基于能量陷阱法的氣溶膠顆粒采樣檢測裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術(shù)公開了一種氣溶膠顆粒采樣檢測裝置，用于對一定量的氣溶膠中的氣溶膠顆粒進(jìn)行采樣和檢測。本實用新型專利技術(shù)的采樣檢測裝置包括激光器、空間光調(diào)制器和檢測腔體；激光器發(fā)射激光到空間光調(diào)制器(4)上；空間光調(diào)制器對激光進(jìn)行調(diào)制后輸出到所述檢測腔體中；檢測腔體(8)容納有氣溶膠，入射到該檢測腔體中的激光在其中形成一個空間光能量陷阱場；空間光能量陷阱場包括多個光瓶，所述光瓶是一種周圍為亮區(qū)、中心為暗區(qū)的空間瓶狀結(jié)構(gòu)，光瓶能夠選擇性的將尺寸與光瓶同一尺寸量級的氣溶膠顆粒束縛于其中。本實用新型專利技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單、攜帶方便，檢測尺寸范圍廣，可實現(xiàn)對不同大小氣溶膠顆粒的實時測定。（*該技術(shù)在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)屬于環(huán)境大氣采集及監(jiān)測
，具體涉及實時測量大氣中吸光性氣溶膠顆粒的粒徑分布和濃度的氣溶膠顆粒采樣檢測裝置。本技術(shù)可應(yīng)用于大氣中吸光性PM2.5顆粒的采集與檢測。
技術(shù)介紹
大氣環(huán)境對人們的健康有著至關(guān)重要的影響,大氣中的可吸入顆粒物一直是大氣環(huán)境監(jiān)測的重點。包含有顆粒物體的大氣可以看作是一種氣溶膠。氣溶膠是指由固體或液體顆粒分散并懸浮在氣體介質(zhì)中形成的膠體分散體系，又稱氣體分散體系。其分散相為固體或液體顆粒，其大小為0.001 100微米，分散介質(zhì)為氣體。氣溶膠顆粒是指分散并懸浮在氣體介質(zhì)中的固體或液體顆粒。用于衡量大氣中包含的顆粒物的多少有多種指標(biāo)，例如PMio和PM2.5，其是根據(jù)顆粒物的粒徑大小來定義的。PM2.5顆粒是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱可入肺顆粒物。由于其粒徑小，因此非常容易攜帶大量的病毒、細(xì)菌等有害物質(zhì)，且不容易沉淀，在空氣中停留時間長，輸送距離遠(yuǎn)，被吸入人體后會直接進(jìn)入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。對于PM2.5的測定來說，目前已有的PM2.5測定方法主要有重量法、P射線法和微量振蕩天平法等方法。重量法是將PM2.5顆粒直接截留到濾膜上，然后用天平稱重。重量法是最直接最可靠的方法，是驗證其他方法是否準(zhǔn)確的標(biāo)桿，但是，需要人工稱重，程序繁瑣費時。P射線法是將PM2. 5顆粒收集到濾紙上，然后照射一束P射線，^射線穿過濾紙和顆粒物時由于被散射而衰減，衰減的程度和PM2.5的重量成正比，根據(jù)射線衰減就可以計算出PM2.5顆粒的重量，從而算出濃度。這種方法假設(shè)儀器的采樣濾膜條帶均一和采集的PM2.5顆粒物理性質(zhì)均一，且其對P射線的強度衰減率相同。但是現(xiàn)實中，該假設(shè)往往不成立，因此數(shù)據(jù)一般也被認(rèn)為存在偏差，并且該方法在潮濕高溫區(qū)域故障率高。微量振蕩天平法使用一頭粗一頭細(xì)的空心玻璃管，將粗頭固定，將細(xì)頭裝有濾芯。大氣樣品從粗頭進(jìn)并從細(xì)頭出，PM2.5就被截留在濾芯上。在電場的作用下，細(xì)頭以一定頻率振蕩，該頻率和細(xì)頭重量的平方根成反比。于是，根據(jù)振蕩頻率的變化，就可以算出收集到的PM2.5的重量，從而算出濃度。采用該方法時，樣品揮發(fā)性和半揮發(fā)性物質(zhì)會有損失，需要加裝膜動態(tài)測量系統(tǒng)(FDMS)進(jìn)行校準(zhǔn)，且需要更換FDMS透水膜，材料成本昂貴，且需要專業(yè)技術(shù)人員操作至少半天時間。由此可見，現(xiàn)有的以PM2.5顆粒代表的氣溶膠顆粒的測定方法都需要將待測氣體先經(jīng)過顆粒采樣切割器，將特定粒徑范圍之外的顆粒截口，使特定粒徑范圍內(nèi)的顆粒通過，再對該氣溶膠在該粒徑范圍內(nèi)的顆粒數(shù)量或濃度進(jìn)行測定。
技術(shù)實現(xiàn)思路
(一 )要解決的技術(shù)問題本技術(shù)所要解決的技術(shù)問題提出一種基于能量陷阱法的氣溶膠顆粒的采樣檢測裝置，可檢測具有確定上下限的尺寸區(qū)間的氣溶膠顆粒，以解決現(xiàn)有的氣溶膠顆粒的采樣檢測方法和裝置必需采樣切割器，并且設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需更換濾紙、操作繁瑣以及只能檢測低于某一上限尺寸的氣溶膠顆粒的問題。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)提出一種氣溶膠顆粒采樣檢測裝置，用于對一定量的氣溶膠中的氣溶膠顆粒進(jìn)行采樣和檢測，該采樣檢測裝置包括激光器、空間光調(diào)制器和檢測腔體；所述激光器用于發(fā)射激光到空間光調(diào)制器上；所述空間光調(diào)制器對激光進(jìn)行調(diào)制后輸出到所述檢測腔體中；所述檢測腔體容納有氣溶膠，入射到該檢測腔體中的激光在其中形成一個空間光能量陷講場；其中，該空間光能量陷講場包括多個光瓶，所述光瓶能夠選擇性的將尺寸與光瓶同一尺寸量級的氣溶膠顆粒束縛于其中。根據(jù)本技術(shù)的一種具體實施方式，所述空間光能量陷阱場是一個空間散班場或者是一種空間光晶格結(jié)構(gòu)。根據(jù)本技術(shù)的一種具體實施方式，所述采樣檢測裝置還包括照明光源和光電檢測器，所述照明光源用于發(fā)出照明光，該照明光照射到所述空間光能量陷阱區(qū)域中的被束縛的氣溶膠顆粒；所述光電檢測器用于對所述被束縛的氣溶膠顆粒進(jìn)行成像，并對成像信息實時記錄，該成像信息可用于計算所束縛的氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量。根據(jù)本技術(shù)的一種具體實施方式，所述光電檢測器為CCD。根據(jù)本技術(shù)的一種具體實施方式，所述采樣檢測裝置還包括一個濾光片，其位于所述照明光源與所述空間光能量陷阱場與所述光電檢測器之間，用于濾除所述激光器發(fā)出波長的激光。根據(jù)本技術(shù)的一種具體實施方式，所述激光器發(fā)射的激光和所述照明光源發(fā)射的照明光均通過一個分光棱鏡入射到所述檢測腔體內(nèi)。根據(jù)本技術(shù)的一種具體實施方式，所述檢測腔體具有氣流入口和氣流出口，分別用于流入和流出氣溶膠，以便一定量的氣溶膠通過所述空間光能量陷阱場。根據(jù)本技術(shù)的一種具體實施方式，所述采樣檢測裝置還包括擴束鏡和第一透鏡，所述激光器發(fā)出的連續(xù)激光束經(jīng)擴束鏡擴束，再經(jīng)第一透鏡準(zhǔn)直后，照射到空間光調(diào)制器上。根據(jù)本技術(shù)的一種具體實施方式，所述采樣檢測裝置還包括第二透鏡，所述從空間光調(diào)制器輸出的激光經(jīng)該第二透鏡會聚在檢測腔體內(nèi)。根據(jù)本技術(shù)的一種具體實施方式，所述光能量陷阱場的尺寸在0.1 μπι 4.5μπι之間，所述成像信息用于圖像識別束縛的氣溶膠顆粒中粒徑小于或等于2.5μπι的顆粒。(三)有益效果本技術(shù)利用空間光能量陷阱場形成的許多微小光瓶束縛氣溶膠顆粒，其優(yōu)點有:(I)本技術(shù)的探測光路結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)；(2)本技術(shù)通過改變空間光調(diào)制器各像素單元的參數(shù)，可實現(xiàn)對不同大小顆粒的檢測，檢測顆粒尺寸范圍廣；(3)可實現(xiàn)實時檢測，人工操作量小；(4)本技術(shù)裝置體積小重量輕，攜帶方便；(5)本技術(shù)可連續(xù)實現(xiàn)對多級尺寸氣溶膠顆粒實時監(jiān)測，可應(yīng)用在ΡΜ2.5顆粒檢測方面。(6)本技術(shù)不需要采樣切割器，可檢測確定上下限的尺寸區(qū)間的氣溶膠顆粒的濃度。附圖說明圖1是空間光調(diào)制器的工作原理示意圖；圖2示出了由空間光調(diào)制器產(chǎn)生的能量陷阱場的光瓶結(jié)構(gòu)；圖3示出了由空間光調(diào)制器產(chǎn)生的空間光晶格結(jié)構(gòu)的光瓶結(jié)構(gòu)；圖4是本技術(shù)的基于能量陷阱的氣溶膠顆粒采樣檢測裝置的實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式為實現(xiàn)對一定量的氣溶膠中的氣溶膠顆粒尺寸和數(shù)量的采樣和檢測，本技術(shù)利用空間光調(diào)制器產(chǎn)生空間光能量陷阱場來束縛氣溶膠顆粒。本技術(shù)的原理如下:空間光能量陷阱對具有吸光性的微小顆粒具有束縛作用。光能量陷阱為周圍亮區(qū)，中心暗區(qū)的光場。當(dāng)氣溶膠顆粒進(jìn)入空間光能量陷阱區(qū)域時，受光照射一面吸光溫度升高，與該面相接觸的氣體分子的溫度也相應(yīng)升高。顆粒周圍的氣體分子在不停的做布朗運動撞向顆粒并被反彈。由于吸光面處的氣體分子的溫度比未吸光面處的氣體溫度高，因此吸光面處的氣體分子布朗運動強烈，撞擊氣溶膠顆粒產(chǎn)生的推力更大，使得整個氣溶膠顆粒被推到暗區(qū)，也就是光能量陷阱的中心區(qū)域，因此可以將氣溶膠顆粒束縛在能量陷阱中心區(qū)域。空間光能量陷阱場包括多個光瓶(一種周圍亮區(qū)中心暗區(qū)的空間瓶狀結(jié)構(gòu))，光瓶能夠選擇性的將尺寸與光瓶同一尺寸量級的氣溶膠顆粒束縛于其中。空間光調(diào)制器是一種能將信息加載于一維或兩維的光學(xué)數(shù)據(jù)場上，以便有效的利用光的固有速度、并行性和互連能力的器件。這類器件可在隨時間變化的電驅(qū)動信號或其他信號的控制下，改變空間上光分布的振幅或強度、相位、偏振態(tài)以及波長，或者把非相干光轉(zhuǎn)化成本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種氣溶膠顆粒采樣檢測裝置，用于對一定量的氣溶膠中的氣溶膠顆粒進(jìn)行采樣和檢測，其特征在于，該采樣檢測裝置包括激光器(1)、空間光調(diào)制器(4)和檢測腔體(8)；所述激光器(1)用于發(fā)射激光到空間光調(diào)制器(4)上；所述空間光調(diào)制器(4)對激光進(jìn)行調(diào)制后輸出到所述檢測腔體(8)中；所述檢測腔體(8)容納有氣溶膠，入射到該檢測腔體(8)中的激光在其中形成一個空間光能量陷阱場；其中，該空間光能量陷阱場包括多個光瓶，所述光瓶能夠選擇性的將尺寸與光瓶同一尺寸量級的氣溶膠顆粒束縛于其中。

【技術(shù)特征摘要】
1.種氣溶膠顆粒采樣檢測裝置，用于對一定量的氣溶膠中的氣溶膠顆粒進(jìn)行采樣和檢測，其特征在于，該采樣檢測裝置包括激光器(I)、空間光調(diào)制器(4)和檢測腔體(8)； 所述激光器(I)用于發(fā)射激光到空間光調(diào)制器(4)上； 所述空間光調(diào)制器(4)對激光進(jìn)行調(diào)制后輸出到所述檢測腔體(8)中； 所述檢測腔體(8)容納有氣溶膠，入射到該檢測腔體(8)中的激光在其中形成一個空間光能量陷阱場；其中， 該空間光能量陷講場包括多個光瓶，所述光瓶能夠選擇性的將尺寸與光瓶同一尺寸量級的氣溶膠顆粒束縛于其中。2.權(quán)利要求1所述的氣溶膠顆粒采樣檢測裝置，其特征在于，所述空間光能量陷阱場是一個空間散班場或者是一種空間光晶格結(jié)構(gòu)。3.權(quán)利要求2所述的氣溶膠顆粒采樣檢測裝置，其特征在于，所述采樣檢測裝置還包括照明光源(6)和光電檢測器(11)， 所述照明光源(6)用于發(fā)出照明光，該照明光照射到所述空間光能量陷阱區(qū)域中的被束縛的氣溶膠顆粒； 所述光電檢測器(11)用于對所述被束縛的氣溶膠顆粒進(jìn)行成像，并對成像信息實時記錄，該成像信息可用于計算所束縛的氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量。4.權(quán)利要求3所述的氣溶膠顆粒采樣檢測裝置，其特征在于，所述光電檢測器為CCD。5.權(quán)利要求3所述的氣溶膠顆粒采樣檢測裝置，其特征...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張青川，張志剛，劉豐瑞，劉爽，程騰，張勇，伍小平，
申請(專利權(quán))人：南京中迅微傳感技術(shù)有限公司，
類型：實用新型
國別省市：