[發明專利]基于光聲光譜的PM2.5濃度檢測裝置

有效

• 申請號: 201810180468.1
• 申請日: 2018-03-05
• 公開（公告）號: CN108195729B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 楊建春;王燦;沈睿;劉云紅;陳偉民
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司 50218
• 代理人: 吳彬

1.一種基于光聲光譜的PM_2.5濃度檢測裝置，其特征在于：包括第一激光器、光聲池、光纖F-P聲波傳感器、第二激光器、光纖耦合器、光電探測器、鎖相放大器和計算機，所述鎖相放大器為UHFLI型號的放大器；

所述光聲池包括前緩沖室、樣品室、后緩沖室和微音器室，所述前緩沖室上設置有待測氣體進入口，所述后緩沖室上設置有廢氣排出口，所述樣品室通過前導管與前緩沖室連接，所述樣品室還通過后導管與后緩沖室連接，且前導管和后導管同軸布置；所述微音器室通過螺紋管接頭與樣品室連接；所述前緩沖室、樣品室、后緩沖室、前導管、以及后導管的內壁上形成有超疏水涂層；

所述光纖F-P聲波傳感器包括外護管和設置于外護管內的氧化鋯陶瓷插芯，所述氧化鋯陶瓷插芯的中部設置有沿軸向貫通的光纖插孔，所述光纖F-P聲波傳感器還包括從氧化鋯陶瓷插芯的一端插入光纖插孔的單模光纖、以及粘接在氧化鋯陶瓷插芯另一端面上的氟化石墨炔振動膜，所述單模光纖的端部和氟化石墨炔振動膜之間形成有F-P諧振腔；

強度調制的第一激光器發出的光依次經過前緩沖室、前導管、樣品室、后導管和后緩沖室，所述前緩沖室側面上還設置有軸心線位于前導管軸心線重合的準直器，所述后緩沖室的側面上還設置有將光反射回樣品室的反射鏡；

所述光纖F-P聲波傳感器中的單模光纖通過光纖耦合器分別與第二激光器和光電探測器連接，所述光電探測器通過鎖相放大器與計算機連接。

2.根據權利要求1中所述的基于光聲光譜的PM_2.5濃度檢測裝置，其特征在于：所述光聲池由鋁合金材料制成，所述超疏水涂層為無機-有機硅改性聚氨酯，所述超疏水涂層通過以下步驟涂覆在光聲池的內壁上：

1)分別將50ml聚丙二醇和50ml羥基硅油放入燒瓶中在80℃條件下真空脫水，然后冷卻至室溫并密封；

2)將聚丙二醇和羥基硅油升溫后滴加3ml甲苯二異氰酸酯，恒溫至50℃反應一段時間后，滴加0.2g二月桂酸二丁基錫催化劑，控制反應時間1小時，獲取有機硅改性聚氨酯；

3)將20ml乙酸乙酯加入到盛有5g SiO₂和30ml的有機硅改性聚氨酯的容器中，超聲震蕩30min，制得SiO₂和有機硅改性聚氨酯混合分散液；

4)將光聲池經3％NaOH堿液除油、3％HCl酸洗活化后，浸入到SiO₂和有機硅改性聚氨酯混合分散液中5min；將涂覆了SiO₂和有機硅改性聚氨酯的光聲池放入烘箱中加熱至180℃，保溫5min，自然降溫至室溫。

3.根據權利要求1中所述的基于光聲光譜的PM_2.5濃度檢測裝置，其特征在于：所述光纖F-P聲波傳感器通過如下步驟制備得到：

1)將白銅箔依次在鹽酸中清洗以去除其上氧化物，在丙酮中清洗以去除其上有機物，在乙醇中清洗以去除殘留的丙酮，在去離子水中進行超聲以去除殘留乙醇，超聲完畢后用高純度氮氣將白銅箔吹干；所述白銅箔的材料為Cu-Ni合金；

2)將白銅箔放在三口瓶中，在恒定反應溫度65℃下，向三口瓶中通入氬氣，并在氬氣保護氣氛下向三口瓶中緩慢滴加溶解有六炔基苯的吡啶溶液，滴加時間16h，滴加結束后持續攪拌反應60h；反應結束后，取出白銅箔，依次用丙酮、N，N-二甲基甲酰胺洗滌，再用高純度氮氣吹干，即得到兩側表面生長有石墨炔的白銅箔；

3)將兩側表面生長有石墨炔的白銅箔放入到等離子氣室中，對等離子氣室抽真空，再通入Ar和F₂之比為9:1的混合氣體，等離子體功率設置為5W，在室溫下照射30-60min，即獲得氟化石墨炔；

4)對白銅箔的一個側面進行拋光以去除該側面上的氟化石墨炔，然后將單側附有氟化石墨炔的白銅箔浸入到0.05g/mL的硝酸鐵、氯化鐵或過硫酸銨溶液中除掉白銅箔，再對剩下的氟化石墨炔反復水洗，即得到氟化石墨炔振動膜；

5)將氧化鋯陶瓷插芯固定插裝在外護管中，再將單模光纖插入氧化鋯陶瓷插芯，并使單模光纖的端面與氧化鋯陶瓷插芯的端面之間留有一定距離以便形成F-P諧振腔，單模光纖和氧化鋯陶瓷插芯之間采用粘接劑固化密封，然后將氟化石墨炔振動膜粘附到陶瓷插芯端面，在室溫下干燥0.5小時后去除水層，通過范德華力作用將氟化石墨炔振動膜牢固附著到陶瓷插芯端面。

4.根據權利要求3中所述的基于光聲光譜的PM_2.5濃度檢測裝置，其特征在于：所述氟化石墨炔振動膜的厚度為180-250nm。