[發(fā)明專利]一種用于大氣可吸入顆粒物濃度在線檢測的傳感器

無效

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• 申請日: 2012-08-28
• 公開（公告）號: CN102830084A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張思福
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州斯坦福儀器有限公司
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35;G01N21/37
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 馬明渡

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種傳感器，具體涉及一種用于大氣可吸入顆粒物濃度在線檢測的傳感器，該傳感器輸出的信號含有顆粒物的動力學(xué)直徑和相應(yīng)的質(zhì)量信息，通過二次儀表和數(shù)學(xué)處理，并通過實驗標(biāo)定可獲得大氣可吸入顆粒物的質(zhì)量濃度。?

背景技術(shù)

大氣可吸入顆粒物對人類健康影響顯著，特別是可以進(jìn)入肺泡的空氣動力學(xué)直徑小于2.5微米（PM2.5）的大氣可吸入顆粒物對人類可造成呼吸道疾病，肺功能損傷等危害。為了正確檢測大氣中可吸入顆粒物的濃度，近年來人們發(fā)明創(chuàng)造了多種檢測方法和檢測設(shè)備，其中包括傳統(tǒng)經(jīng)典的濾膜稱重法：該方法以規(guī)定的流量采樣，將空氣中的顆粒物捕集于具有一定直徑孔隙率的濾膜上，然后通過稱量濾膜采樣前后的質(zhì)量，由其質(zhì)量差求得捕集的大氣顆粒物的質(zhì)量，最后將這一質(zhì)量與采樣空氣體積之比即為大氣顆粒物的質(zhì)量濃度。這種方法是目前國家標(biāo)準(zhǔn)方法。隨著科技進(jìn)步，出現(xiàn)了許多新的現(xiàn)場實時檢測方法和儀器，比較典型的代表是1）光散射法：該方法的基本原理是用一個激光光源發(fā)出的光照射至被測顆粒物上引起光散射，在一定的方向上用光電轉(zhuǎn)換元件接收散射光的信號，包括散射光次數(shù)和光強(qiáng)。檢測到的散射光的次數(shù)表示粒子數(shù)，光強(qiáng)信號代表粒子的大小（直徑）。該方法可直接得到粒子數(shù)，但要通過統(tǒng)計計算換算成質(zhì)量濃度。2）β射線吸收法：它是利用C14放射源放射出的β射線照射介質(zhì)時被吸收導(dǎo)致其強(qiáng)度衰減的原理設(shè)計的。β射線法可間接獲得可吸入顆粒物的質(zhì)量濃度。3）微量振蕩天平法：在以一定頻率振動的錐形元件（TEOM）振蕩天平頂端安裝了一個可以更換的濾膜圓盤,當(dāng)被采集的空氣通過濾膜時,顆粒物沉積在濾膜上,隨著濾膜重量增加,TEOM的振蕩頻率降低,通過頻率變化可計算出單位時間內(nèi)沉積到濾膜上顆粒質(zhì)量.??再根據(jù)采樣流量,采樣現(xiàn)場，空氣溫度和氣壓計算出這段時間內(nèi)所采空氣的標(biāo)態(tài)體積,而得到顆粒物質(zhì)量濃度。?

現(xiàn)行的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的大氣可吸入顆粒物的濃度限值以大氣可吸入顆粒物的質(zhì)量濃度（mg/m³）為標(biāo)準(zhǔn)，顆粒物的質(zhì)量濃度是指單位體積氣體中含有大氣可吸入顆粒物的總質(zhì)量。?

濾膜稱重法原理簡單，測定數(shù)據(jù)可靠，為國家現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)方法，能夠直接測得大氣可吸入顆粒物的質(zhì)量濃度。但在測定過程中，存在操作較復(fù)雜、費時、設(shè)備比較多等缺點，另外，不能立即顯示測試結(jié)果，需要經(jīng)過稱重和計算等步驟。光散射法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)在線、快速檢測，但這種技術(shù)本身檢測到的信號主要含有粒子數(shù)和粒子大小信息，而不含有顆粒物的質(zhì)量信息，要得到大氣可吸入顆粒物的質(zhì)量濃度需要通過進(jìn)一步實驗得到被測顆粒物的密度，從而增加了測量的復(fù)雜度。β射線吸收法輸出信號比較復(fù)雜，這是因為顆粒物化學(xué)成分和性質(zhì)不同會影響到β射線的衰減，因此也是一種間接方法。微量振蕩天平法的檢測信號中直接含有顆粒物質(zhì)量信息，但該方法適用將儀器固定在被測場所，不適合便攜，現(xiàn)場實時測量。?

因此，研究一種新的測量方法和傳感器，它的輸出信號本身包含顆粒物的質(zhì)量信息，同時又能實現(xiàn)攜帶方便，操作快速簡單，精確度高和能現(xiàn)場實時檢測，將對保護(hù)環(huán)境，防止大氣污染非常有必要。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種用于大氣可吸入顆粒物濃度在線檢測的傳感器，其目的是要設(shè)計一種能夠直接感測待測顆粒物質(zhì)量相關(guān)的信號，而且攜帶方便，操作簡單快速的新型傳感器，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。?

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于大氣可吸入顆粒物濃度在線檢測的傳感器，其創(chuàng)新在于：包括光聲轉(zhuǎn)換腔、拾音器以及紅外脈沖光源；?

所述光聲轉(zhuǎn)換腔由一密閉容器構(gòu)成，該密閉容器的側(cè)壁上設(shè)有透光窗口，透光窗口作為光聲轉(zhuǎn)換腔的照射窗，密閉容器上還設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，進(jìn)氣口和出氣口分別與密閉容器的內(nèi)腔連通；

所述拾音器的最小檢出限小于或等于－80分貝（dB），信噪比大于100分貝（dB），頻率響應(yīng)為10－25000赫茲（Hz），拾音器的輸入端位于密閉容器的內(nèi)腔中，拾音器的輸出端作為所述傳感器的輸出端；

所述紅外脈沖光源發(fā)出紅外脈沖光，該紅外脈沖光經(jīng)照射窗照射入光聲轉(zhuǎn)換腔內(nèi)；所述紅外脈沖光的脈沖頻率大于或等于100赫茲（Hz），且紅外脈沖光的波長范圍為7±0.5微米（μm）。

上述技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下：?

1.?上述方案中，所述拾音器的輸入端是指拾音器上用于采集振動的頻率和振幅信號的敏感端面；拾音器的輸出端是指拾音器上用于輸出代表振動的頻率和振幅信號的電信號的端口。所述“拾音器的最小檢出限”實際上是對拾音器的靈敏度提出要求，最小檢出限相當(dāng)于靈敏度。