[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

本發明公開了一種基于光聲光譜的PM_2.5濃度檢測裝置，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，所述光聲池包括前緩沖室、樣品室、后緩沖室和微音器室，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。本發明基于光聲光譜的PM_2.5濃度檢測裝置，利用基于氟化石墨炔振動膜的光纖F?P聲波傳感器對聲壓力波進行探測，能夠充分發揮光纖F?P聲波傳感器的高靈敏、高響應速度、高穩定性的作用；并且其光聲池的內壁涂有超疏水涂層，使得PM_2.5微粒不會粘附在光聲池內壁上而影響光聲信號，且氟化石墨炔振動膜不粘附PM_2.5微粒，均能進一步提高檢測精度。

技術領域

本發明涉及光聲光譜技術領域，具體涉及一種基于光聲光譜的PM_2.5濃度檢測裝置。

背景技術

大氣細顆粒物PM_2.5是我國空氣污染首要的污染物，PM_2.5是空氣動力學直徑小于或等于2.5微米的顆粒物。大氣中PM_2.5的主要來源有：燃煤，硫酸鹽，硝酸鹽及有機物等。PM_2.5對人體健康，日常生活以及大氣環境質量造成巨大的影響。因此，對大氣細顆粒物PM_2.5的質量濃度進行檢測，對于減少人群患病率，保障生命安全，預防空氣嚴重污染的發生具有十分重要的研究意義。

目前對于空氣中細顆粒物PM_2.5質量濃度的檢測方法主要有重量法，β射線衰減法以及光散射法等。其中，重量法是通過顆粒物采樣器將大氣中的顆粒物采樣到采樣器中，然后被測氣體進入PM_2.5切割器，將直徑大于2.5微米的顆粒分離，直徑小于或等于2.5微米的顆粒隨著氣流經分離器出口被阻留在已恒重的濾膜上。根據采樣前后濾膜的重量差以及采樣的體積，計算出PM_2.5的質量濃度。但是這種方法的準確性基本取決于采樣流量和分析所用的天平誤差的不確定度，且存在不能實時在線測量，操作繁瑣，采樣器笨重等缺點。β射線衰減法的工作原理是環境空氣由采樣器吸入，通過切割器和濾膜后排出，直徑小于或等于2.5微米的顆粒物沉積在濾膜上面，當β射線通過沉積著顆粒物的濾膜時會發生能量的衰減，通過對β射線衰減量的測定求出PM_2.5的質量濃度。但是β射線衰減法測量的準確性不僅與采樣器的采樣流量有關，還受到顆粒成分的影響，且易受外界環境因素的影響。光散射法主要基于Mie(米氏)散射，光源發出一束光射向氣流通道，光在顆粒物上發生散射，射向各個方向，通過在一定方向上的某一立體角接收到的光強差能求出PM_2.5的質量濃度。光散射法測量速度快，準確度高，能在線檢測，但是此光學系統較為復雜。

在基于光譜強度調制的光纖細顆粒物PM_2.5傳感器研究方面，苗心向等(強激光與粒子束,2014,26(11):216-219.)根據微納光纖的強約束能量和大倏逝場的特點，利用微納光纖表面吸附氣溶膠(懸浮物微粒PM)后引起附加損耗的特點，提出了一種基于微納光纖傳感的密閉空間氣溶膠檢測方法，其傳感裝置主要由半導體第一激光器(1550nm)、直徑為1.5μm的微納光纖傳感器，探測器和計算機組成，其氣溶膠傳感過程對光源穩定性以及探測器精度有較高的要求。 Hongyi Qin等(Journal of Aerosol Science，2012,45,19～25.)提出一種基于聚吡咯薄膜的氣溶膠光纖傳感方案，在已磨平的光纖末端上涂覆一定厚度的聚吡咯薄膜，氣溶膠粒子與聚吡咯薄膜靜電作用，從而改變聚吡咯薄膜的光學性質，當光纖的入射光被薄膜反射時，探測器可以探測到反射信號光強的變化量，即可得到氣溶膠濃度。其具有體積小，操作簡單，有效的降低了探測成本等優點，但是該方法對涂覆層的均勻性，光滑程度以及光源的穩定性，探測器的精度有較高的要求。

為了解決以上探測氣溶膠方法的問題，人們提出一種基于光聲光譜的氣溶膠濃度(吸收系數)探測方法。