[發明專利]一種大氣顆粒物尺度譜分布探測裝置及其工作方法

在審

• 申請號: 202211516901.7
• 申請日: 2022-11-29
• 公開（公告）號: CN115711837A
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 狄慧鴿;華燈鑫
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張宇鴿

本發明公開的一種大氣顆粒物尺度譜分布探測裝置及其工作方法，屬于大氣環境監測技術領域。包括光源發射組件和光信號探測及分析組件，采用多個角度的光散射方法，光源發射組件發射的光束進入大氣空間，經大氣中的顆粒物(氣溶膠或霧滴粒子)散射后通過光信號探測及分析組件進行接收，同時通過計算分析得到氣溶膠粒徑譜分布。本發明實現了大氣開放環境下不同粒徑的探測，無需抽氣，不改變被探測對象的自然環境，能夠得到反映實際情況的真實數據。本發明的用于探測開放大氣環境中顆粒物的探測裝置能夠快速、準確、無擾的獲得顆粒物尺度譜分布信息，探測粒徑范圍寬、可覆蓋0.5微米到30微米，探測精度高、系統環境適應性強。

技術領域

本發明屬于大氣環境監測技術領域，具體涉及一種大氣顆粒物尺度譜分布探測裝置及其工作方法。

背景技術

氣溶膠的原始定義為懸浮在大氣中的固態、液態微粒子與氣態載體所組成的多相體系。在多種組成氣溶膠的顆粒中，液態的霧滴粒子常與固態的霾粒子同時出現導致“霧霾”現象。兩種粒子不同，但經常同時出現且在一定條件下可相互轉化。霧與氣溶膠粒子譜分布的獲取對于人們認識大氣環境變化及人類健康影響具有重要的作用。

當前大多數的顆粒物粒徑譜儀都是通過采樣并且經過蒸干處理后獲取氣溶膠粒子譜分布，破壞了原本氣溶膠的環境和狀態，不能反映真實大氣粒子的狀態；而霧滴譜儀只能得到霧的粒子譜分布，無法得到氣溶膠的粒子譜分布。探測開放大氣環境下霧霾粒子的粒子譜分布及微物理參量信息是十分重要的，但是目前國內外還沒有相關技術和產品來探測開放環境下霧霾粒子譜分布。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種大氣顆粒物尺度譜分布探測裝置及其工作方法，能夠真實、快速、無擾地獲得開放大氣環境中顆粒物的尺度譜分布信息，且探測粒徑范圍寬、覆蓋面廣、探測精度高、環境適應性強。

本發明是通過以下技術方案來實現：

本發明公開了一種大氣顆粒物尺度譜分布探測裝置，包括光源發射組件和光信號探測及分析組件；

光源發射組件的外殼內設有紫外光束發射器、短波近紅外光束發射器、光束調整系統和光合束器，光源發射組件的外殼上開設有出射光孔；所述光束調整系統設在紫外光束發射器和短波近紅外光束發射器發射光束的光路上，光合束器設在所述光束調整系統的下游；

光信號探測及分析組件的外殼內設有第一雙頻帶通濾波片、第一透鏡、第二雙頻帶通濾波片、第二透鏡、第三濾波片、第三透鏡、探測模塊和處理及分析模塊，光信號探測及分析組件的外殼上開設有與出射光孔相對的入射光孔；經光合束器的合束光由出射光孔出射，經大氣空間射入入射光孔；第二雙頻帶通濾波片和第二透鏡依次設在所述合束光的前向上；第一雙頻帶通濾波片和第一透鏡依次設在所述合束光的一個側向上；第三濾波片和第三透鏡依次設在所述合束光的另一個側向上；探測模塊分別接收第一透鏡后第一焦面上的側向散射光信號、第三透鏡后第三焦面上的側向散射光信號和第二透鏡后第二焦面上的兩個前向散射光信號；探測模塊與處理及分析模塊連接。

優選地，紫外光束發射器發射的光束的波長為200～400nm，短波近紅外光束發射器發射光束的波長為900～1100nm。

進一步優選地，第一雙頻帶通濾波片的中心波長為紫外波段和短波近紅外波段、帶寬為10nm；第二雙頻帶通濾波片的中心波長為紫外波段和短波近紅外波段、帶寬為10nm；第三濾波片的帶通波長為紫外波段、帶寬為10nm。

優選地，所述光束調整系統包括第一光束擴束器、第二光束擴束器、第一光束反射器、第二光束反射器和第三光束反射器；第一光束擴束器和第一光束反射器依次設在紫外光束發射器發射光束的光路上，第二光束反射器設在第一光束反射器的反射光路上，第二光束反射器的反射光路朝向光合束器；第二光束擴束器和第三光束反射器依次設在短波近紅外光束發射器發射光束的光路上，第三光束反射器的反射光路朝向光合束器。

優選地，第一透鏡為短焦正透鏡；第二透鏡為長焦透鏡，焦距100mm；第三透鏡為短焦正透鏡。