[发明专利]测量悬浮颗粒物质的方法和设备

说明书

                        技术领域

本发明涉及一种用于测量大气中悬浮颗粒物质(suspended particulatematter)的粒径分布(a particle size distribution)的方法和设备。尤其是，本发明涉及这样一种用于测量悬浮颗粒物质的方法和设备，即这种方法和设备能够以高分辨率在宽粒径范围内对悬浮颗粒物质的粒径分布进行测量。

                      背景技术

大气中那些粒径不超过10微米的悬浮尘埃被称作悬浮颗粒物质(SPM)。虽然这种悬浮颗粒物质包含有离散的泥土，但是这些悬浮颗粒物质的大部分是从柴油发动机汽车中排出的黑烟、未燃烧的燃油以及含硫的化合物。在Kanto地区，大约35％的悬浮颗粒物质是从柴油发动机汽车中排出的。一般认为，悬浮颗粒物质对人类健康是有害的。特别是，在包含在从柴油发动机汽车中排出的废气中的颗粒物质，被称作DEP(柴油机废气颗粒)。那些尺寸不超过2.5微米的小粒径颗粒物质，被称作细微颗粒物质(PM2.5)，在欧洲和美国，已经对这种细微颗粒物质进行了积极研究。一般认为，这种PM2.5的大部分是从柴油发动机汽车中排出的。

作为一种用于对大气中上述悬浮颗粒物质(SPM)或者细微颗粒物质(PM2.5)的粒径分布进行测量的设备，在实际应用中通常使用一种基于级联碰撞采样器系统(cascade impacter system)的测量设备。在这种基于级联碰撞采样器系统的测量设备中，使得包括有颗粒的流体与一个收集板发生碰撞，用以突然改变流体的流动方向，从而将颗粒从流体中分离出来。在这种测量设备中，碰撞采样器相互被串联连接起来，以便它们能够形成一个多级设备，其中在所述碰撞采样器的收集效率为50％时粒径互不相同。随后，利用每一级为50％收集效率时的粒径作为代表粒径，并且由每一级中均具有代表粒径的颗粒收集测量结果得出所述流体中的粒径分布。

就此而言，在相应于用于测量SPM和PM2.5的级联碰撞采样器系统的测量设备中，会遇到下述问题。一般来说，粒径的测量上限被设定为约10微米，此外粒径的分辨率取决于板式集尘电极的数目。因此，不可能以高分辨率对粒径分布进行测量。

                        发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于测量悬浮颗粒物质的方法和设备，该方法和设备能够以较高的分辨率在较宽的粒径范围内对大气中悬浮颗粒物质(SPM)和细微颗粒物质(PM2.5)的粒径分布进行测量，其中该粒径范围包括不小于10微米的粒径。

为了实现前述目的，本发明提供了一种用于测量大气中悬浮颗粒物质的方法，该方法包括：将大气中的悬浮颗粒物质抽吸入一个容器中；在该容器内对大气中的悬浮颗粒物质进行充电；电收集充过电的悬浮颗粒物质；在收集起来的悬浮颗粒物质被分散开的条件下利用激光束对收集起来的悬浮颗粒物质进行照射；对利用激光束向悬浮颗粒物质进行照射所获得的衍射和散射光线的空间强度分布进行测量；并且利用测量结果对悬浮颗粒物质的粒径分布进行计算。

优选地，根据本发明用于测量大气中悬浮颗粒物质的方法还包括有：将收集起来的悬浮颗粒物质分散到介质流体(medium fluid)中，其中，利用激光束对分散在介质流体中的悬浮颗粒物质进行照射。

可选择地，根据本发明用于测量大气中悬浮颗粒物质的方法优选地还包括有：使得悬浮颗粒物质粘附到一块位于容器内的透明板的表面上，其中，利用激光束对其上粘附有悬浮颗粒物质的透明板进行照射。可以采样前述方法中的任何一种。

为了实现前述目的，本发明还提供了一种用于测量大气中悬浮颗粒物质的设备，该设备包括有：一个容器；一个泵，用于将大气抽吸入所述容器中；一个放电电极，该放电电极被设置在所述容器中，用于通过产生单极性离子来对所述容器中的悬浮颗粒物质进行充电；一个集尘电极，该集尘电极相对于放电电极具有电势差，用于将所述容器中由放电电极充过电的悬浮颗粒物质收集起来；一个分散机构，用于分散由集尘电极收集起来的悬浮颗粒物质；一个光学照射系统，用于利用激光束对分散开的悬浮颗粒物质进行照射；一个光学测量系统，用于对光线的空间强度分布进行测量，所述光线在利用激光束对悬浮颗粒物质进行照射时被悬浮颗粒物质衍射和散射；以及一个计算部分，用于利用所述测量结果对收集起来的悬浮颗粒物质的粒径分布进行计算。