[发明专利]一种气溶胶传感器

说明书

技术领域

本发明涉及气溶胶测量技术领域，尤其涉及一种气溶胶传感器。

背景技术

气溶胶是一种液体或者固体颗粒悬浮于气体介质中形成的悬浮体系，其中颗粒相的特征粒径尺寸一般为1nm至100μm，但由于粒径大于1μm的颗粒容易沉降，稳定悬浮时间较短，粒径小于10nm的颗粒又很难探测到，所以一般的气溶胶实时测量只针对10nm至1μm范围的气溶胶颗粒。

浓度和粒径是气溶胶的两个最重要的指标，针对这两个指标的现有气溶胶实时测量方法主要有基于光学原理的方法和基于电学原理的方法。传统的基于光学原理的仪器主要有光学粒子计数器和激光粒子计数器，而由于尺寸小于光波波长的微粒的光散射非常弱，所以单纯的光学方法一般只对粒径大于0.3μm的颗粒有效。基于电学原理的测量仪器主要有利用带电粒子在电场中的电迁移率与粒径成反比原理的差分电迁移率分析器、扫描电迁移率谱仪(与凝结核粒子计数器结合使用)等，以及利用一定尺寸范围的粒子的带电量与粒径具有确定指数关系的气溶胶电探测器等。

现有技术中，能够实现宽范围气溶胶实时测量的仪器几乎都是结构复杂的大型仪器设备，不能满足有限空间环境中的多点、分布式应用要求。而一些小型化的气溶胶测量仪器的测量范围较小。

发明内容

本发明提供了一种气溶胶传感器，能够实现较宽粒径测量范围的气溶胶颗粒的测量，同时易于小型化。

本发明提供了一种气溶胶传感器，包括：

气溶胶入口、气溶胶带电单元、沉积单元、电荷检测单元、控制单元、信号处理单元、气溶胶出口；

所述气溶胶入口、所述气溶胶带电单元、所述沉积单元、所述电荷检测单元、所述气溶胶出口依次连接，所述电荷检测单元与所述信号处理单元相连，所述控制单元分别与所述沉积单元和所述电荷检测单元相连；

所述电荷检测单元包括至少一个电荷检测子单元，所述电荷检测子单元依次连接，每个所述电荷检测子单元分别与所述控制单元相连，每个所述电荷检测子单元分别与所述信号处理单元相连；

所述气溶胶带电单元，用于使流入的待测气溶胶中的气溶胶颗粒带电；

所述沉积单元，用于截留流入的带电的气溶胶颗粒中粒径小于等于初始预设值的气溶胶颗粒；

所述电荷检测子单元，用于截留流入的带电的气溶胶颗粒中粒径小于等于本电荷检测子单元的预设值的气溶胶颗粒，并输出产生的感应电流；

所述控制单元，用于根据所述初始预设值给所述沉积单元施加方波电压，并根据每个电荷检测子单元的预设值给每个所述电荷检测子单元分别施加与该预设值对应的恒定电压；

所述信号处理单元，用于根据所有所述电荷检测子单元输出的感应电流和解析表达式计算出每个电荷检测子单元中被截留的气溶胶颗粒的平均粒径和数量浓度，其中，所述解析表达式为满足预设精度要求的所述感应电流与所述平均粒径、所述数量浓度之间的多元多项式；

或，所述信号处理单元，用于根据所有所述电荷检测子单元输出的感应电流和神经网络模型计算出每个电荷检测子单元中被截留的气溶胶颗粒的平均粒径和数量浓度，其中，所述神经网络模型用于根据输入的所述感应电流得出所述平均粒径和所述数量浓度；

其中，所述方波电压的低电平满足：流入所述沉积单元的带电的气溶胶颗粒中粒径小于等于所述初始预设值的气溶胶颗粒被全部截留在所述沉积单元内；

所述方波电压的高电平满足：流入所述沉积单元的带电的气溶胶颗粒中除粒径小于等于所述初始预设值的气溶胶颗粒被全部截留在所述沉积单元内，还有部分粒径大于所述初始预设值的气溶胶颗粒也被截留在所述沉积单元内；

所述电荷检测子单元的预设值对应的恒定电压满足：流入每个所述电荷检测子单元的带电的气溶胶颗粒中粒径小于等于该电荷检测子单元的预设值的气溶胶颗粒全部截留在所述该电荷检测子单元内；

其中，所有所述预设值中至少有一个大于所述初始预设值。

进一步地，所述气溶胶入口内安装有滤膜，所述滤膜用于滤除粒径大于等于预设粒径阈值的气溶胶颗粒，所述预设粒径阈值等于最大的预设值。

进一步地，所述气溶胶带电单元为针-板式离子源，所述针-板式离子源的正极为导电的尖端，负极为平板电极。

进一步地，所述导电的尖端，包括：导电的一维纳米结构、表面覆盖有金属层的绝缘的一维纳米结构、表面覆盖有金属层的半导体的一维纳米结构。

进一步地，所述一维纳米结构包括：纳米线、纳米管、纳米棒。