[發明專利]一種大氣黑碳氣溶膠粒子直徑檢測方法及檢測裝置

有效

• 申請號: 201110276672.1
• 申請日: 2011-09-19
• 公開（公告）號: CN102353337A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 鄒應全;程珊蓉;劉曉林;張宏群
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01B11/08
• 分類號: G01B11/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種粒子檢測方法，尤其涉及一種利用光電傳感器的大氣黑碳氣溶膠粒子直徑檢測方法及檢測裝置，屬于光電檢測技術領域。

背景技術

大氣黒碳氣溶膠是影響大氣溫室效應的重要因素。黑碳氣溶膠主要是含碳物質不完全燃燒產生的不定型碳質，主要的來源有自然源和人為源。黒碳氣溶膠的含量檢測和黒碳氣溶膠粒子直徑大小的特性分析對黒碳氣溶膠對大氣環境影響研究有著至關重要的意義。目前，黑碳氣溶膠含量的檢測方法有光學分析法、化學氧化法、熱氧化法等等。這些測量手段在測量結果方面均存在極大的不確定性，同一技術在不同的實驗室之間或同一樣本在不同的測量方法之間，測量結果都存在很大差異，測得的黑碳濃度相差高達兩倍甚至更多。測量大氣中黑碳氣溶膠的濃度很重要，但是測定黑碳氣溶膠粒子的直徑大小也很重要。通過測定黑碳氣溶膠粒子的直徑大小，我們可以分析粒子的形狀和排列的規則，而且為黒碳氣溶膠含量的測量提供一種新的測量方法，甚至可以根據粒子的直徑大小來判斷黑碳氣溶膠粒子的來源。

圖1顯示了一種可用于測量微小粒子含量及粒徑的單粒子煙塵光度計的基本結構及原理。如圖所示，該單粒子煙塵光度計包括激光發生器、氣體噴射器及4個光電探測器，其中探測器1檢測的是波長在630-800nm的白熾光，探測器2檢測的是波長在350-800nm的白熾光，探測器3是散射光的低增益探測器，探測器4是散射光的高增益探測器。氣體噴射器以某一恒定速度噴射氣體樣本，使其垂直通過激光束的中心，氣體中的粒子在激光照射下迅速大到白熾化并發出白熾光，探測器1和2對白熾光進行檢測并根據白熾光的色溫來確定粒子中各成分的濃度；探測器3和4用于對粒子的散射光進行檢測，其包括聚焦透鏡及光電傳感器，聚焦透鏡將散射光聚焦成像于光電傳感器，光電傳感器將接收到的光信號轉換為電信號輸出。探測器3和4檢測粒子直徑的原理如圖2所示。由于激光發生器發出的激光強度是呈高斯分布的，且粒子是以恒定速度通過激光束的中心，其散射光強度與激光強度成正比，所以單個粒子散射出的光信號的時間序列也是服從高斯分布的。一個標準的高斯分布函數的表達式為：

????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????（1）

其中：是一階矩（一階中心矩），是二階中心矩（方差）。

通過標準高斯分布函數的表達式，我們可以將上述散射光信號的時間序列表達成：

??????????????????????????????????????????（2）

其中：B是探測器基線偏移，A是散射光振幅。從上面的高斯分布表達式中，我們要知道散射信號的振幅A，就必須知道基線偏移B，高斯分布的中心位置和寬度。而對于確定的檢測裝置，基線偏移B為一常量，因此對于理想狀態（直徑不變）的粒子，只要通過其散射光的時間序列，根據式（2）即可得到散射光振幅A，然后通過散射光振幅A與粒子直徑大小之間的單值關系，確定粒子的直徑。

但是對于黑碳氣溶膠粒子而言，其表面通常不同程度地附著有蒸發性的附著層，這些蒸發性的有機或無機附著層在激光照射下會迅速蒸發，從而導致黑碳氣溶膠粒子的直徑在不斷變化，因此其散射光信號的時間序列并不符合高斯分布，難以采用上述方法檢測到準確的直徑。

發明內容

本發明在于克服現有光電檢測方法無法對黑碳氣溶膠粒子的直徑進行準確檢測的不足，提供一種準確可靠的大氣黑碳氣溶膠粒子直徑檢測方法及檢測裝置。