[发明专利]一种偏振光散射测量颗粒物的方法及装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及空气中颗粒物的检测，特别是涉及一种偏振光散射测量颗粒物的方法及装置。

【背景技术】

颗粒物的粒径分布和浓度检测是大气环境检测的重要研究对象和组成部分，对颗粒物的粒径分布、浓度和成分的研究也存在很多方法。主要的方法有振荡天平法、滤膜称重法、压电晶体法、beta射线吸收法、光透射法以及光散射法。在实际的测量中，因为仪器的可重复使用性和精确性，对颗粒物浓度测量主要使用振荡天平法和光散射法，而前者虽然精度高，但作为一般实验研究和个人使用，成本过于昂贵，而且近年来光电探测器、信号放大器等光电器件的发展，光散射法越来越成为更多人首选的方法。然而，现有的基于光散射原理分析颗粒物的方法中，多用于分析颗粒物的粒径大小分布及计算颗粒物的浓度，却无法区分颗粒物的具体成分。而且现有的分析方法分析粒径大小分布时，只能区分大粒径粒子的粒径分布，无法准确区分小粒径粒子的粒径分布。这是因为，现有的分析测量方法中，基于散射光强进行测量分析，然而由于散射光强与粒径大小成正比，粒径很小的粒子散射光强很弱，会被大粒径粒子的散射光覆盖，造成散射光强分析时小粒径粒子信息缺失，所以对粒径较小的粒子探测不准确，经常无法区分粒径较小的粒子的粒径分布情况。虽然增加多个散射角度的探测器数目或者提高探测器灵敏度是解决问题的办法，但是这对成本和结构复杂性提出了挑战。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种偏振光散射测量颗粒物的方法及装置，可分析得到颗粒物的成分信息，且分析粒径分布时不仅能区分大粒径粒子的粒径分布，还能准确区分小粒径粒子的粒径分布，同时成本也得到较好的控制。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种偏振光散射测量颗粒物的方法，将待测空气样品以恒定速度流过测试区，激光经聚焦偏振处理后照射所述测试区；探测分析当前流过测试区的空气样品中的当前颗粒物时，包括以下步骤：1)探测当前颗粒物对激光散射后的散射光的Stokes矢量，所述Stokes矢量为表示散射光光强和偏振态的矢量；2)根据步骤1)检测的Stokes矢量分别计算得到散射光的偏振参量，包括线偏振度DOP_L、圆偏振度DOP_C、取向角和椭圆率α；3)将所述散射光的偏振参量与标准库中的散射光的标准偏振参量进行比对，查找最接近的一组标准偏振参量对应的粒径区间和折射率；4)根据步骤3)查找的折射率确定出当前颗粒物对应的成分，进而获得成分信息及其粒径区间信息。

一种偏振光散射测量颗粒物的装置，包括激光源、聚焦单元、起偏单元，探测单元和计算处理单元；将待测空气样品以恒定速度流过测试区，所述激光源发出激光依次经所述聚焦单元聚焦、所述起偏单元偏振处理后照射到所述测试区；所述探测单元用于探测流过所述测试区的待测空气样品中的当前颗粒物对激光散射后的散射光的Stokes矢量，所述Stokes矢量为表示散射光光强和偏振态的矢量；所述计算处理单元根据上述步骤2)至步骤4)由所述探测单元探测的散射光的Stokes矢量分析得到当前颗粒物的成分信息及其粒径区间信息。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

本发明的偏振光散射测量颗粒物的方法及装置，使用偏振处理后的激光照射待测样品，探测其散射光的表示散射光光强和偏振态的Stokes矢量信息进行分析，由Stokes矢量信息计算偏振参量，与标准偏振参量进行比对从而获取成分信息，粒径分布信息。由于方法中采用标准库事先获取已知常见成分的偏振参量，进行比对后，即可根据偏振参量的接近程度判断待测颗粒物的成分信息。而由于采用偏振信息进行分析，不再仅仅依赖光强探测小粒径粒子，可依据散射光的偏振特征获取小粒径粒子的信息，从而可准确地探测到小粒径粒子的信息，进而能准确获取小粒径粒子的粒径分布信息。本发明的方法并不要求探测器具有较高灵敏度，因此成本得到了很好地控制。

【附图说明】

图1是本发明具体实施方式中偏振光散射测量颗粒物的方法中探测分析阶段的流程图；

图2是本发明具体实施方式中偏振光散射测量颗粒物的装置的结构示意图；

图3是本发明具体实施方式中测量装置的一个具体实例结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步详细说明。