[發明專利]一種氣溶膠索特平均直徑測量控制系統和傳感器

在審

• 申請號: 202210570764.9
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN114965187A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 鄧田;王殊;陳昂;曾金;鄭翔
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;G01N21/53
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 胡秋萍

本發明公開一種大氣氣溶膠索特平均直徑測量控制系統和傳感器，屬于大氣污染物傳感領域。本發明通過使用兩種波長的入射光、兩個觀察角構建了一個四通道的傳感器，獲取到四組散射光強信息，也即三組散射光強的比值信息，利用這三組信息構建能跟隨不同氣溶膠粒徑分布、不同折射率而變化的轉換系數，從而得到準確的大氣氣溶膠索特平均粒徑值。且該傳感器成本低，體積小。

技術領域

本發明屬于大氣污染物傳感領域，更具體地，涉及一種大氣氣溶膠索特平均直徑測量控制系統和傳感器。

背景技術

霧霾是我國秋冬季節常出現的天氣現象，它主要由化石燃料燃燒、建筑揚塵、汽車尾氣排放等產生的氣溶膠演化擴散導致的。由于氣溶膠的大小在10微米以下，故而可被人體吸入并沉積到呼吸道深處，其會對人們的健康產生不可逆的損害。因此，環境監測部門常通過監測大氣氣溶膠的質量濃度作為空氣質量的評價指標，繼而指示其危害程度。然而，最近的毒理學研究表明，氣溶膠的危害還與其粒徑大小和表面積相關。粒徑越小，氣溶膠在人體內部的沉積位置越深入，小于1um的氣溶膠甚至可穿透支氣管和肺泡進入到血液中，因此其危害也越大。此外，相同的質量濃度下，小粒子具有更大的表面積濃度，從而更容易攜帶重金屬或者其他有毒物質，對人體組織造成更大的危害。因此，僅僅利用質量(體積)濃度這一參數來評價氣溶膠的危害程度是不充分的，每單位質量濃度的氣溶膠的接觸危害性隨著其粒徑的降低而顯著增加。

測量氣溶膠的索特平均直徑是一種有效的更加直接的方法。與粒徑、平均粒徑、中值粒徑不同，索特平均直徑在數值上等于6倍的氣溶膠的體積濃度除以表面積濃度，因此其除了可表征氣溶膠的大小還指示出了表面積信息。WO2016206000A1公開了一種基于雙波長散射信號的氣溶膠特征參數傳感方法。構建具有短長兩種波長(藍光和紅外光)發光器件、且具有兩路探測信號的探測器，其中第一路(短波長)的發光器件與收光器件光學軸線之間的夾角在90°以上，第二路(長波長)的發光器件與收光器件光學軸線之間的夾角在90°以下。通過接收兩種波長的光散射光功率，計算氣溶膠表面積濃度和體積濃度，氣溶膠體積濃度和氣溶膠表面積濃度的比值乘以系數，得到氣溶膠的索特平均直徑，與對應門限比較，從而發出相應的火災報警信號。

然而，該方法是針對火災煙霧氣溶膠設計，其氣溶膠粒徑為1000nm以下，折射率為1.55+0.02i、1.55+0.5i。而大氣氣溶膠粒徑為0-10000nm，折射率為1.53+0.001i、1.95+0.79i。光學方法測量氣溶膠索特粒徑的本質在于待測氣溶膠樣本之間是否能夠通過不同的光信號特征區分開，換言之，優化選擇的光信號可作為氣溶膠索特粒徑的指紋特征。而由于火災氣溶膠的粒徑大小和折射率與大氣氣溶膠不同，且大氣氣溶膠的粒徑分布范圍更廣，導致針對火災優化的光學參數構建的光學指紋特征不具備區分識別大氣氣溶膠的能力，因此，前者無法用于大氣氣溶膠索特平均直徑檢測，且由于其光學通道是針對濃度測量確定的，測量索特平均直徑存在誤差。現有技術中缺少一種能夠準確檢測出大氣氣溶膠索特平均直徑的方法。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種大氣氣溶膠索特平均直徑測量控制系統和傳感器，其目的在于實現大氣氣溶膠索特平均直徑的準確檢測量。

為實現上述目的，按照本發明的第一方面，提供了一種四通道散射光信號傳感器，用于大氣氣溶膠索特平均直徑測量，包括：

第一發光器件與收光器件光學軸線之間的夾角為40°；

第二發光器件與收光器件光學軸線之間的夾角為125°；

第一發光器件與第二發光器件均為能發出藍光和紅外光的雙波長光源；

所述四通道散射光信號傳感器工作時，所述發光器件根據控制信號發射光信號，作用于待測大氣氣溶膠；所述收光器件將待測大氣氣溶膠經發光器件發射的光信號作用下散射出的光信號轉換為電信號，并發送給控制器；

或者，

第一發光器件、第三發光器件與收光器件光學軸線之間的夾角為40°；