[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

说明书

本发明公开一种基于声表面波技术的大气颗粒物测量装置及方法。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与运算单元；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；声表面波传感器用于采集分离后的不同粒径的颗粒物；流量控制单元用于获得通过气体的体积；流量控制单元与所述控制运算单元连接，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，根据所述粒径颗粒物的质量计算出大气中不同粒径的体积浓度或质量浓度。本发明实现了大气颗粒物的粒径切割与采集的一体化；同时实现了使用声表面波传感器对颗粒物质量的直接测量，提高颗粒物质量检测的精度。

技术领域

本发明涉及大气颗粒物测量领域，特别是涉及一种基于声表面波技术的大气颗粒物测量装置及方法。

背景技术

现有技术中关于大气颗粒物测量的技术包括采用光散射法、β射线法和微振荡天平法。

光散射法基于光散射原理。当光束入射到颗粒上时，将向空间四周散射，光的各个散射参数与颗粒的粒径密切相关，为颗粒物的测量提供了一个尺度。

β射线仪则是利用Beta射线衰减的原理，环境空气由采样泵吸入采样管，经过滤膜后排出，颗粒物沉淀在滤膜上，当β射线通过沉积有颗粒物的滤膜时，β射线的能量衰减，通过对衰减量的测定计算出颗粒物的浓度。

微量振荡天平法是在质量传感器内使用一个振荡空心锥形管，在其振荡端安装可更换的滤膜，振荡频率取决于锥形管特征和质量。当采样气流通过滤膜，其中的颗粒物沉积在滤膜上，滤膜的质量变化导致振荡频率的变化，通过振荡频率的变化计算出沉积在滤膜上的颗粒物的质量，再根据流量、现场环境温度和气压计算出该时段颗粒物的质量浓度。

光散射法的测量精度低，β射线法和微振荡天平法对应产品的体积大、价格昂贵并且维护成本高，很难得到大量的推广和应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够精确测量大气中不同粒径颗粒物的浓度的基于声表面波技术的大气颗粒物测量装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于声表面波技术的大气颗粒物测量装置。所述测量装置包括：冲击式分级采样单元、声表面波传感器、流量控制器和控制运算单元；

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，根据所述粒径颗粒物的质量计算出大气中不同粒径的体积浓度或质量浓度。

可选的，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；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。

可选的，所述流量控制器包括：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。

可选的，所述流量控制器还包括：数字滤波单元，用于对所述当前气体流量信号进行数字滤波。

可选的，所述气体流量传感器的工作频率根据测量分辨率确定。

为了实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种基于声表面波技术的大气颗粒物测量方法，所述测量方法包括：

获取多个所述声表面波传感器的中心频率；

计算对应的表面颗粒物质量；