[实用新型]颗粒物散射光收集装置以及激光测径系统和质谱仪

说明书

本实用新型涉及一种颗粒物散射光收集装置以及激光测径系统和质谱仪，该颗粒物散射光收集装置包括前端收集组件、光纤组件以及光电探测组件；前端收集组件用于收集并汇聚散射光；光纤组件用于传导前端收集组件汇聚的散射光；光电探测组件与光纤组件对应，光电探测组件用于接收光纤组件传导的光束，并将光束的光信号转化成电脉冲信号。该颗粒物散射光收集装置可以提高颗粒物测量的准确性和效率。本实用新型还涉及一种激光测径系统和质谱仪，该激光测径系统的几何尺寸能够有效地缩小，各装置之间的结构也更加紧凑，减少了激光测径系统的安装空间，使质谱仪内部的结构更合理，同时散射光收集装置在质谱仪中的安装和升级也更为方便。

技术领域

本实用新型涉及检测技术领域，特别涉及颗粒物散射光收集装置以及激光测径系统和质谱仪。

背景技术

众所周知，大气气溶胶对环境以及人体健康有着巨大的影响，因此人们对其研究也越来越重视和深入。由于大气气溶胶的来源、演变较为复杂，深入研究其来源、理化性质以及演变的机理变的困难。单颗粒气溶胶质谱仪作为一种新型的气溶胶分析仪器，能够从单个颗粒层面上测量颗粒尺寸大小和化学组成，对于研究大气气溶胶中颗粒物的种类、混合状态、来源以及演变过程具有重要的作用。

单颗粒气溶胶质谱仪由进样系统、真空系统、激光测径系统、电离系统、质量分析器、电控系统以及软件分析系统等组成。仪器正常工作时，待测样品首先经过进样系统，将样品中的气溶胶颗粒物汇聚成穿过空气动力学透镜中心的颗粒束，并且不同粒径大小的颗粒具有不同的速度，随着粒径的增大其速度越小。汇聚好的颗粒经过多级真空系统后，被激光测径系统检测，并通过计算得到颗粒物的粒径以及速度等信息，同时记录下颗粒物经过测径系统时产生脉冲触发信号的时刻T1。根据以上信息，计算得到电离激光器的触发出光的时刻T2，使离子飞到电离激光电离位置的同时电离系统运行，将颗粒物电离，电离后的带电粒子在质量分析器内被分析，得到颗粒的组成成分信息。

由仪器的工作原理可知，激光测径系统是单颗粒气溶胶质谱仪的重要组成部分。激光测径系统根据粒子飞过两束间隔一定距离的激光束的时间间隔，计算得到颗粒物的飞行速度、粒子空气动力学直径等信息，并为单颗粒气溶胶质谱仪的电离系统提供触发时序信号，而对颗粒物的判断检测主要原理是将通过颗粒物飞过激光光束后产生的散射光信号转化成脉冲电信号，再根据脉冲信号的强度大小来对颗粒物进行判断。因此，颗粒物散射光的收集装置对激光测径系统具有很重要的影响。而散射光收集采用的主要收集方式为椭球镜收集方式、平面透镜或者平面透镜组合的收集方式以及光线组收集方式。

椭球镜收集散射光主要是利用椭球镜的特性进行收集：光线经过椭球镜的一个焦点后，经壁面反射经过椭球镜的另外一个焦点。利用该特性，将椭球镜的一个焦点设计在颗粒物的飞行轨迹与测径激光束的焦点上，另外一个焦点设计在光电倍增管(PMT)的接收面上，颗粒物飞过椭球镜的一个焦点并同时穿过激光光束产生散射光，散射光经过椭球镜壁面的反射最终被PMT接收到，然后PMT将接收到的散射光信号转变成电信号，完成颗粒物散射光的收集和检测。

平面透镜或平面透镜组合的方式收集散射光是利用凸透镜的对光线的聚焦原理：在凸透镜的一个焦点上发出的发散光，经过凸透镜后会变成一组平行光线，这一组平行光线经过凸透镜后会在透镜的主光轴上聚焦成一点。根据光线穿过平面透镜后变成平行光或汇聚光的特性，合理布置透镜的位置，将透镜一侧的焦点设计在颗粒物的飞行轨迹与测径激光束的交点上，另一侧的焦点设计在光电倍增管(PMT)的接收面上。颗粒物飞过透镜一侧的焦点并同时穿过激光光束产生散射光，散射光经过透镜聚焦或透镜组准直聚焦后，被PMT接收到，然后PMT将接收到的散射光信号转变成电信号，完成颗粒物散射光的收集以及检测。

光纤组收集散射光的方式是利用在光纤的数值孔径内的光线能够入射进入到光纤内部，光线在光纤内部经过反射由一端的端面传输到另一端。PMT安装在光纤的另一个端面接收光纤传过来的散射光，并将接收到的散射光信号转变成电信号，完成颗粒物散射光的收集以及检测。

但是，传统的散射光收集装置普遍会导致测径准确性和效率偏低的问题。