[发明专利]一种高分辨率气溶胶粒径探测仪

说明书

技术领域

本发明涉及大气探测技术领域，具体而言，涉及一种高分辨率气溶胶粒径探测仪。

背景技术

大气污染物的治理是一个非常复杂的系统工程，必须从预防，管理与技术等多方面综合考虑，才能达到控制污染的目的。加强环境科学研究，建立健全环境监测机构，提高监测水平，也是搞好环境管理和污染治理的重要手段。因此，通过研究能够测定颗粒物污染源并进行定量分析的方法和仪器具有重要意义，因为有了这些手段才能对周围空气质量进行及时有效的监测，从而便于进行合理的控制。高灵敏度、高分辨率通溶胶粒径探测仪，能够提供快速精确的粒子浓度和粒径分布检测，主要用于大气研究&环境监测、过滤器测试等领域。

目前基于单粒子激光计数技术的气溶胶粒径探测仪代表性产品有美国TSI公司的3340型激光气溶胶粒径谱仪和美国DMT公司的被动腔气溶胶粒径谱仪(PCASP-X2)和超高分辨率气溶胶粒径谱仪(UHSAS)。美国TSI公司出品的3340型激光气溶胶粒径谱仪测量0.09到7.5μm粒径范围的颗粒物，在采样流量10cm³/min时最大可测量粒子浓度18000/cm³，可测量输出100个通道数据。美国DMT公司的被动腔气溶胶粒径谱仪PCASP-X2测量粒径范围0.1–10μm，采样流量1CC/sec，粒子计数速率10000/sec，提供40个数据通道。美国DMT公司的超高分辨率气溶胶粒径谱仪UHSAS测量粒径范围0.06–1.0μm，典型采样流量50CC/sec，粒子计数速率3000/sec，提供99个数据通道。

为了能够测量小粒径气溶胶，常采用提高激光源照射功率的方法。TSI公司的3340型激光气溶胶粒径谱仪中采用其专利技术的半内腔He-Ne激光器技术，用谐振腔内激光照射气溶胶粒子，在He-Ne激光器输出功率保持5mW时，照射光功率提高到了大于1W。DMT公司在被动腔气溶胶粒径谱仪PCASP-X2中同样采用了半内腔式He-Ne激光器照射方案。在超高分辨率气溶胶粒径谱仪UHSAS中为了测量更小粒子，进一步提高照射功率，使用了1054nm波长的半内腔式Nd3+:YLiF4固体激光器，照射激光功率密度超过1kW/cm²。采用半内腔激光器具有照射功率密度大，同时较少的增加仪器成本的优点，但是半内腔激光器存在调试难度大、工程应用不便的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高分辨率气溶胶粒径探测仪，提高探测仪的气溶胶粒径测量分辨率。

本发明提供了一种高分辨率气溶胶粒径探测仪，包括：

高功率光纤激光器，其用于产生激光束；

光束整形聚焦光学系统，其用于接收所述高功率光纤激光器发出的激光束，将激光束发散产生激光线并形成聚焦光斑；

散射光接收系统，其用于将待测气溶胶粒子穿过聚焦光斑产生米氏散射效应，并对散射光进行探测，获取散射光强产生的电脉冲信号；

气流通道，其用于产生含有待测气溶胶粒子的气体，并送入所述散射光接收模块中；

信号处理模块，其用于对散射光强产生的电脉冲信号进行处理，计算出气溶胶粒径的大小。

作为本发明进一步的改进，所述光束整形聚焦光学系统包括光纤准直器、鲍威尔棱镜、平凸柱面透镜、非球面聚焦镜，所述散射光接收系统包括曼金镜和光电探测器，所述光电探测器与所述信号处理模块相连；

所述高功率光纤激光器的输出单模光纤与所述光纤准直器的输入端连接，所述光纤准直器的输出端输出准直激光束，准直激光束射入所述鲍威尔棱镜后在一个维度上以扇形发散产生一条笔直、均匀的激光线，激光线射入所述平凸柱面透镜后在发散维度上准直，准直、均匀的激光线经所述非球面聚焦镜汇聚为扁平的、均匀的长方形聚焦光斑，气流通道中产生的待测气溶胶粒子穿过聚焦光斑产生米氏散射效应，激光被气溶胶粒子散射，散射光进入所述曼金镜并汇聚到所述光电探测器中，所述光电探测器探测汇聚的散射光光强产生的电脉冲信号，并送入所述信号处理模块进行处理，计算出气溶胶粒径的大小。

作为本发明进一步的改进，所述光束整形聚焦光学系统包括光纤准直器、鲍威尔棱镜、平凸柱面透镜和非球面聚焦镜，所述散射光接收系统包括第一曼金镜、第二曼金镜、第一光电探测器和第二光电探测器，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器均与所述信号处理模块相连；