[發(fā)明專利]一種碳煙顆粒吸濕增長特性在線測量裝置

在審

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• 申請日: 2022-12-01
• 公開（公告）號: CN115753531A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設計）人: 李光澤;馬曉燕;陳龍飛;常劉勇;張承林;崔博譞
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學杭州創(chuàng)新研究院
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;G01N15/10;G01N21/65;G01N1/22
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 常祖正

本發(fā)明涉及一種碳煙顆粒吸濕增長特性在線測量裝置，屬于碳煙顆粒測量領域。通過光學勢阱形成單元在環(huán)境倉中心產生光學勢阱，捕捉碳煙顆粒發(fā)生器產生的碳煙顆粒，利用溫濕度控制單元控制環(huán)境倉的溫度和濕度，使所述碳煙顆粒的表面發(fā)生水蒸汽凝結相變，利用超景深光學顯微鏡對水蒸汽凝結相變的過程進行拍攝；根據(jù)拍攝圖像確定顆粒發(fā)生水蒸汽凝結相變的三維圖像，進而確定碳煙顆粒異質凝結過程中顆粒粒徑及表面形貌。另外，利用拉曼光譜儀，獲取發(fā)生水蒸汽凝結相變的碳煙顆粒的拉曼光譜信號，分析碳煙顆粒的成分信息，從而確定顆粒吸濕增長的變化過程，準確得出碳煙顆粒吸濕增長特性。本發(fā)明實現(xiàn)了顆粒吸濕增長特性的全方位準確測量。

技術領域

本發(fā)明涉及碳煙顆粒測量領域，特別是涉及一種碳煙顆粒吸濕增長特性在線測量裝置。

背景技術

工業(yè)鍋爐或者機動車等地面燃燒源排放到空氣中的碳煙顆粒，在特定的溫度和濕度條件下，會使得周圍的水蒸汽或者尾氣中含有的硫酸蒸汽、硝酸蒸汽在其表面發(fā)生相變凝結增長，進而導致霧霾或者云凝結核的形成，最終影響大氣氣候、太陽輻射以及環(huán)境空氣質量，并且會危害人體健康。碳煙顆粒表面的相變凝結增長過程主要包括異質成核和吸濕增長等過程。其中，吸濕增長過程發(fā)生在成核過程之后，將極大的影響顆粒物最終尺寸大小和成分變化，對霧霾和云凝結核的形成起決定性作用。因此，研究碳煙顆粒的吸濕增長過程是探究碳煙顆粒環(huán)境行為和健康效應的必要基礎，具有很高的科學價值。

針對碳煙顆粒吸濕增長特性的測量設備主要包括吸濕串聯(lián)差分電遷移率分析儀(HTDMA)，環(huán)境掃描電子顯微鏡(eSEM)等，其中HTDMA不能夠從微觀角度對單個碳煙顆粒進行分析，而eSEM在測量碳煙顆粒時，會由于基底的存在而對顆粒的吸濕增長過程產生干擾。同時，由于基于傳統(tǒng)的顯微測量技術，并不能實現(xiàn)對顆粒的三維測量，無法準確獲取顆粒異質凝結過程中顆粒表面的立體信息，使得對顆粒的吸濕增長過程缺乏完整描述。此外，硫酸蒸汽或者硝酸蒸汽在碳煙顆粒表面發(fā)生相變凝結，也會對碳煙顆粒的成分變化產生影響，因此，目前的碳煙顆粒吸濕增長特性的測量設備存在測量不準確的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種碳煙顆粒吸濕增長特性在線測量裝置，以解決現(xiàn)有技術中碳煙顆粒吸濕增長特性的測量設備存在測量不準確的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種碳煙顆粒吸濕增長特性在線測量裝置，包括：碳煙顆粒發(fā)生器、環(huán)境倉、光學勢阱形成單元、拉曼光譜儀、超景深光學顯微鏡、溫濕度控制單元以及數(shù)據(jù)采集及處理單元；

所述碳煙顆粒發(fā)生器，用于產生碳煙顆粒；

所述環(huán)境倉，與所述碳煙顆粒發(fā)生器連接，用于接收所述碳煙顆粒；

所述光學勢阱形成單元，設置在所述環(huán)境倉的兩側，用于在所述環(huán)境倉內產生光學勢阱；所述光學勢阱用于捕捉所述碳煙顆粒；

所述溫濕度控制單元，與所述環(huán)境倉連接，用于調節(jié)所述環(huán)境倉的溫度和濕度，使所述碳煙顆粒的表面發(fā)生水蒸汽凝結相變；

所述超景深光學顯微鏡，用于對所述水蒸汽凝結相變的過程進行拍攝；

所述拉曼光譜儀，用于獲取所述水蒸汽凝結相變的過程碳煙顆粒的拉曼光譜信號；

所述數(shù)據(jù)采集及處理單元，分別與所述超景深光學顯微鏡和所述拉曼光譜儀連接，用于根據(jù)拍攝圖像確定碳煙顆粒發(fā)生水蒸汽凝結相變的三維圖像，并根據(jù)所述三維圖像，確定碳煙顆粒異質凝結過程中顆粒粒徑及表面形貌；還用于根據(jù)所述拉曼光譜信號確定成分信息。

可選地，所述光學勢阱形成單元包括兩組激光產生模塊；兩組所述激光產生模塊相對設置于所述環(huán)境倉的兩側；所述激光產生模塊用于產生激光束；

所述激光產生模塊包括激光控制器、激光器、反光鏡和凸透鏡；