CN203929580U - 一种用于检测细颗粒物的激光散射装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于检测细颗粒物的激光散射装置，包括用于收集空气样品的PM10收集器、用于分离所述空气样品中细颗粒PM2.5切割器、用于测定空气样品中细颗粒物散射强度的激光散射传感器、用于将所述细颗粒物散射强度转换为细颗粒物浓度的信号处理器以及用于稳定气体流量的气泵，是一种简单可靠，价格低廉的用于检测细颗粒物的激光散射装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种散射装置，特别是涉及一种用于检测细颗粒物的激光散射装置。
背景技术
由于细微颗粒物对人体的健康产生很大的危害，尤其是小于2.5微米的颗粒，PM2.5因为体积比较小，具有很大的比表面积，因而容易吸附有毒物质，并且这些颗粒可以轻易的到达肺部深处，从而引起各种肺部疾病，为此国家发布了新修订的《环境空气质量》标准。新标准增加了PM2.5的浓度限值检测标准。因此亟需一个简单可靠的并且价格低廉的PM2.5实时测量设备。
测量PM2.5最经典的方法就是50年代实用新型的滤膜法，这种方法只需要一个PM2.5切割头、一台泵和膜架及其滤膜，采集24小时样品后，取下滤膜称重即可，必要时可以平行采集3个样品，经恒温恒湿后再称重。该可靠实用的方法于1975年写进了德国工业标准，用于校准各种测量仪器。这种方法的缺点是，气流长时间不断通过采样滤膜，滤膜上采集到的物质随着气流和温度的变化会造成挥发性和半挥发性物质损失。同时，一些极细小的颗粒还是能穿过滤膜造成检测结果偏低；相反，气态物质也可能被滤膜吸附，造成结果偏高。并且该方法也不能实现PM2.5的实时监测。
石英微量震荡天平法是目前我国很多城市监测PM10最常用的方法，也可以用来确定PM2.5的浓度。该方法利用了石英晶体谐振器的压电特性，将石英晶振电极表面质量变化转化为石英晶体振荡电路输出电信号的频率变化。优点是定量关系明确，尤其是对小颗粒。缺点是目前的技术无法解决样品加热后挥发性和半挥发性物质的损失，导致测定结果被认为偏低；如果增加膜动态校准系统，则会因技术不成熟造成成本大幅度增高、操作复杂化，最关键的是仪器故障率大幅度升高，难以获得高质量数据。且石英微量震荡天平法对测量环境的要求很高，比如空气温度，湿度，压力，因此不适合南方潮湿地区和污染过于严重城市。
测量PM10或者PM2.5的另外一种比较常见的方法是β射线法。首先一定厚度的颗粒被收集在β源和盖革计数器之间的滤膜表面。当β射线通过时，其强度随着厚度的增加而逐渐衰弱。根据采样前后的盖革计数器的数值变化可以推算出滤膜上吸附的颗粒的质量。β射线法居于两个假设：一是仪器的采样滤膜条带均一；二是采集下来的粒子物理特性均一。上述两个假设往往并不成立，因此测定数据一般被认为偏高，这种检测方法在相对干净和干燥的地区故障率低，在潮湿高温区域故障率较高。并且该设备成本相对较高。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型提供一种简单可靠，且价格低廉的用于检测细颗粒物的激光散射装置。
为实现上述目的，本实用新型提供以下的技术方案：一种用于检测细颗粒物的激光散射装置，所述用于检测细颗粒物的激光散射装置包括，
PM10收集器，用于收集空气样品；
PM2.5切割器，用于分离所述空气样品中细颗粒物；
激光散射传感器，用于测定空气样品中细颗粒物散射强度；
信号处理器，用于将所述细颗粒物散射强度转换为细颗粒物浓度；
气泵，用于稳定气体流量；
所述PM10收集器连接所述PM2.5切割器；
所述PM2.5切割器连接所述激光散射传感器；
所述激光散射传感器分别连接所述信号处理器和气泵。
所述激光散射传感器包括空气通道、激光模块以及探测模块，
所述激光模块包括用于激光通过的激光通道和设于所述激光通道两端的用于发射激光的激光源和用于吸收激光的激光捕捉器；
所述探测模块包括用于激光散射的散射通道和设于所述散射通道两端的检测空气样品中细颗粒物散射强度的激光强度探测仪和用于吸收散射激光的激光捕捉器；
所述空气通道、激光通道以及散射通道设有已测量的交叉空间；
所述激光源入射光线与激光散射光线的交叉区域设于所述已测量的交叉空间内；
所述PM2.5切割器连接所述空气通道的进气口；
所述空气通道的出气口连接所述气泵；
所述激光强度探测仪连接所述信号处理器。
所述激光源和交叉区域之间还设有用于聚焦的棱镜。
优选的，所述空气通道的出气口和所述气泵之间还设有用于去除空气中湿气的干燥器。
优选的，所述干燥器内设有用于去除气态酸性物质的活性炭层。
优选的，所述气泵后还设有用于循环使用净化后空气的分流装置，所述分流装置为流量成比例的毛细管；所述毛细管入口连接所述气泵的出口；所述毛细管出口分别连接所述PM10收集器和外界。
采用以上技术方案的有益效果是：该方法利用的是空气中颗粒可以光散射的原理，通过测量散射光的强度可以间接的确定颗粒的浓度，利用激光散射法的测量受颗粒大小的影响，通过确定颗粒的数量浓度和大小可以计算出颗粒的质量浓度，结构简单，且能够实现实时监测。
附图说明
图1是本实用新型的组成方框图；
图2是本实用新型中激光散射传感器的结构示意图；
图3是本实用新型的工艺流程图。
其中，1.PM10收集器 2.PM2.5分离器 3.激光散射传感器 31.空气通道 321.激光通道 322.激光源 323.棱镜 324.激光捕捉器 331.散射通道 332.激光强度探测仪 333.散射激光捕捉器34.交叉空间 35.交叉区域 4.信号处理器 5.干燥器 51.活性炭层 6..气泵 7.分流装置 71.毛细管I 72.毛细管II
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施方式。
实施例1
参见图1和图2，如其中的图例所示，一种用于检测细颗粒物的激光散射装置，包括，
一PM10收集器1，用于收集空气样品；
一PM2.5切割器2，用于分离所述空气样品中细颗粒物；
一激光散射传感器3，用于测定空气样品中细颗粒物散射强度；
所述激光散射传感器包括一空气通道31、一激光模块以及一探测模块，
所述激光模块包括用于激光通过的一激光通道321和设于所述激光通道321两端的用于发射激光的一激光源322和用于吸收激光的一激光捕捉器324；
所述探测模块包括用于激光散射的一散射通道331和设于所述散射通道331两端的检测空气样品中细颗粒物散射强度的一激光强度探测仪332和用于吸收散射激光的一激光捕捉器333；
所述空气通道31、激光通道321以及散射通道331设有一已测量的交叉空间34；
所述激光源322入射光线与激光散射光线的交叉区域35设于所述已测量的交叉空间34内；
所述激光源322和交叉区域35之间还设有用于聚焦的棱镜323；
一信号处理器4，用于将所述细颗粒物散射强度转换为细颗粒物浓度；
一干燥器5，用于去除空气中的湿气，所述干燥器5内设有用于去除气态酸性物质的活性炭层51；所述PM2.5切割器连接所述空气通道的进气口；
一气泵6，用于稳定气体流量；
一分流装置7，用于循环使用净化后空气，所述分流装置7为流量成比例的毛细管I71和毛细管II72；毛细管I71和毛细管II72入口连接所述气泵6的出口；
所述PM10收集器1连接所述PM2.5切割器2；
所述PM2.5切割器2连接所述空气通道31的进气口；
所述激光强度探测仪332连接所述信号处理器4；
所述空气通道31的出气口连接所述干燥器5；
所述干燥器5连接所述气泵6。
所述气泵6连接有流量为10∶1的毛细管I71和毛细管II72；
所述毛细管I71出口连接所述PM10收集器1；
所述毛细管II72连接外界。
参见图3，如其中的图例所示，下面介绍所述用于检测细颗粒物的激光散射装置的工作具体步骤为：
(1)收集空气样品，通过PM10收集器1收集所要测量的空气样品，并且根据空气情况对所述空气样品进行加热和/或稀释；
(2)分离空气样品中的细颗粒物，通过PM2.5切割器2分离，直径大于2.5微米的颗粒物被去除，直径小于和等于2.5微米通过所述PM2.5切割器；
(3)测定空气样品中的细颗粒物散射强度并转换为细颗粒物浓度，通过激光散射传感器3的激光强度探测仪332，测定空气样品中细颗粒物的散射强度，并通过信号处理器5将所述空气样品中细颗粒物的散射强度转换为空气样品中细颗粒物的浓度；
(4)净化余气，空气样品被收集细颗粒物后的余气，通过设有活性炭层51的干燥器5去除所述余气中的湿气和气态酸性物质；
(5)余气循环利用，通过气泵6稳定气流，并且通过毛细管I71和毛细管II72将净化后的余气分别分流至PM10收集器1用于稀释空气样品和外界。
采用以上技术方案的有益效果是：该方法利用的是空气中颗粒可以光散射的原理，通过测量散射光的强度可以间接的确定颗粒的浓度，利用激光散射法的测量受颗粒大小的影响，通过确定颗粒的数量浓度和大小可以计算出颗粒的质量浓度，结构简单，且能够实现实时监测。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于检测细颗粒物的激光散射装置，其特征在于，所述用于检测细颗粒物的激光散射装置包括，
PM10收集器，用于收集空气样品；
PM2.5切割器，用于分离所述空气样品中细颗粒物；
激光散射传感器，用于测定空气样品中细颗粒物散射强度；
信号处理器，用于将所述细颗粒物散射强度转换为细颗粒物浓度；
气泵，用于稳定气体流量；
所述PM10收集器连接所述PM2.5切割器；
所述PM2.5切割器连接所述激光散射传感器；
所述激光散射传感器分别连接所述信号处理器和气泵。
2.根据权利要求1所述的用于检测细颗粒物的激光散射装置，其特征在于，所述激光散射传感器包括空气通道、激光模块以及探测模块，
所述激光模块包括用于激光通过的激光通道和设于所述激光通道两端的用于发射激光的激光源和用于吸收激光的激光捕捉器；
所述探测模块包括用于激光散射的散射通道和设于所述散射通道两端的检测空气样品中细颗粒物散射强度的激光强度探测仪和用于吸收散射激光的激光捕捉器；
所述空气通道、激光通道以及散射通道设有已测量的交叉空间；
所述激光源入射光线与激光散射光线的交叉区域设于所述已测量的交叉空间内；
所述PM2.5切割器连接所述空气通道的进气口；
所述空气通道的出气口连接所述气泵；
所述激光强度探测仪连接所述信号处理器。
3.根据权利要求2所述的用于检测细颗粒物的激光散射装置，其特征在于，所述激光源和交叉区域之间还设有用于聚焦的棱镜。
4.根据权利要求3所述的用于检测细颗粒物的激光散射装置，其特征在于，所述空气通道的出气口和所述气泵之间还设有用于去除空气中湿气的干燥器。
5.根据权利要求4所述的用于检测细颗粒物的激光散射装置，其特征在于，所述干燥器内设有用于去除气态酸性物质的活性炭层。
6.根据权利要求5所述的用于检测细颗粒物的激光散射装置，其特征在于，所述气泵后还设有用于循环使用净化后空气的分流装置，所述分流装置为流量成比例的毛细管；所述毛细管入口连接所述气泵的出口；所述毛细管出口分别连接所述PM10收集器和外界。
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| CN106290093A (zh) * | 2015-06-29 | 2017-01-04 | 天津同阳科技发展有限公司 | 基于mie散射理论的颗粒物浓度监测系统及其使用方法 |
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