[發明專利]一種大氣氣溶膠快速檢測溯源裝置及方法

在審

• 申請號: 202110397734.8
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113092450A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 陸旭;劉玉柱;周益波;張啟航;曹杰君
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71;G01N21/73;G01N21/25
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發明公開了一種大氣氣溶膠快速檢測溯源裝置及方法，包括激光器、聚焦透鏡、信號探頭、光纖、光譜儀、計算機、吸氣泵、臨時存儲罐、球閥控制裝置、導管、抽氣泵；所述吸氣泵與抽氣泵之間連接有導管，導管靠近抽氣泵處設有開口；正對著開口處設有聚焦透鏡，激光器發射的激光能夠通過聚焦透鏡照射到導管的開口處；信號探頭設于導管的開口處附近用于收集輻射光；信號探頭通過光纖與光譜儀連接；光譜儀與計算機連接；吸氣泵的下方設有樣品臨時存儲罐，臨時存儲罐和導管間裝有球閥控制裝置，通過球閥的開閉與臨時存儲罐共同控制氣溶膠樣本的濃度。本發明提高了大氣樣品濃度，提高了檢測限和采樣率，降低了對信號采集的干擾，且檢測成本低。

技術領域

本發明屬于光電檢測技術領域，具體涉及一種大氣氣溶膠快速檢測溯源裝置及方法。

背景技術

激光誘導擊穿光譜技術是一種原子發射光譜技術，通過高能量的脈沖激光在樣品表面激發等離子體，等離子體中處于激發態的原子與離子在向低能級或基態躍遷的過程中將發射出特定頻率的光子，產生不同的特征譜線，代表了樣品元素種類和濃度信息，相當于不同物質的“光譜指紋”。該技術對于氣溶膠的直接檢測存在穩定性不佳、采樣率過低等問題，同時只能對樣品的元素組成情況進行分析。

BP神經網絡是一種有監督式的機器學習算法，通過輸入學習樣本，使用反向傳播算法對網絡的權值和偏差進行多次調整訓練，使輸出的向量與期望向量盡可能地接近，當網絡輸出層的誤差平方和小于指定的誤差時訓練完成，保存網絡的權值和偏差。BP神經網絡模型拓撲結構包括輸入層、隱含層和輸出層。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提供一種大氣氣溶膠快速檢測溯源裝置及方法，旨在實現大氣氣溶膠元素的直接快速檢測，提高大氣氣溶膠直接檢測的光譜采樣率；結合機器學習算法構建分類溯源模型，進一步實現對單一氣溶膠的溯源。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種大氣氣溶膠快速檢測溯源裝置，包括激光器、聚焦透鏡、信號探頭、光纖、光譜儀、計算機、吸氣泵、臨時存儲罐、球閥控制裝置、導管、抽氣泵；

所述吸氣泵與抽氣泵之間連接有導管，導管靠近抽氣泵處設有開口；正對著開口處設有聚焦透鏡，激光器發射的激光能夠通過聚焦透鏡照射到導管的開口處；信號探頭設于導管的開口處附近用于收集輻射光；信號探頭通過光纖與光譜儀連接；光譜儀與計算機連接；

吸氣泵的下方設有樣品臨時存儲罐，臨時存儲罐和導管間裝有球閥控制裝置，通過球閥的開閉與臨時存儲罐共同控制氣溶膠樣本的濃度。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

進一步地，裝置還包括時序控制器，時序控制器與激光器及光譜儀連接；時序控制器用于設置光譜儀采集信號和固體激光器發射脈沖間的延時。

進一步地，臨時存儲罐上裝有氣壓傳感器；氣壓傳感器與單片機電連接，實時向單片機傳輸罐內氣壓的變化情況。

進一步地，球閥控制裝置由單片機控制，控制球閥保持開啟狀態，來實現實時在線檢測；通過單片機調節球閥每次關閉的時間，來實現提高采樣率的準在線檢測。

進一步地，球閥控制裝置包括舵機和機械球閥，由單片機控制舵機轉動一定角度以控制機械球閥的開與關。

本發明還提供一種大氣氣溶膠快速檢測溯源方法，包括如下步驟：

訓練溯源模型：從實驗室中采集的大量不同大氣氣溶膠樣品的光譜數據中選擇不同元素的特征譜線或整個光譜作為不同氣溶膠的特征數據，同時根據不同大氣氣溶膠樣品對特征數據中的每個樣本設置標記，唯一標識每個樣本所屬的氣溶膠種類；將上述特征數據和標記作為訓練數據，用于訓練產生溯源模型；

每次采集到的不同氣溶膠樣品的等離子體發射光譜數據，從光譜數據中選擇不同元素的特征譜線或整個光譜作為其特征數據；將特征數據輸入已訓練好的模型，得到檢測結果。