[發明專利]一種基于顆粒物飛行時間的大氣顆粒物質量濃度反演方法

有效

• 申請號: 201310139285.2
• 申請日: 2013-04-21
• 公開（公告）號: CN103234882A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 桂華僑;李德平;劉建國;程寅;王杰;陸亦懷;伍德俠
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06;G01N15/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;賈玉忠

技術領域

本發明涉及大氣顆粒物質量濃度實時測量方法，屬于大氣環境監測技術領域。

背景技術

近年來，隨著我國大部分地區特別是發達城市和地區的霧霾天氣頻繁出現，人們對空氣質量越來越重視。形成灰霾天氣的主要原因是大氣顆粒物濃度上升，特別是PM2.5濃度的上升，引起空氣質量惡化和能見度急劇下降等不利影響。灰霾天氣中顆粒物的粒徑大小與人體健康有著密切的關系，它決定其最終進入呼吸道的部位及沉積量。灰霾天氣中的有毒、有害顆粒物散播在空氣中，對人類和生態系統會造成不同程度的危害。當前，大氣顆粒物的檢測已成為環境、氣候和健康等領域的重要內容。

目前，大氣顆粒物監測的主要測量方法有：振蕩天平法、Beta射線法、光散射法。振蕩天平法可以直接測量顆粒物的濃度，與顆粒物粒徑、顏色等無關，但是其受采樣溫度、濕度、振動、噪聲等影響比較大，特別是采樣過程中大氣顆粒物中揮發性有機物損失引起測量誤差較大。Beta射線法與顆粒物的種類、粒徑、形狀、顏色和化學組成等無關，只與粒子的質量有關，但受射線源、濾紙個體差別影響很大。另外，振蕩天平法和Beta射線法都要配合PM10，PM2.5等切割器，由于切割器的誤差也會造成測量結果誤差。并且，振蕩天平法和Beta射線法無法給出大氣顆粒物各粒徑的數濃度和粒徑分布信息，而這兩個參數都是影響人體健康的重要參數之一。光散射法是通過測量顆粒物受光照射后發出的散射光信號的強度大小來測量顆粒物的質量濃度。目前，基于光散射法的大氣顆粒物計數儀較多，如德國Grimm公司的1.109、美國TSI公司的3330和美國Metone公司的3413等。光散射法測顆粒物的質量濃度主要是通過特定角度的散射光強大小來測量顆粒物光學粒徑，并進一步反演顆粒物的質量濃度，激光器光強的波動、粒子的折射率和幾何形狀的不同均會引起測量誤差。

發明內容

本發明技術解決問題：克服上述的問題的不足，提供一種基于顆粒物飛行時間的大氣顆粒物質量濃度反演方法，能實現準確、實時、在線、可連續的大氣顆粒物質量濃度監測，能同時測量PM10、PM2.5、PM1的質量濃度，并給出大氣顆粒物粒徑分布。

本發明的技術實施方案：在空氣動力學粒徑譜儀的基礎上，一種基于顆粒物飛行時間的大氣顆粒物質量濃度反演方法，實現步驟如下：

（1）、由空氣動力學粒徑譜儀可以測出顆粒物在雙光斑的飛行時間，根據雙光斑的距離L計算出粒子的飛行速度，公式如下：

v=LΔt---(7)]]>

其中：v是顆粒物的飛行速度，L是雙光斑的距離，Δt是顆粒物在雙光斑的飛行時間。由飛行時間可以得出顆粒物的飛行速度，根據飛行速度得出顆粒物的質量。

（2）、根據動量守恒定律、空氣動力學和流體力學原理可以得出粒子飛行速度與單個粒子的質量的關系式，公式如下：

dmd=kC1+C2v+C3ln(1-C4v)---(1)]]>