一種低成本高精度霧霾測(cè)量?jī)x的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低成本高精度霧霾測(cè)量?jī)x，與現(xiàn)有技術(shù)相比解決了設(shè)備成本高、測(cè)量精度差的缺陷。本發(fā)明包括過濾氣體腔和待測(cè)氣體腔，光纖A的輸出端朝向透光片A中部，光纖B輸出端朝向透光片C中部，散射光探測(cè)窗口A上接有過濾腔散射光探測(cè)器，透射光探測(cè)窗口A上接有過濾腔透射光探測(cè)器，散射光探測(cè)窗口B上接有待測(cè)腔散射光探測(cè)器，透射光探測(cè)窗口B上接有待測(cè)腔透射光探測(cè)器。本發(fā)明通過使用光強(qiáng)度衰減法和光散射兩種方案對(duì)比來測(cè)量大氣污染濃度，提高了測(cè)量精度。
【專利說明】一種低成本高精度霧霾測(cè)量?jī)x
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及霧霾測(cè)量領(lǐng)域，具體來說是一種低成本高精度霧霾測(cè)量?jī)x。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]按照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的定義，“大氣污染通常是指由于人類活動(dòng)或自然過程引起某些物質(zhì)進(jìn)入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達(dá)到足夠的時(shí)間，并因此危害了人體的舒適、健康和福利或環(huán)境污染的現(xiàn)象”?，F(xiàn)今國內(nèi)隨著工業(yè)化的發(fā)展，造成了環(huán)境的惡化，使得大氣污染現(xiàn)象日益加重，已嚴(yán)重的影響了國人的身體健康。而現(xiàn)今的污染檢測(cè)一般在固定的監(jiān)測(cè)站進(jìn)行，不能隨時(shí)隨地的在各不同位置進(jìn)行污染監(jiān)測(cè)，使得國人不能即時(shí)了解附近大氣污染狀況，實(shí)施合適的應(yīng)對(duì)措施。而針對(duì)便攜式的大氣污染檢測(cè)設(shè)備，目前具有代表性的污染監(jiān)測(cè)儀器是利用激光的吸收衰減或者是光的散射進(jìn)行檢測(cè)的。
[0005]1、光吸收衰減的具體實(shí)施原理是一束光透過氣體到達(dá)光檢測(cè)器。由于污染氣體中含有污染顆粒，它會(huì)吸收或散射光導(dǎo)致光強(qiáng)度的滾減，因此光檢測(cè)器所測(cè)得光強(qiáng)度與氣體中的污染及其它對(duì)光有吸收作用的成分有關(guān)。在光檢測(cè)器上，光信號(hào)被轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，然后電信號(hào)被處理成對(duì)應(yīng)污染濃度的電壓信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，通過解調(diào)得到對(duì)應(yīng)污染濃度值。用這種方式測(cè)定煙塵顆粒物濃度有一定的限制，當(dāng)煙塵顆粒物的濃度太高或太低時(shí)，測(cè)量的靈敏度不高，會(huì)存在測(cè)量誤差，并且設(shè)備成本高。
[0006]2、利用光散射進(jìn)行檢測(cè)的實(shí)施原理為將一束光射入待測(cè)氣體樣本中，光束與污染顆粒物相互作用產(chǎn)生散射，散射光的強(qiáng)弱與總散射截面成正比，當(dāng)污染顆粒物濃度升高時(shí)，污染顆粒物的總散射截面增大，散射光強(qiáng)度增加，通過測(cè)量散射光的強(qiáng)弱即可得到污染顆粒物的濃度。但使用散射進(jìn)行測(cè)量時(shí)結(jié)果會(huì)受到大氣中的非污染成份(水霧等)的影響，造成測(cè)試結(jié)果的誤差,并且同樣設(shè)備成本高。
[0007]如何開發(fā)出一種低成本、高準(zhǔn)確度的大氣污染檢測(cè)設(shè)備已經(jīng)成為急需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)備成本高、測(cè)量精度差的缺陷，提供一種低成本高精度霧霾測(cè)量?jī)x來解決上述問題。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種低成本高精度霧霾測(cè)量?jī)x，包括半導(dǎo)體激光器和與半導(dǎo)體激光器相連的光纖耦合器，光纖耦合器分別接出光纖A和光纖B，還包括過濾氣體腔和待測(cè)氣體腔，過濾氣體腔上部設(shè)有與其相通的散射光探測(cè)窗口 A，過濾氣體腔下部設(shè)有與其相通的進(jìn)氣管A和排氣管A，過濾氣體腔的前部和后部分別由透光片A和透光片B封口，透光片B上設(shè)有與其相通的透射光探測(cè)窗口 A ；
待測(cè)氣體腔上部設(shè)有與其相通的散射光探測(cè)窗口 B，待測(cè)氣體腔下部設(shè)有與其相通的進(jìn)氣管B和排氣管B，待測(cè)氣體腔的前部和后部分別由透光片C和透光片D封口，透光片D上設(shè)有與其相通的透射光探測(cè)窗口 B ；
光纖A的輸出端朝向透光片A中部,光纖B輸出端朝向透光片C中部,散射光探測(cè)窗口A上接有過濾腔散射光探測(cè)器，透射光探測(cè)窗口 A上接有過濾腔透射光探測(cè)器，散射光探測(cè)窗口 B上接有待測(cè)腔散射光探測(cè)器，透射光探測(cè)窗口 B上接有待測(cè)腔透射光探測(cè)器。
[0010]所述的過濾氣體腔內(nèi)的透光片A上鍍有增反膜A，過濾氣體腔內(nèi)的透光片B上鍍有增反膜B，待測(cè)氣體腔內(nèi)的透光片C上鍍有增反膜C，待測(cè)氣體腔內(nèi)的透光片D上鍍有增反膜D。
[0011]所述的透光片A、透光片B、透光片C和透光片D均為玻璃。
[0012]所述的進(jìn)氣管A入口處設(shè)有微型風(fēng)扇A，進(jìn)氣管B入口處設(shè)有微型風(fēng)扇B。
[0013]所述的進(jìn)氣管A上設(shè)有插槽A，插槽A上插有過濾插片A。
[0014]所述的過濾腔散射光探測(cè)器、過濾腔透射光探測(cè)器、待測(cè)腔散射光探測(cè)器和待測(cè)腔透射光探測(cè)器均接入運(yùn)算器，運(yùn)算器與顯示單元相連。
[0015]所述的過濾腔散射光探測(cè)器、過濾腔透射光探測(cè)器、待測(cè)腔散射光探測(cè)器和待測(cè)腔透射光探測(cè)器均接入通用串行總線控制端口。
[0016]所述的進(jìn)氣管B上設(shè)有插槽B，插槽B上插有過濾插片B，所述的過濾插片B為PMlO濾紙。
[0017]所述的進(jìn)氣管B上設(shè)有插槽B，插槽B上插有過濾插片B，所述的過濾插片B為PM2.5濾紙或ΡΜ0.5濾紙。
[0018]光纖A的輸出端斜射入透光片A,光纖B的輸出端斜射入透光片C,所述的過濾氣體腔內(nèi)壁上鍍有增反膜A，所述的待測(cè)氣體腔內(nèi)壁上鍍有增反膜B，透射光探測(cè)窗口 A與透光片B之間的夾角與光纖A的輸出端斜射入透光片A的夾角相同,透射光探測(cè)窗口 B與透光片D的夾角與光纖B的輸出端斜射入透光片C的夾角相同。
[0019]有益效果
本發(fā)明的一種低成本高精度霧霾測(cè)量?jī)x，與現(xiàn)有技術(shù)相比通過使用光強(qiáng)度衰減法和光散射兩種方案對(duì)比來測(cè)量大氣污染濃度，提高了測(cè)量精度。通過過濾插片的設(shè)計(jì)不僅解決了非污染成份影響測(cè)試結(jié)果的問題，同時(shí)還巧妙地提供了 PMlO和PM2.5的測(cè)量功能。通過鍍有高反射膜的設(shè)計(jì)，構(gòu)成了法布里-哮羅腔結(jié)構(gòu)，增大激光通過氣體腔時(shí)的光程，可以更多的接收到待測(cè)氣體的信息，減少隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。具有設(shè)備成本低、便于攜帶的特點(diǎn)。
[0020]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為本發(fā)明加裝運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)示意圖
圖3為本發(fā)明加裝通用串行總線控制端口的結(jié)構(gòu)示意圖
圖4為本發(fā)明應(yīng)用在PMlO和PM2.5綜合測(cè)試設(shè)備上的結(jié)構(gòu)示意圖
圖5為光纖與透光片偏離90度狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖
其中，1-半導(dǎo)體激光器、2-光纖耦合器、5-過濾腔散射光探測(cè)器、6-過濾腔透射光探測(cè)器、7-待測(cè)腔散射光探測(cè)器、8-待測(cè)腔透射光探測(cè)器、9-運(yùn)算器、10-顯示單元、11-通用串行總線控制端口、12-計(jì)算機(jī)、13-增反膜A、14-增反膜B、15-增反膜C、16-增反膜D、17-PM10測(cè)量組件、18-PM2.5測(cè)量組件、21-光纖A、22-光纖B、30-插槽A、31-過濾氣體腔、32-透光片A、33-透光片B、34-散射光探測(cè)窗口 A、35-進(jìn)氣管A、36-排氣管A、37-透射光探測(cè)窗口 A、38-微型風(fēng)扇A、39-過濾插片A、40-插槽B、41_待測(cè)氣體腔、42-透光片C、43_透光片D、44-散射光探測(cè)窗口 B、45-進(jìn)氣管B、46-排氣管B、47-透射光探測(cè)窗口 B、48-微型風(fēng)扇B、49-過濾插片B。
[0021]
【具體實(shí)施方式】
[0022]為使對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，用以較佳的實(shí)施例及附圖配合詳細(xì)的說明，說明如下:
在利用光吸收衰減方法進(jìn)行光散射測(cè)量時(shí)，光的吸收滿足Beer-Lambert公式，即
【權(quán)利要求】
1.一種低成本高精度霧霾測(cè)量?jī)x，包括半導(dǎo)體激光器(I)和與半導(dǎo)體激光器(I)相連的光纖稱合器(2),光纖稱合器(2)分別接出光纖A (21)和光纖B (22),其特征在于:還包括過濾氣體腔(31)和待測(cè)氣體腔(41)，過濾氣體腔(31)上部設(shè)有與其相通的散射光探測(cè)窗口 A (34)，過濾氣體腔(31)下部設(shè)有與其相通的進(jìn)氣管A (35)和排氣管A (36)，過濾氣體腔(31)的前部和后部分別由透光片A (32)和透光片B (33)封口，透光片B (33)上設(shè)有與其相通的透射光探測(cè)窗口 A (37)； 待測(cè)氣體腔(41)上部設(shè)有與其相通的散射光探測(cè)窗口 B (44)，待測(cè)氣體腔(41)下部設(shè)有與其相通的進(jìn)氣管B (45)和排氣管B (46)，待測(cè)氣體腔(41)的前部和后部分別由透光片C (42)和透光片D (43)封口，透光片D (43)上設(shè)有與其相通的透射光探測(cè)窗口 B (47)； 光纖A (21)的輸出端朝向透光片A (32)中部,光纖B (22)輸出端朝向透光片C (42)中部，散射光探測(cè)窗口 A (34)上接有過濾腔散射光探測(cè)器(5)，透射光探測(cè)窗口 A (37)上接有過濾腔透射光探測(cè)器(6)，散射光探測(cè)窗口 B (44)上接有待測(cè)腔散射光探測(cè)器(7)，透射光探測(cè)窗口 B (47)上接有待測(cè)腔透射光探測(cè)器(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本高精度霧霾測(cè)量?jī)x，其特征在于:所述的過濾氣體腔(31)內(nèi)的透光片A (32)上鍍有增反膜A (13)，過濾氣體腔(31)內(nèi)的透光片B (33)上鍍有增反膜B (14)，待測(cè)氣體腔(41)內(nèi)的透光片C (42)上鍍有增反膜C (15)，待測(cè)氣體腔(41)內(nèi)的透光片D (43)上鍍有增反膜D (16)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本高精度霧霾測(cè)量?jī)x，其特征在于:所述的透光片A(32)、透光片B (33)、透光片C (42)和透光片D (43)均為玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低成本高精度霧霾測(cè)量?jī)x，其特征在于:所述的進(jìn)氣管A(35)入口處設(shè)有微型風(fēng)扇A (38)，進(jìn)氣管B (45)入口處設(shè)有微型風(fēng)扇B (48)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低成本高精度霧霾測(cè)量?jī)x，其特征在于:所述的進(jìn)氣管A(35)上設(shè)有插槽A (30)，插槽A (30)上插有過濾插片A (39)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種低成本高精度霧霾測(cè)量?jī)x，其特征在于:所述的過濾腔散射光探測(cè)器(5)、過濾腔透射光探測(cè)器(6)、待測(cè)腔散射光探測(cè)器(7)和待測(cè)腔透射光探測(cè)器(8)均接入運(yùn)算器(9)，運(yùn)算器(9)與顯示單元(10)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種低成本高精度霧霾測(cè)量?jī)x，其特征在于:所述的過濾腔散射光探測(cè)器(5)、過濾腔透射光探測(cè)器(6)、待測(cè)腔散射光探測(cè)器(7)和待測(cè)腔透射光探測(cè)器(8)均接入通用串行總線控制端口(11)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種低成本高精度霧霾測(cè)量?jī)x，其特征在于:所述的進(jìn)氣管B(45)上設(shè)有插槽B (40)，插槽B (40)上插有過濾插片B (49)，所述的過濾插片B (49)為PMlO濾紙。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種低成本高精度霧霾測(cè)量?jī)x，其特征在于:所述的進(jìn)氣管B(45)上設(shè)有插槽B (40)，插槽B (40)上插有過濾插片B (49)，所述的過濾插片B (49)為PM2.5濾紙或ΡΜ0.5濾紙。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本高精度霧霾測(cè)量?jī)x，其特征在于:光纖A(21)的輸出端斜射入透光片A (32),光纖B (22)的輸出端斜射入透光片C (42),所述的過濾氣體腔(31)內(nèi)壁上鍍有增反膜A (13)，所述的待測(cè)氣體腔(41)內(nèi)壁上鍍有增反膜B (14)，透射光探測(cè)窗口 A (37)與透光片B (33)之間的夾角與光纖A (21)的輸出端斜射入透光片A (32)的夾角相同，透射光探測(cè)窗口 B (47)與透光片D (43)的夾角與光纖B (22)的輸出端斜射入透光片C (42)的夾角 相同。
【文檔編號(hào)】G01N15/06GK103994954SQ201410200334
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】劉 文, 許立新, 王智浩, 姚培軍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院