[发明专利]一种颗粒物在线监测装置与方法

说明书

本发明涉及一种用于颗粒物在线监测装置，包括光源，包括多个光电探测器的光电检测阵列、信号调理电路和计算机，采用相干激光器作为光源，入射到含有粉尘的烟气或者排放气体中；所述的相关激光器为窄线宽激光器；通过放置于光源对侧的光电检测阵列接收被粉尘散射后得到的前向散射光；光电检测阵列的各个光电探测器分别前置有收集透镜，并分布在不同的散射方向上；前向散射光经过粉尘颗粒物散射后，不同散射方向的光电检测阵列面上产生干涉，形成随时间及空间变化的相干光信号；光电检测器检测到随时间变化的相干光信号，经过信号调理电路后被送入计算机。本发明同时给出一种使用上述装置实现的监测方法。本发明可实现低浓度颗粒物连续在线监测。

技术领域

本发明属于环境监测仪器与在线监测仪器领域，主要涉及一种低浓度颗粒物在线监测装置及方法。该装置可检测相干光源经过含有颗粒物的气体后产生前向散射光的干涉信号，并根据前向散射光分布，相干信号功率谱以及不同位置相干信号互相关函数计算得到颗粒物粒径，浓度以及流速等参数。该装置与方法可实现低浓度颗粒物连续在线监测，不需过滤及吹扫装置，具有较好的应用前景。

背景技术

大气中细颗粒物是我国城市空气污染主要成分，特别是粒径范围在2.5-10um之间的细颗粒物在大气中的停留时间长、传播距离远，对于人民健康及国民经济危害较大。京津地区持续的大面积连续的雾霾天气，也引发了各方对于细颗粒物监测以及治理方法的关注。工业污染源排放的颗粒物是大气灰霾的主要来源之一，工业生产中粉尘监测与治理也日益受到关注。

颗粒物在线监测是控制工业污染源排放并进行治理的依据，对作业场所的粉尘浓度及时有效地检测，能更好地掌握粉尘浓度状况，为有效地除尘和降尘提供重要的依据。目前常用的粉尘测量方法主要由电容法、压电晶体感应法、β射线法、振荡天平法等，这些方法往往需要进行采样预处理，包括过滤及吹扫装置，很难实现在线连续测量。

光散射法是一种可同时实现颗粒物浓度及粒径分布测量，并且具有实时，在线连续的优点。其原理是利用了介质中细颗粒物对光的散射，光源发出的光被微粒散射，射向各个方向，散射光强的大小与微粒大小及光波长密切相关，此时进行光度测量，就可以得到颗粒物浓度测量。采用光学原理，响应速度快，方便快捷，可实现现场便携监测、连续在线监测，满足颗粒物无组织控制的需要，从而提高环境管理的效率和有效性。

目前在颗粒物浓度在线监测中，常采用后向散射原理，光源发出的激光信号，照射到含有颗粒物的气体后，产生后向散射光，根据散射理论可知，后向散射信号的强度与烟尘浓度成正变化。但是由于颗粒物后向散射相对较弱，采用此原理仪器，受到后向散射信号强度限制，灵敏度低，对于一些低浓度烟尘的排放无法检测，其次，颗粒物流速不均匀等因素也会对测量造成一定影响。此外，目前大多数方法往往只能测量到的后向散射强度计算颗粒物浓度，无法准确获取颗粒物粒径，流速等参数的在线检测，因此无法实现颗粒物排放的全面监测。

发明内容

本发明针对工业生产及其他场合中颗粒物浓度在线监测需要，特别是低浓度与排放不连续的粉尘在线监测需要，提供一种基于激光前向散射信号的颗粒物粒径分布，浓度，及流速测量装置与方法，可通过测量颗粒物前向散射不同角度光强计算颗粒物粒径分布，通过测量前向前向散射信号动态相干计算颗粒物排放浓度，计算不同位置前向散射动态相干信号互相关分析计算流速，从而实现颗粒物多参数在线连续监测，为颗粒物排放监管与治理提供依据。

技术方案如下：

一种用于颗粒物在线监测装置，包括光源，包括多个光电探测器的光电检测阵列、信号调理电路和计算机，其特征在于，采用相干激光器作为光源，入射到含有粉尘的烟气或者排放气体中；所述的相关激光器为窄线宽激光器，利用激光器电流驱动及温控电路实现激光器输出功率计波长稳定，激光器出射光经过扩束及面入射整形后，在入射面上均匀分布，实现较大的检测面积；