒子的空气动力学直径Dp。
8.如权利要求7所述一种粒径及粒子浓度在线检测方法,其特征在于:所述在线检测方法还包括光源的校零方法,光源产生的总光束一部分进入到出光透镜组件,另一部分光线经过分光器反射形成反射光并被参考光探测器接收,初始状态标定时,样气通道和零气通道均通过零气,此时参考光探测器探测的信号定义为标准参考光信号强度,所对应的光源的功率强度为标准功率强度,而此时的光电探测器的检测的光信号强度对应的浓度数值标定为0,当光源使用一段时间后光源功率衰减,此时调整光源的功率,使参考光探测器探测的光强度信号达到标准参考光信号强度后,然后再对两个光电探测器进行调整校零。
9.如权利要求8所述一种粒径及粒子浓度在线检测方法,其特征在于:所述在线检测方法还包括信号加强方法,利用检测腔室内设置的非球面椭球反光镜来反射散射光,第一检测光束和第二检测光束与粒子气流束垂直,且第一位置和第二位置分别为其中一个共轭点的上游和下游并靠近该共轭点,粒子先后第一位置和第二位置时产生散射光,散射光经过非球面椭球反光镜的反射后经过出光分光镜分成两束光线后由两个光电探测器接收。
CN201910373520.XA 2019-05-07 2019-05-07 一种粒径及粒子浓度在线检测装置及在线检测方法 Active CN110132802B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910373520.XA CN110132802B (zh) 2019-05-07 2019-05-07 一种粒径及粒子浓度在线检测装置及在线检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910373520.XA CN110132802B (zh) 2019-05-07 2019-05-07 一种粒径及粒子浓度在线检测装置及在线检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110132802A true CN110132802A (zh) 2019-08-16
CN110132802B CN110132802B (zh) 2024-01-12

Family

ID=67576409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910373520.XA Active CN110132802B (zh) 2019-05-07 2019-05-07 一种粒径及粒子浓度在线检测装置及在线检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110132802B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111307677A (zh) * 2019-11-22 2020-06-19 北京雪迪龙科技股份有限公司 一种激光前散射颗粒物监测装置
CN111474090A (zh) * 2020-04-26 2020-07-31 张家港谱析传感科技有限公司 粉尘粒径及浓度无损在线检测装置及无损在线检测方法
CN111537406A (zh) * 2020-04-29 2020-08-14 张家港谱析传感科技有限公司 一种空气动力学粒径及浓度检测用颗粒物排列方法
CN112014282A (zh) * 2020-08-27 2020-12-01 苏州亿利安机电科技有限公司 直读式粉尘浓度测量仪的在线检测装置
CN112014284A (zh) * 2020-08-27 2020-12-01 苏州亿利安机电科技有限公司 直读式粉尘浓度测量仪
CN113504166A (zh) * 2021-06-25 2021-10-15 青岛众瑞智能仪器股份有限公司 气溶胶浓度检测方法、装置及系统
CN113702397A (zh) * 2020-05-20 2021-11-26 深圳中科飞测科技股份有限公司 一种光学检测系统和光学检测方法
CN115290518A (zh) * 2022-10-10 2022-11-04 张家港谱析传感科技有限公司 一种带自校准的粒径谱仪
CN115479874A (zh) * 2022-09-07 2022-12-16 青岛众瑞智能仪器股份有限公司 一种气溶胶浓度检测装置

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08159949A (ja) * 1994-11-30 1996-06-21 Midori Anzen Co Ltd 粒子検出装置
JP2002156321A (ja) * 2000-11-22 2002-05-31 Shimadzu Corp 浮遊粒子状物質測定装置
TW503478B (en) * 2000-08-07 2002-09-21 Hitachi Ltd Method and apparatus for detecting floating particles in a plasma processing chamber and apparatus for processing a semiconductor device
EP1467194A1 (de) * 2003-04-11 2004-10-13 Matter Engineering AG Verfahren und Vorrichtung zur Detektion, Charakterisierung und/oder Elimination von Schwebeteilchen
US20050179904A1 (en) * 2004-02-17 2005-08-18 The Curators Of The University Of Missouri Light scattering detector
CN102608010A (zh) * 2012-03-28 2012-07-25 姚水良 微粒子pm检测方法及设备
CN102608004A (zh) * 2012-03-14 2012-07-25 北京汇丰隆生物科技发展有限公司 空气动力学粒径谱仪
CN102749474A (zh) * 2012-07-12 2012-10-24 西安金淦禹过滤科技有限公司 流速以及颗粒物浓度测量系统及其测量方法
CN104198346A (zh) * 2014-08-26 2014-12-10 北京绿林创新数码科技有限公司 一种手机控制型粉尘传感器监测系统及其使用方法
CN204594848U (zh) * 2015-04-20 2015-08-26 江苏苏净集团有限公司 一种大气颗粒物浓度的监测装置
CN104897534A (zh) * 2015-05-14 2015-09-09 苏州奥德克光电有限公司 湿烟气在线粉尘仪
US20150308930A1 (en) * 2014-04-25 2015-10-29 Avl List Gmbh Particle measuring device and method for operating the particle measuring device
US20160274024A1 (en) * 2014-05-28 2016-09-22 Nanjing University Multi-channel aerosol scattering absorption measuring instrument
WO2017060105A1 (en) * 2015-10-08 2017-04-13 Koninklijke Philips N.V. Particle sensor for particle detection
CN107478557A (zh) * 2017-09-20 2017-12-15 张家港朗亿机电设备有限公司 一种粉尘浓度检测仪的检测装置
CN107560988A (zh) * 2017-09-20 2018-01-09 张家港朗亿机电设备有限公司 一种适用于城市轨道交通场所的颗粒物在线检测系统及方法
CN207123472U (zh) * 2017-09-20 2018-03-20 张家港朗亿机电设备有限公司 适用于城市轨道交通场所的颗粒物在线检测及分析仪表
US10267723B1 (en) * 2018-01-23 2019-04-23 Cbrn International, Ltd. Bioaerosol particle detector
CN210051664U (zh) * 2019-05-07 2020-02-11 张家港谱析传感科技有限公司 一种粒径及粒子浓度在线检测装置

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08159949A (ja) * 1994-11-30 1996-06-21 Midori Anzen Co Ltd 粒子検出装置
TW503478B (en) * 2000-08-07 2002-09-21 Hitachi Ltd Method and apparatus for detecting floating particles in a plasma processing chamber and apparatus for processing a semiconductor device
JP2002156321A (ja) * 2000-11-22 2002-05-31 Shimadzu Corp 浮遊粒子状物質測定装置
EP1467194A1 (de) * 2003-04-11 2004-10-13 Matter Engineering AG Verfahren und Vorrichtung zur Detektion, Charakterisierung und/oder Elimination von Schwebeteilchen
US20050179904A1 (en) * 2004-02-17 2005-08-18 The Curators Of The University Of Missouri Light scattering detector
CN102608004A (zh) * 2012-03-14 2012-07-25 北京汇丰隆生物科技发展有限公司 空气动力学粒径谱仪
CN102608010A (zh) * 2012-03-28 2012-07-25 姚水良 微粒子pm检测方法及设备
CN102749474A (zh) * 2012-07-12 2012-10-24 西安金淦禹过滤科技有限公司 流速以及颗粒物浓度测量系统及其测量方法
US20150308930A1 (en) * 2014-04-25 2015-10-29 Avl List Gmbh Particle measuring device and method for operating the particle measuring device
US20160274024A1 (en) * 2014-05-28 2016-09-22 Nanjing University Multi-channel aerosol scattering absorption measuring instrument
CN104198346A (zh) * 2014-08-26 2014-12-10 北京绿林创新数码科技有限公司 一种手机控制型粉尘传感器监测系统及其使用方法
CN204594848U (zh) * 2015-04-20 2015-08-26 江苏苏净集团有限公司 一种大气颗粒物浓度的监测装置
CN104897534A (zh) * 2015-05-14 2015-09-09 苏州奥德克光电有限公司 湿烟气在线粉尘仪
WO2017060105A1 (en) * 2015-10-08 2017-04-13 Koninklijke Philips N.V. Particle sensor for particle detection
CN107478557A (zh) * 2017-09-20 2017-12-15 张家港朗亿机电设备有限公司 一种粉尘浓度检测仪的检测装置
CN107560988A (zh) * 2017-09-20 2018-01-09 张家港朗亿机电设备有限公司 一种适用于城市轨道交通场所的颗粒物在线检测系统及方法
CN207123472U (zh) * 2017-09-20 2018-03-20 张家港朗亿机电设备有限公司 适用于城市轨道交通场所的颗粒物在线检测及分析仪表
US10267723B1 (en) * 2018-01-23 2019-04-23 Cbrn International, Ltd. Bioaerosol particle detector
CN210051664U (zh) * 2019-05-07 2020-02-11 张家港谱析传感科技有限公司 一种粒径及粒子浓度在线检测装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张敏等: ""基于光散射原理的尘埃粒子检测仪"", 《仪器仪表学报》, no. 12, pages 91 - 94 *
马英等: ""基于近前向光散射法的气溶胶浓度测量"", 《激光与光电子学进展》, no. 9, pages 387 - 392 *
黄春燕等: ""透射光脉动法在颗粒测量运用中若干问题探讨"", 《仪器仪表学报》, vol. 26, no. 8, pages 96 - 99 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111307677A (zh) * 2019-11-22 2020-06-19 北京雪迪龙科技股份有限公司 一种激光前散射颗粒物监测装置
CN111474090A (zh) * 2020-04-26 2020-07-31 张家港谱析传感科技有限公司 粉尘粒径及浓度无损在线检测装置及无损在线检测方法
CN111537406A (zh) * 2020-04-29 2020-08-14 张家港谱析传感科技有限公司 一种空气动力学粒径及浓度检测用颗粒物排列方法
CN113702397A (zh) * 2020-05-20 2021-11-26 深圳中科飞测科技股份有限公司 一种光学检测系统和光学检测方法
CN112014282A (zh) * 2020-08-27 2020-12-01 苏州亿利安机电科技有限公司 直读式粉尘浓度测量仪的在线检测装置
CN112014284A (zh) * 2020-08-27 2020-12-01 苏州亿利安机电科技有限公司 直读式粉尘浓度测量仪
CN112014282B (zh) * 2020-08-27 2023-11-24 苏州亿利安机电科技有限公司 直读式粉尘浓度测量仪的在线检测装置
CN112014284B (zh) * 2020-08-27 2023-11-24 苏州亿利安机电科技有限公司 直读式粉尘浓度测量仪
CN113504166A (zh) * 2021-06-25 2021-10-15 青岛众瑞智能仪器股份有限公司 气溶胶浓度检测方法、装置及系统
CN113504166B (zh) * 2021-06-25 2023-08-08 青岛众瑞智能仪器股份有限公司 气溶胶浓度检测方法、装置及系统
CN115479874A (zh) * 2022-09-07 2022-12-16 青岛众瑞智能仪器股份有限公司 一种气溶胶浓度检测装置
CN115290518A (zh) * 2022-10-10 2022-11-04 张家港谱析传感科技有限公司 一种带自校准的粒径谱仪
CN115290518B (zh) * 2022-10-10 2022-12-30 张家港谱析传感科技有限公司 一种带自校准的粒径谱仪

Also Published As

Publication number Publication date
CN110132802B (zh) 2024-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110132802A (zh) 一种粒径及粒子浓度在线检测装置及在线检测方法
US9891154B2 (en) System and method for converting optical diameters of aerosol particles to mobility and aerodynamic diameters
US8675195B2 (en) Device for determining particle sizes
US4737648A (en) Apparatus for detecting fibrous particle sizes by detecting scattered light at different angles
US7932490B2 (en) Size segregated aerosol mass concentration measurement device
EP0441904B1 (en) Multiport parallel flow particle sensor
JP2761018B2 (ja) 微粒子サイズ光学測定装置
US8534116B2 (en) Size segregated aerosol mass concentration measurement with inlet conditioners and multiple detectors
CN104764680B (zh) 双波长光学实时气溶胶粒子粒径检测装置
JPH03500816A (ja) 粒子の非対称性の分析装置
Petrak Simultaneous measurement of particle size and particle velocity by the spatial filtering technique
US5084629A (en) Split flow uniform multisensor detection
CN110672479A (zh) 一种气溶胶粒子粒径检测方法
CN112782121A (zh) 一种多角度光学粒子计数和折射率在线测量装置及方法
CN210051664U (zh) 一种粒径及粒子浓度在线检测装置
Bachalo et al. An instrument for spray droplet size and velocity measurements
JP7214038B2 (ja) 光学チャンバのカーテンフロー設計
Bade et al. Phase Doppler Interferometry volume flux sensitivity to parametric settings and droplet trajectory
US5517298A (en) Diode array velocimeter
Gu et al. A model for aerosol mass concentration using an optical particle counter
Miles Conditional velocity statistics and time-resolved flamelet statistics in premixed turbulent V-shaped flames
Kumar et al. Response of PDPA to optical materials and thickness of test section window
Rossow et al. Experimental investigation of the evaporation of a monodisperse droplet stream for variable air velocity
JPH07325025A (ja) 光減衰法による粒子径及び濃度測定装置
Jurányi et al. Dual-wavelength light scattering for selective detection of volcanic ash particles.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant