本發(fā)明涉及一種顆粒污染物濃度的測(cè)量裝置及測(cè)量方法，屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，空氣污染成為不可回避的重要問(wèn)題。對(duì)顆粒污染物濃度的準(zhǔn)確測(cè)量，對(duì)檢測(cè)空氣品質(zhì)，保護(hù)人們身體健康方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，并具有廣闊的商業(yè)價(jià)值。光學(xué)測(cè)量具有檢測(cè)快速，自動(dòng)化程度高，可在線測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，因此受到了日益普遍的歡迎。

目前主流的顆粒污染物濃度檢測(cè)裝置主要有角散射顆粒計(jì)數(shù)器，使顆粒一個(gè)接一個(gè)地通過(guò)測(cè)量區(qū)域，空氣中的顆粒在狹窄的孔口被加速來(lái)分成個(gè)體，并被清潔鞘的空氣引導(dǎo)通過(guò)光學(xué)傳感器。散射光強(qiáng)由光電探測(cè)器檢測(cè)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后該電信號(hào)被放大并記錄，通過(guò)信號(hào)分析可以得到粒子的數(shù)目和估測(cè)大小，從而得到顆粒污染物的濃度?，F(xiàn)有的顆粒濃度傳感器接收散射光角度單一，或者是通過(guò)多個(gè)光電探測(cè)器接收散射光，前者測(cè)量信息不完整，易受顆?？臻g分布不均勻的影響，而后者裝置較為復(fù)雜，成本較高，不適合家庭室內(nèi)顆粒濃度的測(cè)量。同時(shí)角散射光強(qiáng)度受光源強(qiáng)度波動(dòng)、采集散射角度小影響較大，常常導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的波動(dòng)性較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種測(cè)量簡(jiǎn)單靈敏度高的顆粒污染物濃度光散射測(cè)量裝置及測(cè)量方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種氣體顆粒濃度的測(cè)量裝置，包括檢測(cè)光源和光電接收裝置，其特征在于：在所述檢測(cè)光源的光路出口設(shè)置有一將所述檢測(cè)光源發(fā)出的入射光分為參考光和檢測(cè)光兩路光線的分光器，所述光電接收裝置包括第一光電接收裝置和第二光電接收裝置，所述第一光電接收裝置接收所述分光器分出的參考光，分光器的檢測(cè)光進(jìn)入測(cè)量區(qū)域，在測(cè)量區(qū)域設(shè)置有一用于將檢測(cè)光在測(cè)量區(qū)域的散射光反射到另一個(gè)光電接收裝置上的凹面反射鏡。

還包括一用于加熱空氣產(chǎn)生熱氣流通過(guò)檢測(cè)區(qū)域的加熱器。

所述分光器為分光棱鏡。

所述光電檢測(cè)裝置為光電探測(cè)器。檢測(cè)光源為激光二極管。

一種測(cè)量氣體顆粒濃度的方法，其特征在于，步驟為：

步驟一、采集經(jīng)過(guò)分光器進(jìn)入的參考光強(qiáng)I₀及檢測(cè)光經(jīng)凹面反射鏡的散射光強(qiáng)I₁'；

步驟二、根據(jù)步驟一采集的參考光強(qiáng)I₀和散射光強(qiáng)I₁'，計(jì)算顆粒體積濃度C_v：

其中，A_L為激光橫截面面積；s為采樣長(zhǎng)度；λ為激光波長(zhǎng)；K₁為標(biāo)定系數(shù)，通過(guò)標(biāo)定確定。

所述系數(shù)K₁的標(biāo)定方法是：通過(guò)粉塵發(fā)生器穩(wěn)定均勻地發(fā)生出標(biāo)準(zhǔn)濃度粉塵，使標(biāo)準(zhǔn)濃度粉塵通過(guò)測(cè)量區(qū)域，由第二光電接收裝置接收的散射光強(qiáng)I₁'，根據(jù)下式計(jì)算得到系數(shù)K₁：

其中，為標(biāo)準(zhǔn)濃度粉塵；

重復(fù)測(cè)量幾組不同標(biāo)準(zhǔn)濃度的粉塵，得到在不同濃度下的系數(shù)K₁，通過(guò)取不同濃度下的標(biāo)定系數(shù)K₁的平均值，最終確定標(biāo)定系數(shù)K₁。

本發(fā)明采用分光鏡和凹面反射鏡，通過(guò)同時(shí)測(cè)量原始光強(qiáng)和大角度的散射光強(qiáng)，通過(guò)計(jì)算兩者比值的方法對(duì)顆粒濃度進(jìn)行測(cè)量，使之在應(yīng)用過(guò)程中不受原始光強(qiáng)波動(dòng)的影響。利用凹面反射鏡連續(xù)的大角度接收散射角的散射光強(qiáng)，解決了現(xiàn)有測(cè)量裝置結(jié)果受原始光強(qiáng)波動(dòng)影響的問(wèn)題，克服了單一角度顆粒信息不完整的缺陷，易受顆?？臻g分布不均勻的影響，提高了測(cè)量的靈敏度。該測(cè)量裝置簡(jiǎn)單，成本較低。本發(fā)明擴(kuò)大了散射光信號(hào)的收集角度，減小了顆?？臻g分布不均勻的影響，提高了測(cè)量的靈敏度，測(cè)量結(jié)果更穩(wěn)定。

附圖說(shuō)明

圖1顆粒濃度光散射法測(cè)量裝置示意圖。

其中：1、激光二極管；2、分光棱鏡；3、第一光電探測(cè)器；4、第二光電探測(cè)器；5、凹面反射鏡；6、檢測(cè)區(qū)域；7、粉塵出口；8、光陷阱；9、加熱電阻。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明：

如圖1所示，本發(fā)明測(cè)量裝置，包括一個(gè)檢測(cè)光源1，一個(gè)分光棱鏡2，一個(gè)加熱電阻9，兩個(gè)光電接收裝置和一個(gè)凹面反射鏡5。分光棱鏡2將檢測(cè)光源發(fā)出的光源分成穿過(guò)粉塵空間的檢測(cè)光和進(jìn)入其中一個(gè)光電接收裝置的對(duì)比光，凹面反射鏡設(shè)置在在粉塵空間的檢測(cè)區(qū)域并用于將檢測(cè)光在測(cè)量區(qū)域的散射光反射到另一個(gè)光電接收裝置上。在本實(shí)施例中，兩個(gè)光電檢測(cè)裝置為第一光電探測(cè)器3和第二光電探測(cè)器4，光源為激光二極管1。

本發(fā)明用于檢測(cè)的入射光通過(guò)固定的激光二極管1發(fā)出，由1:1分光棱鏡2分為垂直方向兩道光線，一條光線由第一光電探測(cè)器3接收，即原始光強(qiáng)，記為I₀。另一條光線進(jìn)入測(cè)量區(qū)域，部分光線被顆粒散射，由凹面反射鏡5收集聚焦于第二光電探測(cè)器4，記由凹面鏡收集的散射光強(qiáng)為I₁'。熱電阻的作用在于加熱空氣，形成熱氣流引導(dǎo)室內(nèi)含顆粒物氣流經(jīng)過(guò)測(cè)量區(qū)域。

顆粒濃度計(jì)算方法如下：

由于在光源處使用了1:1的分光棱鏡，因此由第一光電探測(cè)器3接收的光強(qiáng)I₀認(rèn)為是探測(cè)區(qū)域的原始光強(qiáng)。探測(cè)光經(jīng)過(guò)測(cè)量區(qū)域，與顆粒發(fā)生散射，由凹面反射鏡收集到的散射光強(qiáng)為：

其中，θ₁為接收散射角的下限，θ₂為接收散射角的上限。

其中，A_L為激光橫截面面積，C_v為顆粒體積濃度，s為采樣長(zhǎng)度，I₀為原始光強(qiáng)，I(θ)為θ角處的散射光強(qiáng)，K＝2π/λ，λ為激光波長(zhǎng)。

則散射光強(qiáng)與顆粒濃度之間的關(guān)系為：

本裝置收集散射角在1°至171°之間的散射光，光強(qiáng)記為I₁'，則：

其中，標(biāo)定系數(shù)K₁通過(guò)標(biāo)定得出。標(biāo)定過(guò)程如下：通過(guò)粉塵發(fā)生器穩(wěn)定均勻地發(fā)生出標(biāo)準(zhǔn)濃度粉塵，使其通過(guò)測(cè)量區(qū)域，由第二光電探測(cè)器4接收散射光強(qiáng)，根據(jù)式(4)推導(dǎo)得到系數(shù)K₁。重復(fù)測(cè)量幾組不同標(biāo)準(zhǔn)濃度的粉塵，得到在不同濃度下的標(biāo)定系數(shù)K₁，通過(guò)取不同濃度下的標(biāo)定系數(shù)K₁的平均值，最終確定標(biāo)定系數(shù)K₁。

綜上，顆粒體積濃度C_v表示為：

其中，I₀為第一光電探測(cè)器3接收的光強(qiáng)，I₁'為第二光電探測(cè)器4接收的光強(qiáng)，A_L為激光橫截面面積，s為采樣長(zhǎng)度，λ為激光波長(zhǎng)，K₁由標(biāo)定求出。