[發(fā)明專利]一種用于同時檢測黑碳、有機(jī)碳、氣體的裝置

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• 申請日: 2020-02-23
• 公開（公告）號: CN113295628A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王高旋;何賽靈
• 申請（專利權(quán)）人: 亙冠智能技術(shù)（杭州）有限公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/17
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種用于同時檢測黑碳、有機(jī)碳、氣體（某種氣體如二氧化氮）的裝置。本發(fā)明基于光聲效應(yīng)，發(fā)明使用了多組不同波長的激光器，激光器通過光聲池，產(chǎn)生光聲信號，多組激光器可分別測量黑碳、有機(jī)碳和某種氣體。四種激光器的光強(qiáng)被調(diào)制在不同的頻率，鎖相放大器根據(jù)不用的調(diào)制頻率解調(diào)出相應(yīng)波長的光聲信號，反演出顆粒物在不同波長的吸收系數(shù)。根據(jù)黑碳和有機(jī)碳不同的光學(xué)吸收特性，實(shí)現(xiàn)了黑碳、有機(jī)碳的區(qū)分測量。本發(fā)明提供了一種直接在線檢測多種自然懸浮狀態(tài)顆粒物的新技術(shù)手段，相較于傳統(tǒng)黑碳儀，無需使用過濾器對顆粒物進(jìn)行收集，減少了對光強(qiáng)信號的影響，提高了測量準(zhǔn)確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)光譜領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光聲光譜技術(shù)的黑碳、有機(jī)碳、二氧化氮同時檢測裝置。

背景技術(shù)

汽車尾氣等排放出物中包含有黑碳，有機(jī)碳及某些有害氣體。大氣顆粒物中的黑碳和有機(jī)碳在氣候變化與環(huán)境污染起著重要的作用。大氣顆粒物通過散射和吸收太陽輻射能量，對地氣系統(tǒng)產(chǎn)生直接影響。大氣顆粒物通過呼吸道傳送到人體肺膜并滲透到呼吸系統(tǒng)的敏感，引發(fā)嚴(yán)重的呼吸系統(tǒng)哮喘及心血管等疾病，影響公共健康安全。黑碳的溫室效應(yīng)為二氧化碳的三分之一，對氣候變暖的影響已超過甲烷。黑碳能夠強(qiáng)烈吸附環(huán)境中的有機(jī)污染物和重金屬，是有毒化學(xué)物質(zhì)的運(yùn)輸載體，通過呼吸作用進(jìn)入人體，嚴(yán)重影響著人們的健康安全。研究表明在特定紫外-可見光波段的氣溶膠輻射吸收50%來源于有機(jī)碳，而有機(jī)碳吸收短波輻射的能力及對大氣輻射平衡的影響仍需進(jìn)一步研究。在大氣中，有機(jī)碳因?yàn)闇囟取穸鹊拳h(huán)境的改變，會持續(xù)的被氧化、凝結(jié)成核，形成光化學(xué)煙霧，影響人們的健康安全。

目前大氣顆粒物濃度監(jiān)測主要方法包括射線衰減法和光散射法，然而這兩種方法均不能有效區(qū)分大氣顆粒物中的黑碳和有機(jī)碳成分。傳統(tǒng)測量黑碳和有機(jī)碳的技術(shù)為基于過濾器技術(shù)的黑碳儀，黑碳儀利用過濾器收集顆粒物，通過測量過濾器的透射光強(qiáng)衰減來推算顆粒物濃度。由于過濾器的多次散射和陰影影響了入射光與粒子的相互作用，降低了儀器測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，并且該技術(shù)在測量過程中富集多種氣溶膠，引起氣溶膠粒子的形態(tài)變化，改變了氣溶膠的光學(xué)特性，導(dǎo)致過濾器技術(shù)的測量準(zhǔn)確性為20%-30%。

基于光聲效應(yīng)的光聲光譜技術(shù)是一種直接檢測顆粒物吸收特性的方法，無背景吸收，廣泛應(yīng)用于顆粒物的吸收特性測量。由于光聲光譜技術(shù)克服了過濾器技術(shù)中的過濾器影響，其檢測準(zhǔn)確性提高至5%-10%。據(jù)此，本發(fā)明提出了一種基于光聲光譜技術(shù)的黑碳、有機(jī)碳同時檢測裝置，并能同時測量環(huán)境中污染物二氧化氮濃度變化。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的

本發(fā)明主要提出了一種基于光聲光譜的黑碳、有機(jī)碳、某種氣體（以下以二氧化氮為例）同時檢測裝置，提供了一種直接在線檢測多種自然懸浮狀態(tài)的顆粒物，無需使用過濾器對顆粒物進(jìn)行收集的新技術(shù)手段。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的過濾器對顆粒物測量的影響，本發(fā)明提出了一種基于光聲光譜的黑碳、有機(jī)碳、二氧化氮同時檢測裝置，檢測準(zhǔn)確性提高至5%-10%。

本發(fā)明公開了一種基于光聲光譜的黑碳、有機(jī)碳、二氧化氮同時檢測裝置，該裝置包括激光器、信號發(fā)生器、反射鏡、帶通光學(xué)濾波片、光聲池、前置放大器、鎖相放大器、數(shù)據(jù)采集卡、光功率計(jì)、進(jìn)氣口切換模塊和樣品泵。所述第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器發(fā)出的光經(jīng)過所述反射鏡和所述多個光學(xué)帶通濾波片后耦合在一起，入射至所述光聲池，然后被所述光功率計(jì)探測；所述第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器發(fā)出的光以所述信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號頻率進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，所述信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號與所述鎖相放大器相連，所述光聲池內(nèi)有麥克風(fēng)作為探測器，所述麥克風(fēng)與所述前置放大器相連，所述前置放大器的輸出端與所述鎖相放大器相連，所述鎖相放大器輸出信號端用所述數(shù)據(jù)采集卡采集，并送至所述電腦存儲；所述進(jìn)氣口切換模塊切換所述進(jìn)氣口一和所述進(jìn)氣口二，使顆粒物(黑碳和有機(jī)碳)和二氧化氮分開進(jìn)入所述光聲池，進(jìn)氣速率由所述樣品泵