[發明專利]大氣顆粒物的粒徑與形狀測量裝置

在審

• 申請號: 201510969059.6
• 申請日: 2015-12-17
• 公開（公告）號: CN105403489A
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發明（設計）人: 鄭海洋;丁蕾;王穎萍;方黎
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 任崗生

技術領域

本發明涉及一種測量裝置，尤其是一種大氣顆粒物的粒徑與形狀測量裝置。

背景技術

大氣氣溶膠不僅對環境空氣有污染作用，還對局地環境、區域環境甚至全球環境具有重要影響，是地球大氣環境重要的研究對象之一。氣溶膠形態包括尺寸與形狀，不僅是其重要的物理性質，也決定了其各種行為，包括生成與消失、遷移和沉降等，在多相反應、健康效應、光輻射效應、氣候效應、清除機制等方面都有關鍵性作用，具有很高的研究價值。為此，人們為了探測氣溶膠做出了不懈的努力，如中國發明專利CN101173886B于2010年5月12日公告的一種氣溶膠粒子雙通道激光探測儀及其探測方法。該發明專利中記載的氣溶膠粒子雙通道激光探測儀由粒子進樣部件、光學采樣部件和控制處理部件組成；測量時，在控制處理部件的總體控制下，粒子進樣部件將大氣中的氣溶膠粒子以單個順序排隊的方式引進測量區后，先由光學采樣部件探測氣溶膠粒子的空氣動力學尺寸和粒譜分布信息，以及氣溶膠粒子的生物活性物質NADH和核黃素的信息，再由控制處理部件獲得氣溶膠粒子的粒徑和粒譜分布信息、生物活性物質和核黃素信息。為進一步地提高對氣溶膠粒子的測量質量，人們對氣溶膠探測儀中的粒子進樣部件也進行了改進，如中國實用新型專利說明書CN201222031Y于2009年4月15日公告的一種大氣壓氣溶膠透鏡進樣裝置。該進樣裝置通過于一端為錐形進樣噴口的氣溶膠進氣管的內腔中設置一片以上的、其孔徑自上而下遞減的中心為圓通孔的薄片，使載有不同粒徑的氣溶膠粒子束流被多次逐級聚焦，最終獲得了準直度長達15～20mm的粒子束流，大大地提高了粒子束的傳輸效率和準直效果。然而，上述兩項專利的結合雖也能大大地提高測量氣溶膠粒子的精確度，卻仍存在著欠缺之處——僅能測得氣溶膠粒子的粒徑，而不能對氣溶膠粒子的形狀進行有效的測量。

發明內容

本發明要解決的技術問題為克服上述各種技術方案的局限性，提供一種結構合理、實用，能對大氣顆粒物的粒徑和形狀進行實時探測的大氣顆粒物的粒徑與形狀測量裝置。

為解決本發明的技術問題，所采用的技術方案為：大氣顆粒物的粒徑與形狀測量裝置由氣溶膠束流進出樣部件、光學采樣部件和控制處理部件組成，其中的光學采樣部件含有氣溶膠粒徑光學采樣器，特別是，

所述光學采樣部件還設置有其采樣光路位于氣溶膠粒徑光學采樣器采樣光路下方的氣溶膠形狀光學采樣器；

所述氣溶膠形狀光學采樣器為紫色激光器及其光路上依次置有的紫色激光準直聚焦透鏡、氣溶膠測量作用區、紫色激光消光器、散射光選通光闌、散射光耦合透鏡組、空間濾波光闌、散射光分束聚焦透鏡組和光電探測陣面，其中，紫色激光準直聚焦透鏡的輸出光束焦點位于氣溶膠測量作用區中，光電探測陣面的輸出端與控制處理部件電連接。

作為大氣顆粒物的粒徑與形狀測量裝置的進一步改進：

優選地，紫色激光器為輸出波長405nm的半導體激光器。

優選地，氣溶膠測量作用區和紫色激光消光器的間距為60～80mm；保證了接收極角為5～15°，利于對形狀為球形、非球形氣溶膠粒子的連續、快速的測量。

優選地，散射光選通光闌為其上置有等方位角設置三只通光孔的光闌。

優選地，散射光分束聚焦透鏡組由同一平面上等方位角設置的第一分束透鏡、第二分束透鏡和第三分束透鏡組成。

優選地，光電探測陣面由分別位于第一分束透鏡、第二分束透鏡和第三分束透鏡焦點處的第一光電倍增管、第二光電倍增管和第三光電倍增管組成。

優選地，氣溶膠束流進出樣部件的組成為，一端為錐形進樣外噴口的外管中同軸嵌套有其一端為錐形進樣內噴口的氣溶膠透鏡管，抽氣口位于錐形進樣外噴口的下方，其中，氣溶膠透鏡管的內腔中置有一片以上的、其孔徑自上而下遞減的中心為圓通孔的薄片；既利于獲得較長準直度的氣溶膠粒子束流，還使氣溶膠粒子束流處于外管流出的凈化氣流的保護之中。

優選地，氣溶膠粒徑光學采樣器的組成為，紅色激光器及其光路上依次置有紅色激光準直透鏡組、雙折射晶體、氣溶膠測量作用區和紅色激光消光器，以及橢球面反射鏡和雪崩二極管，其中，雙折射晶體輸出的兩束分開方向與氣溶膠粒子運動方向相平行的兩束平行光的光斑均位于氣溶膠測量作用區中，橢球面反射鏡位于其中垂線與雙折射晶體輸出光軸呈30～60°角的延長線上，且其一個焦點位于氣溶膠測量作用區中、另一個焦點位于雪崩二極管上。

優選地，紅色激光器為輸出波長650nm的半導體激光器。