[發明專利]一種灰霾成分在線監測裝置

有效

• 申請號: 201310340345.7
• 申請日: 2013-08-06
• 公開（公告）號: CN103398987A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 倪志波;董鳳忠;王靜鴿;陳興龍;付洪波
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 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

1.一種灰霾成分在線監測裝置，其特征在于包括：灰霾收集單元、信號激發單元、信號收集單元、灰霾狀態監測單元和計算機（32）；所述灰霾收集單元包括灰霾收集腔（1）、粒徑選擇器（3）、勢阱激光器（8）、具有擴束和準直功能的組合透鏡（12）、斬光器（14）、高倍聚焦鏡頭（18）、漏斗形氣流約束器（19）、鞘流管（28）和抽氣泵（30）；所述信號激發單元包括脈沖激光器（22）、第一連接光纖（21）和激發光束聚焦探頭（20），脈沖激光器（22）和激發光束聚焦探頭（20）間通過第一連接光纖（21）相連；所述信號收集單元包括信號收集探頭（26）、第二連接光纖（27）和光譜儀（31），其中信號收集探頭（26）通過第二連接光纖（27）與光譜儀（31）相連，光譜儀（31）與計算機（32）相連；所述灰霾狀態監測單元由灰霾狀態監測探頭（23）、CCD探測器（24）和USB連接線（25）組成，CCD探測器（24）與計算機（32）通過USB連接線（25）連接；粒徑選擇器（3）位于灰霾收集腔（1）前端面的進樣口上，粒徑選擇器（3）后部裝有勢阱激光器（8），勢阱激光器（8）固定于第一光學調整架（9）上，并通過第一支架（10）固定于灰霾收集腔（1）內的底板（5）上；具有擴束和準直功能的組合透鏡（12）固定于勢阱激光器（8）后部的第二光學調整架（11）上，第二光學調整架（11）通過第二支架（13）與灰霾收集腔（1）內的底板（5）相連；具有擴束和準直功能的組合透鏡（12）之后是斬光器（14），斬光器（14）通過第三支架（15）固定于灰霾收集腔（1）內的底板（5）上；高倍聚焦鏡頭（18）安裝于斬光器（14）后部的第三光學調整架（16）上，并通過第四支架（17）與灰霾收集腔（1）內的底板（5）相連；漏斗形氣流約束器（19）緊鄰灰霾收集腔（1）內底板（5）的后端面安裝，且口徑較大的一端朝向進樣口方向；灰霾收集腔（1）的軸心線、勢阱激光器（8）的軸心線、具有擴束和準直功能的組合透鏡（12）的光軸方向、高倍聚焦鏡頭（18）的光軸方向和漏斗形氣流約束器（19）的軸心線均重合；灰霾收集腔（1）的后端面外側的軸心線位置處裝有鞘流管（28），鞘流管（28）的尾端通過軟管（29）與抽氣泵（30）相連；灰霾收集腔（1）后端面前部的灰霾收集腔（1）側壁上開有3個螺紋孔，分別用于固定激發光束聚焦探頭（20）、信號收集探頭（26）和灰霾狀態監測探頭（23），勢阱光束焦點、激發光束聚焦探頭（20）焦點、信號收集探頭（26）焦點和灰霾狀態監測探頭（23）焦點均重合于一點，激發光束聚焦探頭（20）的軸心線、信號收集探頭（26）的軸心線和灰霾狀態監測探頭（23）的軸心線在同一平面內，且與灰霾收集腔（1）的軸心線垂直，灰霾狀態監測探頭（23）位于灰霾收集腔（1）徑向剖面的正上方，激發光束聚焦探頭（20）和信號收集探頭（26）對稱分布于灰霾狀態監測探頭（23）的兩側，激發光束聚焦探頭（20）和信號收集探頭（26）的軸心線夾角為90度；

含有灰霾的大氣在進樣口由粒徑選擇器（3）濾除大粒子后進入灰霾收集腔（1），并由漏斗形氣流約束器（19）約束至灰霾收集腔（1）的軸心線附近；來自勢阱激光器（8）的勢阱光束經具有擴束和準直功能的組合透鏡（12）作用后變為平行光束，經高倍聚焦鏡頭（18）后形成光學勢阱，光學勢阱焦點位于灰霾收集腔（1）后端面前方處；當勢阱光束從漏斗形氣流約束器（19）口徑較小的一端即氣流出口端穿過時，會將氣流出口附近的待分析灰霾粒子俘獲并輸運至勢阱光束焦點處；來自脈沖激光器（22）的脈沖激光被激發光束聚焦探頭（20）聚焦于激發光束聚焦探頭（20）焦點處，脈沖激光與灰霾相互作用產生等離子體發射光譜，位于信號收集探頭（26）焦點處的等離子體發射光譜被信號收集探頭（26）收集后經第二連接光纖（27）傳至光譜儀（31），并由計算機（32）控制光譜儀（31）進行數據采集；在兩激發脈沖的作用間隙，旋轉的斬光器（14）將遮擋勢阱光束避免光學勢阱的形成，從而消除勢阱光束對其焦點處灰霾的束縛作用，有利于勢阱光束焦點附近的灰霾在氣流的作用下，經鞘流管（28）排出灰霾收集腔（1）；灰霾狀態監測探頭（23）安裝于灰霾收集腔（1）的正上方，將灰霾狀態監測探頭（23）焦點處的灰霾狀態實時成像于CCD探測器（24）上，并在計算機（32）中加以顯示，實現灰霾狀態的實時監測。