一种低成本高精度雾霾测量仪的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种低成本高精度雾霾测量仪，与现有技术相比解决了设备成本高、测量精度差的缺陷。本发明包括过滤气体腔和待测气体腔，光纤A的输出端朝向透光片A中部，光纤B输出端朝向透光片C中部，散射光探测窗口A上接有过滤腔散射光探测器，透射光探测窗口A上接有过滤腔透射光探测器，散射光探测窗口B上接有待测腔散射光探测器，透射光探测窗口B上接有待测腔透射光探测器。本发明通过使用光强度衰减法和光散射两种方案对比来测量大气污染浓度，提高了测量精度。
【专利说明】一种低成本高精度雾霾测量仪
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及雾霾测量领域，具体来说是一种低成本高精度雾霾测量仪。
[0003]
【背景技术】
[0004]按照国际标准化组织(ISO)的定义，“大气污染通常是指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利或环境污染的现象”。现今国内随着工业化的发展，造成了环境的恶化，使得大气污染现象日益加重，已严重的影响了国人的身体健康。而现今的污染检测一般在固定的监测站进行，不能随时随地的在各不同位置进行污染监测，使得国人不能即时了解附近大气污染状况，实施合适的应对措施。而针对便携式的大气污染检测设备，目前具有代表性的污染监测仪器是利用激光的吸收衰减或者是光的散射进行检测的。
[0005]1、光吸收衰减的具体实施原理是一束光透过气体到达光检测器。由于污染气体中含有污染颗粒，它会吸收或散射光导致光强度的滾减，因此光检测器所测得光强度与气体中的污染及其它对光有吸收作用的成分有关。在光检测器上，光信号被转化成电信号，然后电信号被处理成对应污染浓度的电压信号和数字信号，通过解调得到对应污染浓度值。用这种方式测定烟尘颗粒物浓度有一定的限制，当烟尘颗粒物的浓度太高或太低时，测量的灵敏度不高，会存在测量误差，并且设备成本高。
[0006]2、利用光散射进行检测的实施原理为将一束光射入待测气体样本中，光束与污染颗粒物相互作用产生散射，散射光的强弱与总散射截面成正比，当污染颗粒物浓度升高时，污染颗粒物的总散射截面增大，散射光强度增加，通过测量散射光的强弱即可得到污染颗粒物的浓度。但使用散射进行测量时结果会受到大气中的非污染成份(水雾等)的影响，造成测试结果的误差,并且同样设备成本高。
[0007]如何开发出一种低成本、高准确度的大气污染检测设备已经成为急需解决的技术问题。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为了解决现有技术中设备成本高、测量精度差的缺陷，提供一种低成本高精度雾霾测量仪来解决上述问题。
[0009]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
一种低成本高精度雾霾测量仪，包括半导体激光器和与半导体激光器相连的光纤耦合器，光纤耦合器分别接出光纤A和光纤B，还包括过滤气体腔和待测气体腔，过滤气体腔上部设有与其相通的散射光探测窗口 A，过滤气体腔下部设有与其相通的进气管A和排气管A，过滤气体腔的前部和后部分别由透光片A和透光片B封口，透光片B上设有与其相通的透射光探测窗口 A ；
待测气体腔上部设有与其相通的散射光探测窗口 B，待测气体腔下部设有与其相通的进气管B和排气管B，待测气体腔的前部和后部分别由透光片C和透光片D封口，透光片D上设有与其相通的透射光探测窗口 B ；
光纤A的输出端朝向透光片A中部,光纤B输出端朝向透光片C中部,散射光探测窗口A上接有过滤腔散射光探测器，透射光探测窗口 A上接有过滤腔透射光探测器，散射光探测窗口 B上接有待测腔散射光探测器，透射光探测窗口 B上接有待测腔透射光探测器。
[0010]所述的过滤气体腔内的透光片A上镀有增反膜A，过滤气体腔内的透光片B上镀有增反膜B，待测气体腔内的透光片C上镀有增反膜C，待测气体腔内的透光片D上镀有增反膜D。
[0011]所述的透光片A、透光片B、透光片C和透光片D均为玻璃。
[0012]所述的进气管A入口处设有微型风扇A，进气管B入口处设有微型风扇B。
[0013]所述的进气管A上设有插槽A，插槽A上插有过滤插片A。
[0014]所述的过滤腔散射光探测器、过滤腔透射光探测器、待测腔散射光探测器和待测腔透射光探测器均接入运算器，运算器与显示单元相连。
[0015]所述的过滤腔散射光探测器、过滤腔透射光探测器、待测腔散射光探测器和待测腔透射光探测器均接入通用串行总线控制端口。
[0016]所述的进气管B上设有插槽B，插槽B上插有过滤插片B，所述的过滤插片B为PMlO滤纸。
[0017]所述的进气管B上设有插槽B，插槽B上插有过滤插片B，所述的过滤插片B为PM2.5滤纸或ΡΜ0.5滤纸。
[0018]光纤A的输出端斜射入透光片A,光纤B的输出端斜射入透光片C,所述的过滤气体腔内壁上镀有增反膜A，所述的待测气体腔内壁上镀有增反膜B，透射光探测窗口 A与透光片B之间的夹角与光纤A的输出端斜射入透光片A的夹角相同,透射光探测窗口 B与透光片D的夹角与光纤B的输出端斜射入透光片C的夹角相同。
[0019]有益效果
本发明的一种低成本高精度雾霾测量仪，与现有技术相比通过使用光强度衰减法和光散射两种方案对比来测量大气污染浓度，提高了测量精度。通过过滤插片的设计不仅解决了非污染成份影响测试结果的问题，同时还巧妙地提供了 PMlO和PM2.5的测量功能。通过镀有高反射膜的设计，构成了法布里-哮罗腔结构，增大激光通过气体腔时的光程，可以更多的接收到待测气体的信息，减少随机误差对测量结果的影响。具有设备成本低、便于携带的特点。
[0020]【专利附图】
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图
图2为本发明加装运算器的结构示意图
图3为本发明加装通用串行总线控制端口的结构示意图
图4为本发明应用在PMlO和PM2.5综合测试设备上的结构示意图
图5为光纤与透光片偏离90度状态时的结构示意图
其中，1-半导体激光器、2-光纤耦合器、5-过滤腔散射光探测器、6-过滤腔透射光探测器、7-待测腔散射光探测器、8-待测腔透射光探测器、9-运算器、10-显示单元、11-通用串行总线控制端口、12-计算机、13-增反膜A、14-增反膜B、15-增反膜C、16-增反膜D、17-PM10测量组件、18-PM2.5测量组件、21-光纤A、22-光纤B、30-插槽A、31-过滤气体腔、32-透光片A、33-透光片B、34-散射光探测窗口 A、35-进气管A、36-排气管A、37-透射光探测窗口 A、38-微型风扇A、39-过滤插片A、40-插槽B、41_待测气体腔、42-透光片C、43_透光片D、44-散射光探测窗口 B、45-进气管B、46-排气管B、47-透射光探测窗口 B、48-微型风扇B、49-过滤插片B。
[0021]
【具体实施方式】
[0022]为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下:
在利用光吸收衰减方法进行光散射测量时，光的吸收满足Beer-Lambert公式，即
【权利要求】
1.一种低成本高精度雾霾测量仪，包括半导体激光器(I)和与半导体激光器(I)相连的光纤稱合器(2),光纤稱合器(2)分别接出光纤A (21)和光纤B (22),其特征在于:还包括过滤气体腔(31)和待测气体腔(41)，过滤气体腔(31)上部设有与其相通的散射光探测窗口 A (34)，过滤气体腔(31)下部设有与其相通的进气管A (35)和排气管A (36)，过滤气体腔(31)的前部和后部分别由透光片A (32)和透光片B (33)封口，透光片B (33)上设有与其相通的透射光探测窗口 A (37)； 待测气体腔(41)上部设有与其相通的散射光探测窗口 B (44)，待测气体腔(41)下部设有与其相通的进气管B (45)和排气管B (46)，待测气体腔(41)的前部和后部分别由透光片C (42)和透光片D (43)封口，透光片D (43)上设有与其相通的透射光探测窗口 B (47)； 光纤A (21)的输出端朝向透光片A (32)中部,光纤B (22)输出端朝向透光片C (42)中部，散射光探测窗口 A (34)上接有过滤腔散射光探测器(5)，透射光探测窗口 A (37)上接有过滤腔透射光探测器(6)，散射光探测窗口 B (44)上接有待测腔散射光探测器(7)，透射光探测窗口 B (47)上接有待测腔透射光探测器(8)。
2.根据权利要求1所述的一种低成本高精度雾霾测量仪，其特征在于:所述的过滤气体腔(31)内的透光片A (32)上镀有增反膜A (13)，过滤气体腔(31)内的透光片B (33)上镀有增反膜B (14)，待测气体腔(41)内的透光片C (42)上镀有增反膜C (15)，待测气体腔(41)内的透光片D (43)上镀有增反膜D (16)。
3.根据权利要求1所述的一种低成本高精度雾霾测量仪，其特征在于:所述的透光片A(32)、透光片B (33)、透光片C (42)和透光片D (43)均为玻璃。
4.根据权利要求3所述的一种低成本高精度雾霾测量仪，其特征在于:所述的进气管A(35)入口处设有微型风扇A (38)，进气管B (45)入口处设有微型风扇B (48)。
5.根据权利要求4所述的一种低成本高精度雾霾测量仪，其特征在于:所述的进气管A(35)上设有插槽A (30)，插槽A (30)上插有过滤插片A (39)。
6.根据权利要求5所述的一种低成本高精度雾霾测量仪，其特征在于:所述的过滤腔散射光探测器(5)、过滤腔透射光探测器(6)、待测腔散射光探测器(7)和待测腔透射光探测器(8)均接入运算器(9)，运算器(9)与显示单元(10)相连。
7.根据权利要求5所述的一种低成本高精度雾霾测量仪，其特征在于:所述的过滤腔散射光探测器(5)、过滤腔透射光探测器(6)、待测腔散射光探测器(7)和待测腔透射光探测器(8)均接入通用串行总线控制端口(11)。
8.根据权利要求5所述的一种低成本高精度雾霾测量仪，其特征在于:所述的进气管B(45)上设有插槽B (40)，插槽B (40)上插有过滤插片B (49)，所述的过滤插片B (49)为PMlO滤纸。
9.根据权利要求5所述的一种低成本高精度雾霾测量仪，其特征在于:所述的进气管B(45)上设有插槽B (40)，插槽B (40)上插有过滤插片B (49)，所述的过滤插片B (49)为PM2.5滤纸或ΡΜ0.5滤纸。
10.根据权利要求1所述的一种低成本高精度雾霾测量仪，其特征在于:光纤A(21)的输出端斜射入透光片A (32),光纤B (22)的输出端斜射入透光片C (42),所述的过滤气体腔(31)内壁上镀有增反膜A (13)，所述的待测气体腔(41)内壁上镀有增反膜B (14)，透射光探测窗口 A (37)与透光片B (33)之间的夹角与光纤A (21)的输出端斜射入透光片A (32)的夹角相同，透射光探测窗口 B (47)与透光片D (43)的夹角与光纤B (22)的输出端斜射入透光片C (42)的夹角 相同。
【文档编号】G01N15/06GK103994954SQ201410200334
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】刘 文, 许立新, 王智浩, 姚培军 申请人:中国科学技术大学先进技术研究院