[發明專利]一種基于聲表面波技術的大氣顆粒物測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201810978411.6
• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號: CN109164024B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 郭煒;郭威;張栩;彭海劍;馬永躍
• 申請（專利權）人: 中節能天融科技有限公司
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 程華

本發明公開一種基于聲表面波技術的大氣顆粒物測量裝置及方法。測量裝置包括：沖擊式分級采樣單元、聲表面波傳感器、流量控制單元和控制與運算單元；沖擊式分級采樣單元將大氣中不同粒徑的顆粒物進行分離；聲表面波傳感器用于采集分離后的不同粒徑的顆粒物；流量控制單元用于獲得通過氣體的體積；流量控制單元與所述控制運算單元連接，控制運算單元根據流量控制單元計算參數控制風速的流量，同時采集聲表面波傳感器信號并計算出不同粒徑顆粒物質量，根據所述粒徑顆粒物的質量計算出大氣中不同粒徑的體積濃度或質量濃度。本發明實現了大氣顆粒物的粒徑切割與采集的一體化；同時實現了使用聲表面波傳感器對顆粒物質量的直接測量，提高顆粒物質量檢測的精度。

技術領域

本發明涉及大氣顆粒物測量領域，特別是涉及一種基于聲表面波技術的大氣顆粒物測量裝置及方法。

背景技術

現有技術中關于大氣顆粒物測量的技術包括采用光散射法、β射線法和微振蕩天平法。

光散射法基于光散射原理。當光束入射到顆粒上時，將向空間四周散射，光的各個散射參數與顆粒的粒徑密切相關，為顆粒物的測量提供了一個尺度。

β射線儀則是利用Beta射線衰減的原理，環境空氣由采樣泵吸入采樣管，經過濾膜后排出，顆粒物沉淀在濾膜上，當β射線通過沉積有顆粒物的濾膜時，β射線的能量衰減，通過對衰減量的測定計算出顆粒物的濃度。

微量振蕩天平法是在質量傳感器內使用一個振蕩空心錐形管，在其振蕩端安裝可更換的濾膜，振蕩頻率取決于錐形管特征和質量。當采樣氣流通過濾膜，其中的顆粒物沉積在濾膜上，濾膜的質量變化導致振蕩頻率的變化，通過振蕩頻率的變化計算出沉積在濾膜上的顆粒物的質量，再根據流量、現場環境溫度和氣壓計算出該時段顆粒物的質量濃度。

光散射法的測量精度低，β射線法和微振蕩天平法對應產品的體積大、價格昂貴并且維護成本高，很難得到大量的推廣和應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠精確測量大氣中不同粒徑顆粒物的濃度的基于聲表面波技術的大氣顆粒物測量裝置及方法。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種基于聲表面波技術的大氣顆粒物測量裝置。所述測量裝置包括：沖擊式分級采樣單元、聲表面波傳感器、流量控制器和控制運算單元；

所述沖擊式分級采樣單元將大氣中不同粒徑的顆粒物進行分離；

所述聲表面波傳感器用于采集分離后的不同粒徑顆粒物的質量；

所述流量控制單元用于獲得通過的氣體體積；所述流量控制單元與所述控制運算單元連接，

所述控制運算單元根據流量控制單元計算參數控制風速的流量，同時采集聲表面波傳感器信號并計算出不同粒徑顆粒物質量，根據所述粒徑顆粒物的質量計算出大氣中不同粒徑的體積濃度或質量濃度。

可選的，所述沖擊式分級采樣單元包括：腔體、通氣孔板、傳感器板、濾膜；載帶顆粒物的氣流進入所述腔體后，由于受到所述通氣孔板的阻擋作曲線運動；分離不同粒徑的顆粒物。

可選的，所述流量控制器包括：氣體流量傳感器、零點校準單元、開啟度控制單元、比例閥數字預處理單元、脈沖寬度調整、PWM脈沖生成單元、比例閥。

可選的，所述流量控制器還包括：數字濾波單元，用于對所述當前氣體流量信號進行數字濾波。

可選的，所述氣體流量傳感器的工作頻率根據測量分辨率確定。

為了實現上述目的，本發明還提供了如下方案：

一種基于聲表面波技術的大氣顆粒物測量方法，所述測量方法包括：

獲取多個所述聲表面波傳感器的中心頻率；

計算對應的表面顆粒物質量；