[發(fā)明專(zhuān)利]一種大氣顆粒物粒徑分布的在線(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011125842.1
• 申請(qǐng)日: 2020-10-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112504922B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓鵬;黃桂瓊;徐炳權(quán);彭力;邱健;駱開(kāi)慶;劉冬梅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N15/02
• 分類(lèi)號(hào): G01N15/02
• 代理公司: 廣州駿思知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44425
• 代理人: 吳靜芝

本發(fā)明涉及一種大氣顆粒物粒徑分布的在線(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)，包括樣品采集單元、蠕動(dòng)泵、測(cè)量單元和信號(hào)處理單元；所述測(cè)量單元包括樣品池、激光器和探測(cè)器；所述樣品采集單元采集大氣樣品并將其轉(zhuǎn)換為樣品溶液，所述蠕動(dòng)泵將樣品溶液分別以至少兩個(gè)不同的速度注入所述樣品池中；所述激光器射出激光至裝有樣品溶液的樣品池，所述探測(cè)器檢測(cè)所述蠕動(dòng)泵以不同的速度注入樣品溶液時(shí)所分別產(chǎn)生的散射光，并其轉(zhuǎn)化為散射光電信號(hào)，所述信號(hào)處理單元接收不同的散射光電信號(hào)并結(jié)合不同的樣品溶液的注入速度擬合得到速度?粒徑關(guān)系式，以輸出大氣顆粒物的粒徑信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)相關(guān)研究領(lǐng)域，特別是涉及大氣顆粒物粒徑分布的實(shí)時(shí)在線(xiàn)測(cè)量。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，大氣顆粒物污染成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。值得注意的是，大氣顆粒物粒徑分布是大氣顆粒污染的源解析以及由大氣顆粒引發(fā)的相關(guān)疾病的病理研究的基礎(chǔ)。

近年來(lái)，我國(guó)大氣顆粒物監(jiān)測(cè)技術(shù)取得較大的進(jìn)步。其中，PM_2.5檢測(cè)儀生產(chǎn)形成一定規(guī)模。但這些儀器多采用離線(xiàn)方式，前期處理較為復(fù)雜而耗時(shí)，導(dǎo)致測(cè)量精度不高，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量，價(jià)格昂貴等一系列問(wèn)題，不適用大規(guī)模投入使用。

隨著光學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)憑借其具有非接觸、無(wú)損害的優(yōu)勢(shì)，逐漸成為大氣顆粒物監(jiān)測(cè)儀器的主流測(cè)量方法之一。英國(guó)馬爾文、美國(guó)TSI等公司相繼推出商業(yè)化儀器。然而，動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)測(cè)量粒徑僅適用于顆粒只有布朗運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，當(dāng)顆粒系統(tǒng)存在其他運(yùn)動(dòng)時(shí)，其測(cè)量結(jié)果與真實(shí)值具有較大偏差。但是，在大氣顆粒物在線(xiàn)測(cè)量過(guò)程中，抽取樣品時(shí)，顆?？隙ù嬖诙ㄏ蜻\(yùn)動(dòng)。

傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)檢測(cè)大氣顆粒物粒徑的方法包括以下步驟：

S1：采集含有大氣顆粒物的大氣樣品并將其轉(zhuǎn)換為樣品溶液；

S2：將樣品溶液以一定的速度注入樣品池中，待樣品溶液在樣品池中靜止后，向樣品池中射入激光，檢測(cè)靜置狀態(tài)下的樣品溶液時(shí)所產(chǎn)生的散射光，并其轉(zhuǎn)化為散射光電信號(hào)；

S3：接收步驟S2中產(chǎn)生的散射光電信號(hào)，計(jì)算輸出大氣顆粒物的粒徑信息。

此時(shí)，傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)呈現(xiàn)以下不足：(1)耗時(shí)，前期樣品溶液需要靜置較長(zhǎng)時(shí)間，以避免定向運(yùn)動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。(2)難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明的目的在于，提供一種大氣顆粒物粒徑分布的在線(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)和方法，可以克服現(xiàn)有動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)的不足，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需對(duì)樣品溶液進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的靜置處理，實(shí)現(xiàn)大氣顆粒物的實(shí)時(shí)在線(xiàn)測(cè)量。

一種大氣顆粒物粒徑分布的在線(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)，包括樣品采集單元、蠕動(dòng)泵、測(cè)量單元和信號(hào)處理單元；所述測(cè)量單元包括樣品池、激光器和探測(cè)器；所述樣品采集單元采集大氣樣品并將其轉(zhuǎn)換為樣品溶液，所述蠕動(dòng)泵將樣品溶液分別以至少兩個(gè)不同的速度注入所述樣品池中；所述激光器射出激光至裝有樣品溶液的樣品池，所述探測(cè)器檢測(cè)所述蠕動(dòng)泵以不同的速度注入樣品溶液時(shí)所分別產(chǎn)生的散射光，并其轉(zhuǎn)化為散射光電信號(hào)，所述信號(hào)處理單元接收不同的散射光電信號(hào)并結(jié)合不同的樣品溶液的注入速度擬合輸出大氣顆粒物的粒徑信息。

本發(fā)明所述的大氣顆粒物粒徑分布的在線(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)，在有流速的情況下也能準(zhǔn)確獲取顆粒粒徑，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)在測(cè)量前需要對(duì)樣品顆粒進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的靜置處理的缺陷，大大節(jié)約了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。該方法對(duì)于大氣顆粒物溶于流體中的測(cè)量提供了很好的技術(shù)支撐作用。同時(shí)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，后期的信號(hào)處理過(guò)程易于理解，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)測(cè)量，為及時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整顆粒系統(tǒng)的行為提供了有力的依據(jù)，有效提高了基于動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)的大氣顆粒物的在線(xiàn)測(cè)量技術(shù)。

進(jìn)一步地，所述蠕動(dòng)泵將樣品溶液分別以至少四個(gè)不同的速度注入所述樣品池中，所述信號(hào)處理單元接收至少四組不同的散射光電信號(hào)，通過(guò)對(duì)至少四組關(guān)于蠕動(dòng)泵注入樣品溶液的速度與大氣顆粒物的粒徑的數(shù)據(jù)進(jìn)行不低于三階的多項(xiàng)式擬合，得到粒徑-速度關(guān)系式，以輸出大氣顆粒物的粒徑信息。