[实用新型]一种用于同时检测黑碳、有机碳、气体的装置

说明书

本实用新型公开了一种用于同时检测黑碳、有机碳、气体的装置。本实用新型基于光声效应，装置使用了多组不同波长的激光器，激光器通过光声池，产生光声信号，多组激光器可分别测量黑碳、有机碳和某种气体。四种激光器的光强被调制在不同的频率，锁相放大器根据不用的调制频率解调出相应波长的光声信号，反演出颗粒物在不同波长的吸收系数。根据黑碳和有机碳不同的光学吸收特性，实现了黑碳、有机碳的区分测量。本实用新型提供了一种直接在线检测多种自然悬浮状态颗粒物的新技术手段，相较于传统黑碳仪，无需使用过滤器对颗粒物进行收集，减少了对光强信号的影响，提高了测量准确度。

技术领域

本实用新型属于光学光谱领域，尤其涉及一种基于光声光谱技术的黑碳、有机碳、气体同时检测装置。

背景技术

汽车尾气等排放出物中包含有黑碳，有机碳及某些有害气体。大气颗粒物中的黑碳和有机碳在气候变化与环境污染起着重要的作用。大气颗粒物通过散射和吸收太阳辐射能量，对地气系统产生直接影响。大气颗粒物通过呼吸道传送到人体肺膜并渗透到呼吸系统的敏感，引发严重的呼吸系统哮喘及心血管等疾病，影响公共健康安全。黑碳的温室效应为二氧化碳的三分之一，对气候变暖的影响已超过甲烷。黑碳能够强烈吸附环境中的有机污染物和重金属，是有毒化学物质的运输载体，通过呼吸作用进入人体，严重影响着人们的健康安全。研究表明在特定紫外-可见光波段的气溶胶辐射吸收50%来源于有机碳，而有机碳吸收短波辐射的能力及对大气辐射平衡的影响仍需进一步研究。在大气中，有机碳因为温度、湿度等环境的改变，会持续的被氧化、凝结成核，形成光化学烟雾，影响人们的健康安全。

目前大气颗粒物浓度监测主要方法包括射线衰减法和光散射法，然而这两种方法均不能有效区分大气颗粒物中的黑碳和有机碳成分。传统测量黑碳和有机碳的技术为基于过滤器技术的黑碳仪，黑碳仪利用过滤器收集颗粒物，通过测量过滤器的透射光强衰减来推算颗粒物浓度。由于过滤器的多次散射和阴影影响了入射光与粒子的相互作用，降低了仪器测量结果的准确性，并且该技术在测量过程中富集多种气溶胶，引起气溶胶粒子的形态变化，改变了气溶胶的光学特性，导致过滤器技术的测量准确性为20%-30%。

基于光声效应的光声光谱技术是一种直接检测颗粒物吸收特性的方法，无背景吸收，广泛应用于颗粒物的吸收特性测量。由于光声光谱技术克服了过滤器技术中的过滤器影响，其检测准确性提高至5%-10%。据此，本实用新型提出了一种基于光声光谱技术的黑碳、有机碳同时检测装置，并能同时测量环境中污染物二氧化氮浓度变化。

实用新型内容

本实用新型目的

本实用新型主要提出了一种基于光声光谱的黑碳、有机碳、某种气体（以下以二氧化氮为例）同时检测装置，提供了一种直接在线检测多种自然悬浮状态的颗粒物，无需使用过滤器对颗粒物进行收集的新技术手段。

本实用新型所采用的技术方案

为解决现有技术中的过滤器对颗粒物测量的影响，本实用新型提出了一种基于光声光谱的黑碳、有机碳、二氧化氮同时检测装置，检测准确性提高至5%-10%。

本实用新型公开了一种基于光声光谱的黑碳、有机碳、二氧化氮同时检测装置，该装置包括激光器、信号发生器、反射镜、带通光学滤波片、光声池、前置放大器、锁相放大器、数据采集卡、光功率计、进气口切换模块和样品泵。所述第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器发出的光经过所述反射镜和所述多个光学带通滤波片后耦合在一起，入射至所述光声池，然后被所述光功率计探测；所述第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器发出的光以所述信号发生器产生的信号频率进行强度调制，所述信号发生器产生的信号与所述锁相放大器相连，所述光声池内有麦克风作为探测器，所述麦克风与所述前置放大器相连，所述前置放大器的输出端与所述锁相放大器相连，所述锁相放大器输出信号端用所述数据采集卡采集，并送至所述电脑存储；所述进气口切换模块切换所述进气口一和所述进气口二，使颗粒物(黑碳和有机碳)和二氧化氮分开进入所述光声池，进气速率由所述样品泵。