[发明专利]一种反射加透射法雾霾颗粒流浓度冗余测量装置

说明书

本发明属于雾霾在线测量领域，具体涉及一种反射加透射法雾霾颗粒流浓度冗余测量装置。一种反射加透射法雾霾颗粒流浓度冗余测量装置，其特征是，该装置的发光光路与测量气室雾霾颗粒的反射光光路逆向，测量气室内颗粒的运动路径与发光光路逆向；该装置的主体是圆筒体，辅助部分是智能管理电路。本发明的有益之处是，装置结构简单，可以整体可以加热；部件少，安装拆解方便，适合定期快速保养；透射光强，可用作光源光强监测，透射光强还可用作监视电压，冗余修正测量结果；两次冗余测量，反射或透射光强转换为微电压信号，微电压信号的强弱与雾霾颗粒流的浓度成正比，MCU计算冗余修正后，输出雾霾颗粒流的浓度，数值准确。

技术领域

本发明属于雾霾在线测量领域，具体涉及一种反射加透射法雾霾颗粒流浓度冗余测量装置。

背景技术

雾霾是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述。大气中随风漂浮的大量的悬浮颗粒的集合被称为颗粒流。单个颗粒的粒径大小从1微米（pm）到10微米、到几十微米不等。颗粒流中，粒径等于或接近2.5微米的颗粒，简称pm2.5。pm2.5颗粒对人体危害最大，pm2.5颗粒流浓度达到一定数值后，气象预报定义为严重污染天气。测量颗粒流浓度方法，根据光散射原理：在光的传播过程中，当光线照射到颗粒流粒子时，如果粒子的粒径大于入射光波长很多倍，则产生逆向的反射光，同时透射光明显减弱；如果粒子的粒径小于入射光波长，则产生全方向的散射光，可以在全方向上测量散射光强度，而透射光无明显减弱。具体应用技术分析，可见光波的波长是400--660nm，1pm=1000nm，粒径pm2.5是2500nm。由此可见，这些颗粒的粒径远大于可见光波的波长，光线照射到颗粒时，呈现明显的逆向反射光，或透射光减弱；而且，伴随颗粒流的浓度越大，反射光的强度则越大，透射光则越弱，二者之间，呈现线性相关联系。因此，用测颗粒反射光强度或透射光强度的方法，可以测量雾霾颗粒浓度。用光散射法测量雾霾颗粒浓度的方法是科学正确的选择。具体颗粒流浓度测量技术方案：颗粒流浓度测量装置的主体是两端加遮光密封帽的圆筒体，圆筒体内部一侧是测量气室，另一侧是光学组件室；圆筒体外部，圆筒体的一端是圆锥体状内凹遮光密封帽，另一端是瓶盖状遮光密封帽，圆筒体外部，进气嘴在瓶盖状遮光密封帽一侧的圆筒体上，出气嘴在圆筒体的中间、出气嘴与进气嘴的距离是10—20厘米、出气嘴与进气嘴沿圆筒体轴线对称。进气嘴与出气嘴之间的圆筒体内部部分，是测量气室；雾霾两相颗粒流从进气嘴进入，经过测量气室，从出气嘴排出；在测量气室的中线截面上，颗粒流沿圆筒体的轴线由右向左运动，与光学组件室的发光光路逆向；在圆筒体另一侧的光学组件室内，设置发光光路；发光光路的光源选用一体化的LED光源；一体化的LED光源包括瓶状散热筒、LED发光管和扩散透镜，LED发光管和扩散透镜安装在瓶状散热筒内，LED发光管和扩散透镜的光轴与瓶状散热筒的中轴同轴，LED发光管在扩散透镜的焦点，LED发光管的发光通过扩散透镜后，成沿轴线15度的点发散环状光线；一体化的LED光源安装在圆筒体内部外环内星形支架的环心；外环内星形支架外部是一个圆环，圆环内有三个间隔120度的支撑臂，三个支撑臂相交在环心，构成星形结构；三个支撑臂之间是接近110度的弧形透光空间；外环内星形支架的外圆环直径小于圆筒体的内径；外环内星形支架插入圆筒体内部，被前后圆筒夹挤固定；调整一体化的LED光源的位置，让点发散环状光线照亮测量气室中线截面，气室中线截面的颗粒流产生反射光；测量光路1(反射光路)：气室中线截面上全部颗粒流的反射光逆向透过外环内星形支架的三个间隔110度的弧形空隙，照在圆筒体端口的会聚透镜上，聚焦在会聚透镜另一侧像方4/3焦距处，即聚焦在圆锥体状内凹遮光密封帽的内部中心安装的光电接受管1上，构成测量光路1；光电接受管1接受测量反射光强度，变反射光强度为微弱电压信号，该电压信号与颗粒流浓度相关，呈正比关系；测量光路2（透射光路）：LED发光管的点发散光，穿过测量气室，与颗粒流碰撞衰减，衰减后的透射光照在光电接受管2，这是测量光路2；由于测量光路2的光源不是严格的平行光源，光电接受管2接受测量透射光强度，不满足严格的朗博定律，其测量结果用作作参考；透射光强度为微弱电压信号2，该信号也与颗粒流浓度相关，呈现反比关系；测量光路2还有其他用途，如发光测量、零校正等。测量气室内部，为减少雾霾颗粒在光学器件表面堆积，在进气嘴附近，设置气流阻挡板，防止进气直吹光电接收管2；在出气嘴远离进气嘴位置，设置气流导流板，防止颗粒在LED光源表面堆积。智能管理电路，两路信号经过固定的比例放大，经过模数转换，输入MCU最小系统；测量：MCU最小系统按设定修正程序处理数字电压信号，以反射光测量为主，以透射光测量为辅，冗余反射和透射两光路测量结果，显示颗粒浓度，或经串口把浓度信号传送给上位机。检索有关光散射法测量雾霾颗粒浓度的专利资料，没有180度逆向反射法雾霾测量记录。