[发明专利]用于判定气溶胶颗粒尺寸的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于判定气溶胶颗粒尺寸分布的方法和设备。

背景技术

大气或其他气体中的颗粒公知为气溶胶或气溶胶颗粒。它们可能通过自然和人为的气态前体的化学反应形成在大气中，或者它们可能通过发动机或发电厂中的燃烧形成或者可能起源于像使用或生成气溶胶颗粒的油漆车间的设施的排放。这些气溶胶颗粒在空气污染(烟雾)和气候平衡(云团形成、吸收、排放和辐射的散射)两方面起到重要角色。此外，例如微细颗粒的一些形式气溶胶可能威胁健康。因此，具有广为兴趣的是，提供用于有效并且高灵敏度地测量气溶胶颗粒的尺寸和组分的方法和装置。

已知属于上述技术领域的方法和设备。例如，US 6,040,574(Jayne,Worsnop,Kolb)描述一种用于判定耦合到质谱仪的用于判定气溶胶颗粒的尺寸的设备以及对应的测量方法。在此设备中，气溶胶颗粒束通过将具有携带气溶胶颗粒的气体穿过诸如US 6,040,574(Jayne,Worsnop,Kolb)中所描述的一个单元形成。结果，由气溶胶颗粒形成脉冲并测量气溶胶颗粒的飞行时间，以判定气溶胶颗粒的尺寸。

这样已知设备和方法的缺点在于，为了测量气溶胶颗粒的飞行时间，生成气溶胶颗粒的一个脉冲并测量气溶胶颗粒的飞行时间。接着，生成气溶胶颗粒的下一个脉冲并测量此下一个脉冲中的气溶胶颗粒的飞行时间。从连续气溶胶颗粒束形成这样的脉冲式气溶胶颗粒束的结果，不能够同时优化测量的分辨率和灵敏度。仅仅可以形成气溶胶颗粒束的窄脉冲，以通过降低工作循环和因此降低灵敏度的代价提供更高的飞行时间分辨率。或者仅仅可以形成气溶胶颗粒束的宽脉冲，以通过由于宽脉冲降低飞行时间分辨率的代价来提供更短的工作循环和提高灵敏度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有关最初提及的技术领域的方法和设备，其能够确定具有更高信噪比的气溶胶颗粒尺寸分布，同时提供与现有技术相同的测量速度和尺寸分辨率。

本发明的解决方案是通过独立权利要求的特征限定。根据本发明，此方法包括如下步骤：使用受控于调制函数的气溶胶颗粒门调制气溶胶颗粒束，从而生成气溶胶颗粒束；导引调制气溶胶颗粒束穿过漂移区域；在调制气溶胶颗粒束已通过漂移区域后测量调制气溶胶颗粒束的信号；以及计算调制函数和信号的相关性以确定气溶胶颗粒的尺寸分布。此外，根据本发明，该设备包括气溶胶颗粒门；可导引调制气溶胶颗粒束穿过其中的漂移区域；在调制气溶胶颗粒束已经通过漂移区域后可测量调制气溶胶颗粒束信号的检测器；以及可计算调制函数和信号的相关性以确定气溶胶颗粒的尺寸分布的计算单元。

根据本发明，可以使用不同的调制函数。例如，诸如扫频或“线性调频”的连续函数可以用作调制函数。作为另一示例，不连续的二进制函数可以用作调制函数。在另一情况下，调制函数可以呈现自相关性，其在零点时具有高值，而在所有其他点(shift)时具有少许或低值。在例如不连续的二进制函数情况下，调制函数可以说巴克码(Barker code)，其自相关性是三值函数，与在所有其他点时的值相比，在零点时具有非常高的峰。

将气溶胶颗粒束调制成调制函数的形状并且计算调制函数与信号的相关性的优点在于，多于一个脉冲的气溶胶颗粒可以同时通过漂移区域，同时其仍可以获得漂移时间分布以及由此的气溶胶颗粒的尺寸分布。因此，本发明的优点在于，能够允许形成窄脉冲的气溶胶颗粒束，以提供更高的飞行时间分辨率并且同时提供更短工作循环以及因此增强灵敏度。

优选地，调制函数的自相关性是双值函数。此优点在于，计算自相关性不将额外特征引入到尺寸分布。

在一种变化形式中，调制函数的自相关性可以包括具有低边带的陡峰。例如，编带可以包括两个、三个或更多值。此优点在于，计算相关性不将显著的额外特征引入到尺寸分布。

可选地，调制函数的自相关性可以既不是二值函数，也不包括陡峰和低边带。