一种细颗粒物测量装置及其测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种细颗粒物测量装置，特别是涉及一种细颗粒物测量装置及其测量方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]测量PM2.5最经典的方法就是50年代发明的滤膜法，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。
[0004]石英微量震荡天平法是目前我国很多城市监测PMlO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。
[0005]测量PMlO或者PM2.5的另外一种比较常见的方法是3射线法。首先一定厚度的颗粒被收集在3源和盖革计数器之间的滤膜表面。当3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。3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。
[0006]其次常用的方法还有激光散射法。该方法利用的是空气中颗粒可以光散射。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。通常激光散射法只对0.3微米以上的颗粒比较敏感，并且颗粒的密度也未知，从而导致PM2.5测量产生很大的误差。
【发明内容】
[0007]为解决上述问题，本发明提供一种简单可靠，且价格低廉的PM2.5检测装置。
[0008]为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案:一种细颗粒物测量装置，用于检测空气中的PM2.5的含量，包括用于收集空气样品的PMlO收集器、用于分离所述空气样品中细颗粒物的PM2.5切割器、用于检测空气样品中细颗粒物含量的检测装置以及用于稳定气流的气泵，所述检测装置包括，
[0009]激光散射传感器，用于测定空气样品中细颗粒物散射强度；
[0010]激光散射传感器II，用于测定空气样品中细颗粒物散射强度；
[0011]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；
[0012]所述激光散射传感器I和激光散射传感器II包括串联的空气通道、激光模块以及探测模块，
[0013]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；
[0014]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；
[0015]所述激光通道和散射通道分别与所述串联的空气通道设有已测量的交叉空间；
[0016]所述激光源入射光线和激光散射光线的交叉区域设于所述已测量的交叉空间内；
[0017]所述两个激光源的入射光线分别平行和垂直于激光散射截面；
[0018]所述PMlO收集器的出口连接所述PM2.5切割器的进口 ；
[0019]所述PM2.5切割器的进口连接所述串联的空气通道的进口 ；
[0020]所述串联的空气通道的出口连接所述气泵；
[0021]所述激光强度探测仪均连接所述信号处理器。
[0022]所述激光源和交叉区域之间还设有用于聚焦的棱镜。
[0023]优选的，所述串联的空气通道的出口与所述气泵之间还设有用于收集空气样品中细颗粒物的过滤器。
[0024]优选的，所述过滤器与所述气泵之间还设有用于去除空气样品中湿气的干燥器。
[0025]优选的，所述干燥器还设有用于去除空气样品中气态酸性物质的活性炭层。
[0026]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，所述分流装置为用于分流气体的毛细管；所述气泵连接所述毛细管的进口 ；所述毛细管的出口分别连接所述PMlO收集器和外界。
[0027]本发明还提供另一个技术方案，一种细颗粒物测量方法，所述细颗粒物测量方法的工艺流程为:(I)收集空气样品(2)分离空气样品中的细颗粒物(3)测定空气样品中的细颗粒物散射强度并转换为空气样品中的细颗粒物浓度。
[0028]优选的，所述细颗粒物测量方法的工艺流程还包括:a、干燥净化余气；b、循环利用余气。
[0029]所述细颗粒物测量方法的具体步骤为:
[0030](I)收集空气样品，通过PMlO收集器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；
[0031](2)分离空气样品中的细颗粒物，通过PM2.5切割器分离，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；
[0032](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，依次通过1#激光散射传感器和2#激光散射传感器测定空气样品中细颗粒物的散射强度，并通过信号处理器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；
[0033](4)干燥净化余气，空气样品被过滤器收集细颗粒物后的余气，通过设有活性炭层的干燥器去除所述余气中的湿气和气态酸性物质；
[0034](5)循环利用余气，通过气泵稳定气流，并且通过毛细管将净化后的余气分别分流至PMlO收集器用于稀释空气样品和外界。
[0035]采用以上技术方案的有益效果是:由于两个激光散射传感器的激光源与激光散射截面分别为平行和垂直的关系，它们对不同的大小的颗粒敏感度不一样，通过组合两个激光散射传感器不仅可以消除颗粒大小对测量的影响而且可以大大降低颗粒密度对测量的影响；通过得到的测量信号，信号转换装置利用校正系数将它们换算成PM2.5的质量浓度；为了测量的重复性，通过激光散射传感器的流量是一定的；并且通过一个颗粒过滤器被收集起来，该过滤器还有一个很重要的作用就是可以通过一定时间的收集到颗粒的质量，来检验由激光散射传感器计算出来的浓度对比，从而可以修正系数，这样可以使测量更加准确，另外一个特别之处就是PMlO收集器，该PMlO收集器可以根据不同的要求对吸入的空气稀释和加热，从而最大程度上减少空气湿度，空气温度等对测量的影响。
【附图说明】
[0036]图1是本发明的组成方框图；
图2是本发明1#激光散射传感器的结构示意图；
图3是本发明2#激光散射传感器的结构示意图；
图4是本发明一种PM2.5测量测量方法的工艺流程图。
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[0038]
[0039]
[0040]其中，1.PMlO收集器2.PM2.5分离器3.1#激光散射传感器31.1#空气通道321.1#激光通道322.1#激光源323.1#棱镜324.1#激光捕捉器331.1#散射通道332.1#激光强度探测仪333.1#散射激光捕捉器34.1#交叉空间35.1#交叉区域4.2#激光散射传感器41.2#空气通道421.2#激光通道422.2#激光源423.2#棱镜424.2#激光捕捉器431.2#散射通道432.2#激光强度探测仪433.2#散射激光捕捉器44.2#交叉空间45.2#交叉区域5.信号处理器6.过滤器7.干燥器71.活性炭层8.气泵9.分流装置装置91.1#毛细管92.2#毛细管
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
[0042]实施例1
[0043]参见图1、图2以及图3，如其中的图例所示，一种细颗粒物测量装置，用于检测空气中PM2.5的含量，包括用于收集空气样品的一PMlO收集器1、用于分离所述空气样品中细颗粒物的一 PM2.5切割器2、用于检测空气样品中细颗粒物含量的一检测装置、用于收集空气样品中细颗粒物的一过滤器6、用于去除空气样品中湿气的干燥器7、用于稳定气流的一气泵8以及用于循环利用净化余气的分流装置9，所述检测装置包括，
[0044]一 1#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；
[0045]一 2#激光散射传感器4，用于测定空气样品中细颗粒物散射强度；
[0046]—信号处理器5，用于将所述细颗粒物散射强度转换为细颗粒物浓度；
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