[发明专利]一种基于声表面波技术的大气颗粒物测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于声表面波技术的大气颗粒物测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：冲击式分级采样单元、声表面波传感器、流量控制单元和控制运算单元；

所述冲击式分级采样单元将大气中不同粒径的颗粒物进行分离；

所述声表面波传感器用于采集分离后的不同粒径颗粒物的质量；

所述流量控制单元用于获得通过的气体体积；所述流量控制单元与所述控制运算单元连接，

所述控制运算单元根据所述流量控制单元计算参数控制风速的流量，同时采集所述声表面波传感器信号并计算出不同粒径颗粒物质量，根据所述粒径颗粒物的质量计算出大气中不同粒径的质量浓度；具体的，所述控制运算单元通过采集声表面波传感器中心频率、计算声表面波传感器表面颗粒物质量、产生固定流量的空气、冲击式分级采样单元按粒径收集颗粒物、探测声表面波传感器工作频率、重新计算声表面波传感器表面颗粒物质量、推算出固定流量气体中不同粒径的颗粒物含量的步骤，实现对大气颗粒物的测量；

所述冲击式分级采样单元包括：腔体、通气孔板、传感器板、滤膜；所述通气孔板、所述传感器板和所述滤膜均设于所述腔体内部；所述腔体包含入口和出口，在靠近所述腔体的入口的一端，水平设置有所述通气孔板，在靠近所述腔体的出口的一端设置有所述滤膜；所述通气孔板的正下方设置有所述传感器板；根据所述冲击式分级采样单元的分级级数，所述通气孔板和所述传感器板交替分层设置有三组；在所述通气孔板和所述传感器板上分别设有一个中心孔，所述通气孔板的中心孔与所述传感器板的中心孔分别设于所述腔体两侧，且两个中心孔在水平方向上保持距离，两个中心孔之间形成水平方向上供颗粒物运动的跑道；载带颗粒物的气流进入所述腔体后，由于受到所述通气孔板的阻挡作曲线运动，分离不同粒径的颗粒物；

在筒体内分层设置，利用惯性冲击原理，按照空气动力学特征，载带颗粒物的气流进入腔体后，由于受到通气孔板的阻挡作曲线运动，当气流发生转弯时，气流中所有颗粒物因其惯性作用，都有在原有方向上保持直线运动的趋势，这种直线运动一直要保持到出射速度为零时才停止，然后颗粒物跟随气流偏转，同样的线速度下，颗粒物粒径越大，前冲的距离也就越大，也就是其截至距离也就越大，截至距离大到一定程度的颗粒物，即粒径大到一定程度的颗粒物，才会被冲到传感器板上，粒径小的则被滤膜采集，依此原理，所述冲击式采样单元将大气中不同粒径颗粒物进行分离与收集。

2.根据权利要求1所述的一种基于声表面波技术的大气颗粒物测量装置，其特征在于，所述流量控制单元包括：气体流量传感器、零点校准单元、开启度控制单元、比例阀数字预处理单元、脉冲宽度调整、PWM脉冲生成单元、比例阀。

3.根据权利要求1所述的一种基于声表面波技术的大气颗粒物测量装置，其特征在于，所述流量控制单元还包括：数字滤波单元，用于对当前气体流量信号进行数字滤波。

4.根据权利要求2所述的一种基于声表面波技术的大气颗粒物测量装置，其特征在于，所述气体流量传感器的工作频率根据测量分辨率确定。

5.一种基于声表面波技术的大气颗粒物测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

获取多个声表面波传感器的中心频率；

计算对应的表面颗粒物质量；

通过流量控制单元产生固定流量的空气气流，所述空气气流经过冲击式分级采样单元；

由于空气中的不同粒径颗粒物的惯性不同，颗粒物按设定的粒径分别被切割出来，并收集在多个所述声表面波传感器的表面；

多个所述声表面波传感器收集到颗粒物之后，工作频率发生偏移；

计算空气中颗粒物中的粒径颗粒物的浓度，所述浓度具体为质量浓度；

所述计算空气中颗粒物中的粒径颗粒物的浓度，所述浓度具体为质量浓度，具体包括：控制运算单元根据流量控制单元计算参数控制风速的流量，同时采集声表面波传感器信号并计算出不同粒径颗粒物质量，根据粒径颗粒物的质量计算出大气中不同粒径的质量浓度；具体的，所述控制运算单元通过采集声表面波传感器中心频率、计算声表面波传感器表面颗粒物质量、产生固定流量的空气、冲击式分级采样单元按粒径收集颗粒物、探测声表面波传感器工作频率、重新计算声表面波传感器表面颗粒物质量、推算出固定流量气体中不同粒径的颗粒物含量的步骤，实现对大气颗粒物的测量；

所述颗粒物按设定的粒径分别被切割出来，并收集在多个所述声表面波传感器的表面，具体包括：在冲击式分级采样单元的筒体内分层设置，利用惯性冲击原理，按照空气动力学特征，载带颗粒物的气流进入腔体后，由于受到通气孔板的阻挡作曲线运动，当气流发生转弯时，气流中所有颗粒物因其惯性作用，都有在原有方向上保持直线运动的趋势，这种直线运动一直要保持到出射速度为零时才停止，然后颗粒物跟随气流偏转，同样的线速度下，颗粒物粒径越大，前冲的距离也就越大，也就是其截至距离也就越大，截至距离大到一定程度的颗粒物，即粒径大到一定程度的颗粒物，才会被冲到传感器板上，粒径小的则被滤膜采集，依此原理，冲击式采样单元将大气中不同粒径颗粒物，进行分离与收集。