[实用新型]一种高精度颗粒物质量浓度检测装置

说明书

本实用新型提出一种高精度颗粒物质量浓度检测装置，包括激光发射单元、激光检测单元，激光发射单元包括一片学透镜，光学透镜一面为光轴对称的非球面作为入射面用于准直，另一面为圆柱面作为出射面用于会聚，可将激光光束整形为线形光束；一方面克服了以往采用聚焦透镜，激光光束被聚焦为点光束，能量分布不均匀导致测量不准确的的技术缺陷，消除了不同粒径颗粒物之间的测量干扰，实现不同粒径颗粒物的同时测量；另一方面克服了以往采用两片光学透镜，透镜间存在一定的距离导致光路调试复杂的技术缺陷，简化了结构、降低了光路调试难度及节约了制造成本；无需昂贵的气泵，适于大批量推广应用。

技术领域

本实用新型属于空气品质检测技术领域，尤其涉及一种高精度颗粒物质量浓度检测装置。

背景技术

近年来雾霾频发，大气环境中的颗粒物受到了国内外的密切关注，一段时间以来，可吸入颗粒物PM₁₀、细颗粒物PM_2.5是大气环境中重要监测指标，由于悬浮在空气中的颗粒物往往吸附着一些对人们身体健康产生重要影响的物质，如细菌、病毒、有害化学物质等，这些物质体积小，自然沉降速度慢，通过呼吸直接被吸入并沉积于肺泡中的几率很大，对人体健康的影响不容忽视。

对空气中颗粒物的检测方法有β射线吸收法、微量振荡天平法、激光散射法。β射线吸收法主要是通过测量射线经过附有颗粒物的滤纸的损耗来计算颗粒物的质量浓度；微量振荡天平法是通过测量振荡频率的变化计算出沉积在滤膜上颗粒物质量的一种方法；现有技术多采用激光散射法进行颗粒物浓度检测，光散射法主要是利用颗粒物对光的散射实现对颗粒物粒径测量，是一种非接触式、实时在线测量方法，适合在民用领域推广普及。

例如文献CN108344673A，激光管发射的激光在焦点处会聚形成点光束，被测颗粒物经过点光束发生散射，散射光经探测器输出电信号计算颗粒物个数，然后按一定的关系计算出颗粒物质量浓度，为了保证计数效率，对激光光束要求均匀及对进气孔要求更小，需配置昂贵的气泵承受更高的真空度，不适于在民用领域大批量推广应用。

随着人民生活水平的不断提高，对周围空气质量关注越来越密切，空净、新风系统对颗粒物传感器的需求日益旺盛，甚至车厂及可穿戴等领域也逐步成为新的需求点，今后需要配置低成本、小型化的传感器以适于大批量生产，现有技术提出了适于在民用领域大批量推广应用的颗粒物传感器，抽气装置采用风扇(轴流/离心)代替气泵。例如文献CN105021501B，采用轴流式风机，颗粒物传感器尺寸较小，激光发射单元包含一个凸透镜对激光光束会聚，会聚后的光束为点光束，呈常见的高斯强度分布模式，激光光束分布不均匀，导致同一粒径的颗粒物穿过光束的中心线和中心边缘时输出的检测信号不一致，容易造成传感器对颗粒物粒径误判，不同粒径之间会相互交叉干扰，不能实现多通道颗粒物同时测量(不能同时输出 PM_1.0、PM_2.5及PM₁₀)，仅能输出PM_1.0或PM_2.5或PM₁₀一个参数。

目前国际上的汽车制造厂都要求同时测量PM_1.0、PM_2.5、PM₁₀，韩国空气净化协会的标准也要求室内使用的净化器、空调同时显示PM_1.0、PM_2.5、PM₁₀。例如文献CN103257095B，采用两级切割器实现对PM_2.5、PM₁₀同时测量，但采用切割器仪器结构复杂、体积大，价格昂贵，不能实时在线测量，不利于小型化及在民用领域普及应用；例如文献CN206223607U，通过在颗粒物浓度检测装置上设置两个以上的光敏检测元件，能够对空气中不同粒径的颗粒物实现分级检测，缺陷是由于采用多个单通道检测单元，光路、电路系统复杂，成本高，对MCU端口数量及速度要求较高，耗电量大，尤其是PCB电路板面积较大，针对便携式颗粒物检测更为不利。