[发明专利]一种玻璃材料气溶胶聚焦气路样气管道及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于单气溶胶粒子实时检测与分析仪器中气溶胶粒子聚焦气路的样气管道及其制作方法。

背景技术

气溶胶是指由固体或液体粒子分散并悬浮在气体介质中形成的多项混合体系。粒子或颗粒大小为0.001～100μm。习惯上，把这些粒子称为气溶胶。

气溶胶粒子对地气辐射平衡、成云致雨、水循环、能见度改变等诸多物理化学过程和人体健康重要影响。大气气溶胶粒子种类与组分来源多相、构成复杂，研究人员需要根据气溶胶粒子的物理、光学或化学特征等识别粒子及其来源。因此，在环境检测和研究相关领域需要实时、原位的气溶胶粒子检测和分析技术。例如，基于气溶胶粒子弹性光散射原理的光学粒子计数器已被广泛用于测量单个粒子散射光场强度分布从而获取气溶胶粒子粒径尺度分布。

单粒子实时检测与分析技术通过快速、准确测量采样的大气气溶胶流路中单个粒子的相关特性参数，通过对数据的处理分析和统计判断得到环境空气中的气溶胶粒子的相关信息。由于一般需检测气溶胶粒子粒径范围一般在0.1-10μm，检测系统获得的信号强度较为微弱。为了减少系统检测误差和粒子重叠误差，提高信号检测灵敏度与一致性，许多检测系统采用基于空气动力学原理设计的气溶胶聚焦气路。

图1为一种常规气溶胶聚焦气路结构示意图，聚焦气路上部分为内外圆环形结构，由鞘气进气嘴14、外圆环鞘气管路15、内圆环样气进气管道16和进气喷嘴17组成，通常安装于检测装置腔体上表面。聚焦气路下部分为出气喷嘴18，安装于检测装置腔体下表面。气路中有2组气泵分别控制装置总体气路和鞘气气路流量和流速。气路通过气管、连接件与结构件密封连接。大气气溶胶被采样进入样气管道。外圆环鞘气管道通入洁净鞘气。聚焦气路工作原理如图2所示，在气路出口喷嘴位置，受到鞘气应力作用，样气气路束径在一定气路长度内会被压缩、或称聚焦。随样气运动的气溶胶粒子位置范围随束径缩小。当样气中粒子浓度在限定区间，粒子在较小相对位置误差范围内形成单粒子序列依次通过检测系统的理想检测区域，减少重叠误差，提高检测准确度。同时，包裹样气的洁净鞘气能够减少其它外部粒子的干扰。

在气溶胶聚焦气路中，样气管道需要满足以下要求：

1)气路设计要求：包括样气管道入口内径、出口内径和长度等尺寸，样气管道出口端面角度等；

2)结构装校要求：通常样气管道与鞘气管道或入口喷嘴结构连接，管道气路中心与入口喷嘴具有同轴度、相对位置等参数要求；

3)加工设计要求：由于气路和结构的各种设计要求限制，为保证样气管道尺寸和避免结构加工变形等因素，需要考虑符合要求的可行性方案。

另外，由于样气管道常采用便于加工和装配的金属材料，在使用中无法观测内管壁污染状况，也难以对内管壁清洗干净，会造成气溶胶检测误差。

在先技术一(参见“微粒检测装置”，中国专利号200920307707.1，发明人詹宁波、吴太虎、杜耀华等)采用的进样管为直细管，嵌装在进样法兰托内圆上，并且利用快插接头进气。该结构存在以下不足：

①该样气管道细长、壁厚小，容易变形。在组装时样气管道位置如有偏差，较难保证与鞘流管的同轴度；

②该样气管道嵌装在进样法兰托内圆上，配合不易紧密，快插接头与进样法兰托采用螺纹连接，整个结构密封效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于克服上述在先技术的不足，提出基于飞秒激光加工的玻璃材料的气溶胶聚焦气路样气管道。

本发明的技术解决方案如下：

一种气溶胶聚焦气路的样气管道，其特点在于：

所述气溶胶聚焦气路的样气管道包含样气管道本体、连接安装法兰、压圈、压圈安装螺钉、密封配合件5部分。所述样气管道本体的材料为玻璃。

如图3所示，所述样气管道本体外圆按照结构设计加工要求，采用一定锥形角度过渡或分段外径阶梯增长过渡等设计方案，从样气出口端面处所需要的较小外径尺寸过渡到适合配合的外径尺寸。其中包括样气出口端面和外圆各段外径阶梯增长之间采用圆角或锥角过渡，减少气流干扰。样气管道本体与连接安装法兰有两对配合面，分别为保证同轴度的孔轴配合和保证样气出口端面位置的内平面配合。

所述样气管道本体内管按照设计要求为等径或多段不同内径的气路通孔，样气进气内孔和各段不同孔径的气路内管之间通过锥角过渡，减少气流干扰。所述样气管道的内孔由飞秒激光加工方法实现，相关尺寸参数由加工保证。