大氣顆粒物的粒徑與形狀測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種測量裝置，尤其是一種大氣顆粒物的粒徑與形狀測量裝置。
【背景技術】
[0002] 大氣氣溶膠不僅對環(huán)境空氣有污染作用，還對局地環(huán)境、區(qū)域環(huán)境甚至全球環(huán)境 具有重要影響，是地球大氣環(huán)境重要的研究對象之一。氣溶膠形態(tài)包括尺寸與形狀，不僅是 其重要的物理性質，也決定了其各種行為，包括生成與消失、遷移和沉降等，在多相反應、健 康效應、光福射效應、氣候效應、清除機制等方面都有關鍵性作用，具有很高的研究價值。為 此，人們?yōu)榱颂綔y氣溶膠做出了不懈的努力，如中國發(fā)明專利CN101173886B于2010年5 月12日公告的一種氣溶膠粒子雙通道激光探測儀及其探測方法。該發(fā)明專利中記載的氣 溶膠粒子雙通道激光探測儀由粒子進樣部件、光學采樣部件和控制處理部件組成；測量時， 在控制處理部件的總體控制下，粒子進樣部件將大氣中的氣溶膠粒子W單個順序排隊的方 式引進測量區(qū)后，先由光學采樣部件探測氣溶膠粒子的空氣動力學尺寸和粒譜分布信息， W及氣溶膠粒子的生物活性物質NADH和核黃素的信息，再由控制處理部件獲得氣溶膠粒 子的粒徑和粒譜分布信息、生物活性物質和核黃素信息。為進一步地提高對氣溶膠粒子的 測量質量，人們對氣溶膠探測儀中的粒子進樣部件也進行了改進，如中國實用新型專利說 明書CN201222031Y于2009年4月15日公告的一種大氣壓氣溶膠透鏡進樣裝置。該進 樣裝置通過于一端為錐形進樣噴口的氣溶膠進氣管的內(nèi)腔中設置一片W上的、其孔徑自上 而下遞減的中屯、為圓通孔的薄片，使載有不同粒徑的氣溶膠粒子束流被多次逐級聚焦，最 終獲得了準直度長達15~20mm的粒子束流，大大地提高了粒子束的傳輸效率和準直效果。 然而，上述兩項專利的結合雖也能大大地提高測量氣溶膠粒子的精確度，卻仍存在著欠缺 之處一一僅能測得氣溶膠粒子的粒徑，而不能對氣溶膠粒子的形狀進行有效的測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術問題為克服上述各種技術方案的局限性，提供一種結構合 理、實用，能對大氣顆粒物的粒徑和形狀進行實時探測的大氣顆粒物的粒徑與形狀測量裝 置。
[0004] 為解決本發(fā)明的技術問題，所采用的技術方案為：大氣顆粒物的粒徑與形狀測量 裝置由氣溶膠束流進出樣部件、光學采樣部件和控制處理部件組成，其中的光學采樣部件 含有氣溶膠粒徑光學采樣器，特別是，
[0005] 所述光學采樣部件還設置有其采樣光路位于氣溶膠粒徑光學采樣器采樣光路下 方的氣溶膠形狀光學采樣器；
[0006] 所述氣溶膠形狀光學采樣器為紫色激光器及其光路上依次置有的紫色激光準直 聚焦透鏡、氣溶膠測量作用區(qū)、紫色激光消光器、散射光選通光闊、散射光禪合透鏡組、空間 濾波光闊、散射光分束聚焦透鏡組和光電探測陣面，其中，紫色激光準直聚焦透鏡的輸出光 束焦點位于氣溶膠測量作用區(qū)中，光電探測陣面的輸出端與控制處理部件電連接。
[0007] 作為大氣顆粒物的粒徑與形狀測量裝置的進一步改進：
[0008] 優(yōu)選地，紫色激光器為輸出波長405nm的半導體激光器。
[0009] 優(yōu)選地，氣溶膠測量作用區(qū)和紫色激光消光器的間距為60~80mm ;保證了接收極 角為5~15°，利于對形狀為球形、非球形氣溶膠粒子的連續(xù)、快速的測量。
[0010] 優(yōu)選地，散射光選通光闊為其上置有等方位角設置Ξ只通光孔的光闊。
[0011] 優(yōu)選地，散射光分束聚焦透鏡組由同一平面上等方位角設置的第一分束透鏡、第 二分束透鏡和第Ξ分束透鏡組成。
[0012] 優(yōu)選地，光電探測陣面由分別位于第一分束透鏡、第二分束透鏡和第Ξ分束透鏡 焦點處的第一光電倍增管、第二光電倍增管和第Ξ光電倍增管組成。
[0013] 優(yōu)選地，氣溶膠束流進出樣部件的組成為，一端為錐形進樣外噴口的外管中同軸 嵌套有其一端為錐形進樣內(nèi)噴口的氣溶膠透鏡管，抽氣口位于錐形進樣外噴口的下方，其 中，氣溶膠透鏡管的內(nèi)腔中置有一片W上的、其孔徑自上而下遞減的中屯、為圓通孔的薄片； 既利于獲得較長準直度的氣溶膠粒子束流，還使氣溶膠粒子束流處于外管流出的凈化氣流 的保護之中。
[0014] 優(yōu)選地，氣溶膠粒徑光學采樣器的組成為，紅色激光器及其光路上依次置有紅色 激光準直透鏡組、雙折射晶體、氣溶膠測量作用區(qū)和紅色激光消光器，W及楠球面反射鏡和 雪崩二極管，其中，雙折射晶體輸出的兩束分開方向與氣溶膠粒子運動方向相平行的兩束 平行光的光斑均位于氣溶膠測量作用區(qū)中，楠球面反射鏡位于其中垂線與雙折射晶體輸出 光軸呈30~60°角的延長線上，且其一個焦點位于氣溶膠測量作用區(qū)中、另一個焦點位于 雪崩二極管上。
[0015] 優(yōu)選地，紅色激光器為輸出波長650nm的半導體激光器。
[0016] 優(yōu)選地，氣溶膠測量作用區(qū)中的紫色激光準直聚焦透鏡的輸出光束焦點位于雙折 射晶體輸出的兩束平行光中下束光斑的下方0. 5~1mm處；不僅利于分別對大氣顆粒物的 粒徑和形狀進行獨立的測量，也為粒徑和形狀的有序測量奠定了基礎。 陽017]相對于現(xiàn)有技術的有益效果是：
[0018] 采用運樣的結構后，本發(fā)明對氣溶膠粒子的形態(tài)一一尺寸與形狀均能同時實時測 定，為獲取粒子的特征、劃分粒子的類別奠定了良好的基礎，從而使其在環(huán)境大氣污染探 巧。、工作場所的氣溶膠監(jiān)測W及人為致病氣溶膠釋放探測方面，有著廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的一種基本結構示意圖。
[0020] 圖2是本發(fā)明中氣溶膠形狀光學采樣器接收部分的一種基本結構示意圖。
[0021] 圖3是本發(fā)明探測氣溶膠單個粒子后獲取的四路光散射信號圖。圖中的曲線 40-1、曲線40-2和曲線40-3分別為氣溶膠形狀光學采樣器中的第一光電倍增管、第二光電 倍增管和第Ξ光電倍增管的輸出，曲線30為氣溶膠粒徑光學采樣器中的雪崩二極管的輸 出。
[0022] 圖4是本發(fā)明實測油酸氣溶膠粒子的粒徑分布信息圖。
[0023] 圖5是本發(fā)明實測氣溶膠粒子的結果圖。其中，圖5a為實測球形油酸粒子的散射 強度Ξ角圖，圖化為實測長柱形核黃素粒子的散射強度Ξ角圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選方式作進一步詳細的描述。
[0025] 參見圖1和圖2,大氣顆粒物的粒徑與形狀測量裝置的構成如下：
[00%] 大氣顆粒物的粒徑與形狀測量裝置由氣溶膠束流進出樣部件、光學采樣部件和控 制處理部件組成，其中的光學采樣部件由氣溶膠粒徑光學采樣器和氣溶膠形狀光學采樣器 組成。其中，
[0027] 氣溶膠束流進出樣部件的組成為，一端為錐形進樣外噴口16的外管21中同軸嵌 套有其一端為錐形進樣內(nèi)噴口17的氣溶膠透鏡管20,抽氣口22位于錐形進樣外噴口16的 下方。其中，氣溶膠透鏡管20的內(nèi)腔中置有一片W上的、其孔徑自上而下遞減的中屯、為圓 通孔的薄片。
[0028] 氣溶膠粒徑光學采樣器的組成為，紅色激光器10及其光路上依次置有紅色激光 準直透鏡組11、雙折射晶體12、氣溶膠測量作用區(qū)3和紅色激光消光器14,W及楠球面反射 鏡13和雪崩二極管15。其中，紅色激光器10為輸出波長650皿的半導體激光器；雙折射 晶體12輸出的兩束分開方向與氣溶膠粒子運動方向相平行的兩束平行光的光斑均位于氣 溶膠測量作用區(qū)3中，即于氣溶膠測量作用區(qū)3中形成兩束與氣溶膠粒子運動方向相互垂 直的、間距0. 1mm的ImmXO. 1mm的楠圓光斑；楠球面反射鏡13位于其中垂線與雙折射晶體 12輸出光軸呈45°角的延長線上，且其一個焦點位于氣溶膠測量作用區(qū)3中、另一個焦點 位于雪崩二極管15上。
[0029] 氣溶膠形狀光學采樣器為紫色激光器1及其光路上依次置有的紫色激光準直聚 焦透鏡2、氣溶膠測量作用區(qū)3、紫色激光消光器4、散射光選通光闊5、散射光禪合透鏡組6、 空間濾波光闊7、散射光分束聚焦透鏡組8和光電探測陣面9。其中，紫色激光器1為輸出 波長405nm的半導體激光器；紫色激光準直聚焦透鏡2的輸出光束焦點位于氣溶膠測量作 用區(qū)3中，其光斑大小為1. 0X0. 2mm;氣溶膠測量作用區(qū)3和紫色激光消光器4的間距為 70mm;散射光選通光闊5為其上置有等方位角設置Ξ只通光孔的光闊；散射光分束聚焦透 鏡組8由同一平面上等方位角設置的第一分束透鏡8-1、第二分束透鏡8-2和第Ξ分束透鏡 8-3組成；光電探測陣面9由分別