一种基于光散射的单分散气溶胶粒径及浓度测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测试测量装置，尤其是涉及一种用于PM2. 5自动监测仪校准的气溶胶 粒径和浓度测量装置。
【背景技术】
[0002] 气溶胶灰霾给人们生活和社会发展带来诸多不利影响，其中增加最显著、对人体 影响最大的就是直径小于l〇um的可吸入颗粒物，也就是通常称作PM2. 5和PM10。因此对 细颗粒物的监测也越来越重视。目前国内外用到的空气颗粒物自动监测主要基于β射线 法和微量振荡天平法。由于测量原理不同，两种监测仪器得到的数据存在一定的差距。由 于我国针对ΡΜ2. 5自动监测仪器未出台相应标准，相应的量值溯源体系处于空白，无法保 证监测数据的统一，影响ΡΜ2. 5数据的公正性，因此急需建立ΡΜ2. 5监测仪器的量值溯源体 系。目前国内外都倾向于利用标准粒子的方法开展ΡΜ2. 5监测仪器的校准，但是由于细小 颗粒在空气中的物理、化学性状随时间极易发生变化，导致颗粒制作和颗粒应用之间产生 了较大的偏差，无法保证被校准的现场监测仪器测量结果的一致性。因此，标准粒子发生器 需要配备无损监测装置，对发生粒子的粒径和浓度进行实时监测，才能保证校准的一致性 和准确性。
[0003] 目前现有的仪器中只有粒径谱仪可以同时测量颗粒的粒径和浓度，粒径谱仪分为 两种原理，第一种是粒子计数法，如专利申请公布号CN103575638A申请公布日2014年2月 12日，名称为"一种光散射式粒子计数器及其粒径分布算法"，的发明专利申请文件，提供了 一种粒子计数器及其粒径分布算法。但这种方法无法满足高浓度粒子浓度的监测。第二种 是粒子计数法结合称重法，这种方法可以实现大范围粒径和大范围质量浓度测量，由于称 重法测量时间和操作流程限制，测量实时性较差，也无法满足气溶胶发生状态的监测。中国 专利申请公布号CN103728229A，申请公布日2014年4月16日，名称为"测量大气颗粒物的 平均粒径和浓度的测量装置及测量方法"的发明专利申请文件，提供了一种基于多波长消 光法探测颗粒物的平均粒径和浓度的测量装置及测量方法，该技术方案探测的粒径为平均 粒径，而非粒径分布。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术存现有仪器对标准气溶胶发生器产生的高浓度单分散气溶胶 粒径与浓度无法同时快速检测的技术问题，本发明提供一种基于光散射原理的光度法与粒 子计数法相结合的测量装置，在同一装置内实现对单分散气溶胶大范围粒径及大范围浓度 的快速测量。该监测装置与气溶胶发生器配合使用，组成标准粒子发生及监测系统，可用于 颗粒物监测仪器的校准。
[0005] 本发明的技术方案是：一种基于光散射的单分散气溶胶粒径及浓度测量装置，它 包括激光器和散射腔，散射腔为长方体密闭腔体结构，散射腔左、右壁设有增透镜和光陷 阱，激光器发出的光束依次经过设置的光学衰减器、扩束镜、第一光阑，从增透镜进入散射 腔，穿过散射腔后进入光陷阱，散射腔上、下壁设有管状的进气管和出气管，在散射腔内进 气管和出气管的连线与光束交叉区域形成光敏区，靠近散射腔前、后壁散射腔内设有光电 倍增管和球面镜，球面镜的焦点与光敏区中心重合，光电倍增管与设置在散射腔外的数据 采集卡、电脑依次电连接。利用光散射原理，通过脉冲探测的粒子计数法，实现低浓度气溶 胶粒径和浓度探测，利用光度法，实现高浓度气溶胶浓度探测，在没有采用滤膜、破坏气溶 胶颗粒状态的前提下，得到单分散气溶胶粒径和浓度的快速探测，具有较大的粒径和浓度 测量范围。测量装置简单合理，成本低，测量量程大、测量效率高。为气溶胶粒径和浓度探 测相关仪器的校准和溯源提供了技术手段。
[0006] 作为优选，激光器发出的光束为直径为1_准直光束。
[0007] 作为优选，第一光阑为孔径光阑，光阑的孔径为2. 5 - 3. 5mm;截取光束光斑中心 区域。
[0008] 作为优选，第一光阑与增透镜之间设有柱面镜，柱面镜的焦点与光敏区的中心重 合；将圆形光束光斑转换成一字型光斑，使气溶胶颗粒通过时，脉冲更窄，响应更快，能够适 用于测量较高浓度粒子的粒径分布。
[0009] 作为优选，散射腔内设有一对第二光阑，第二光阑在增透镜和光陷阱的光路上以 光敏区为中心对称布置；减小杂散光。
[0010] 作为优选，进气管外套接有管状的鞘气；鞘气将气溶胶包裹在中心，防止气溶胶扩 散产生杂散光。
[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用光散射原理，通过脉冲探测的粒子计 数法，实现低浓度气溶胶粒径和浓度探测；通过直流电平探测的光度法，实现高浓度气溶胶 浓度的探测。两种方法的结合，在没有采用滤膜、破坏气溶胶颗粒状态的前提下，得到单分 散气溶胶粒径和浓度的快速探测。基于光衰减器的激光功率切换使得装置在低功率下运行 时依然保持较高的测量精度，具有较大的粒径和浓度测量范围。这种将光度法与粒子计数 法有机结合的技术，利用同一装置实现气溶胶粒径和浓度的快速检测，测量装置简单合理， 成本低，测量量程大、测量效率高。为气溶胶粒径和浓度探测相关仪器的校准和溯源提供了 技术手段。
【附图说明】
[0012] 附图1为本发明正面连接示意图； 附图2为图1中A-A剖视连接示意图。
[0013] 图中：1_激光器；2-光学衰减器；3-扩束镜；4-第一光阑；5-柱面镜；6-散射腔； 7_数据采集卡；8-电脑；61-增透镜；62-第二光阑；63-光敏区；64-出气管；65-球面镜； 66-光陷阱；67-光电倍增管；68-进气管；69-鞘气进气管。
【具体实施方式】
[0014] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0015] 实施例1 : 如图1和2所示，一种基于光散射的单分散气溶胶粒径及浓度测量装置，它包括激光 器1、光学衰减器2、扩束镜2、第一光阑4、柱面镜5、散射腔6、数据采集卡7和电脑8。图 中，细实线表示光路箭头表示光传播方向；双点划线表示气路，箭头表示气流方向；虚线表 示电连接线。激光器1采用632nm的ΗΘ-Ν2激光器，功率约20mW，发出的光束直径为1mm准 直光束。第一光阑4为孔径光阑，光阑的孔径为3mm。柱面镜5的焦点位于光敏区的中心， 第一光阑4射出的光束通过柱面镜5光束变为"一"字形光斑，焦点处，光斑长约3mm，宽约 0. 8_。散射腔6为长方体密闭腔体结构。图1中，图左、右方，为散射腔6的左侧、右侧；图 上、下方，为散射腔6的上方