一种气溶胶浓度检测装置的制作方法

1.本发明涉及气溶胶检测技术领域，尤其涉及一种能够同时测量质量浓度和粒子浓度的气溶胶浓度检测装置。


背景技术：

2.气溶胶是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统，当前在气溶胶浓度测量的两个主要参数分别为质量浓度与粒子浓度。针对质量浓度的主要测量仪器为气溶胶浊度计，而粒子浓度的主要测量仪器为粒子计数器。气溶胶浊度计和粒子计数器的测量浓度范围不同，当前市场气溶胶浊度计的测量大致范围在0.0001-600mg/m3，粒子计数器浓度测量大致范围在0-350000个/m3，其中质量浓度下限与粒子浓度上限有重合部分。
3.现在市场上暂无即可测量质量浓度、又可测量粒子浓度的仪器，其主要难度在于解决质量浓度检测下限稳定性问题、解决气路弥散、污染、损耗问题、解决质量浓度测量与粒子浓度测量间的干扰等问题。
4.若能解决上述问题即可实现单台仪器气溶胶浓度的全范围测量，提高检测人员的检测效率、减轻检测人员的检测负担。
5.本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本技术背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。


技术实现要素：

6.针对背景技术中指出的问题，本发明提出一种气溶胶浓度检测装置，既可以测量气溶胶的质量浓度，又可以测量粒子浓度，实现气溶胶浓度的全范围测量，提高检测效率。
7.为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：本发明提供一种气溶胶浓度检测装置，包括：主体部，其内设有检测腔室；光源部，其设于所述主体部上，所述光源部发出的光束照经所述检测腔室；气溶胶进气部，其设于所述主体部上，气溶胶经所述气溶胶进气部流入所述检测腔室内，所述光束照经从所述气溶胶进气部流出的气溶胶；出气部，其设于所述主体部上，所述检测腔室内的气体经所述出气部流出；质量浓度检测模块，其设于所述主体部上，用于检测气溶胶的质量浓度；粒子浓度检测模块，其设于所述主体部上，用于检测气溶胶的粒子浓度；所述光束照射气溶胶的位置位于所述质量浓度检测模块和所述粒子浓度检测模块之间的缝隙内；所述气溶胶浓度检测装置开启后先利用所述质量浓度检测模块进行质量浓度检测，在检测到气溶胶的浓度低于所述质量浓度检测模块的下限值时，所述光源部的功率调高，再利用所述粒子浓度检测模块进行粒子浓度检测。
8.本技术一些实施例中，在利用所述粒子浓度检测模块进行粒子浓度检测时，所述质量浓度检测模块关闭。
9.本技术一些实施例中，还包括保护气进气部，其设于所述主体部上，保护气经所述保护气进气部流入所述检测腔室内，在所述检测腔室内，从所述保护气进气部流出的保护气环绕于所述气溶胶的外周形成保护气幕。
10.本技术一些实施例中，所述保护气进气部具有两个，所述气溶胶进气部的出气端和所述保护气进气部的出气端均位于所述检测腔室的内部，两个所述保护气进气部的出气端分设于所述气溶胶进气部的出气端的相对两侧，以在气溶胶的外周形成所述保护气幕。
11.本技术一些实施例中，所述主体部上设有相对布置的两个安装槽，每个所述安装槽通过第一通口与所述检测腔室连通，所述第一通口处设有保护气出气嘴，所述保护气出气嘴具有部分伸入所述检测腔室内，所述主体部上设有与每个所述安装槽连通的保护气进气嘴；其中一个所述安装槽内安装所述光源部，另一个所述安装槽内安装消光部，所述光源部发出的光束依次照经其中一个所述安装槽、其中一个所述保护气出气嘴的内腔、所述检测腔室、另一个所述保护气出气嘴的内腔、另一个所述安装槽、所述消光部。
12.本技术一些实施例中，两个所述保护气出气嘴的内腔中轴线位置低于所述气溶胶进气部的出气端。
13.本技术一些实施例中，所述主体部上设有与每个所述安装槽连通的第二通口，所述第二通口处设有可拆卸的封堵部。
14.本技术一些实施例中，所述气溶胶进气部包括气溶胶进气嘴和气溶胶出气嘴，所述气溶胶进气嘴与所述气溶胶出气嘴连接，所述气溶胶进气嘴与所述主体部连接、且具有部分外伸于所述主体部，所述气溶胶出气嘴伸入所述检测腔室内，所述气溶胶出气嘴靠近其出气端部分为扁平化结构。
15.本技术一些实施例中，所述质量浓度检测模块包括第一基体、凸透镜组、以及质量浓度检测电路，所述凸透镜组和所述质量浓度检测电路设于所述第一基体内；所述主体部的一侧设有第三安装槽，所述第三安装槽与所述检测腔室连通，所述第一基体与所述第三安装槽的内壁密封连接。
16.本技术一些实施例中，所述粒子浓度检测模块包括第二基体、曼金镜、以及粒子浓度检测电路，所述曼金镜和所述粒子浓度检测电路设于所述第二基体内；所述主体部的一侧设有第四安装槽，所述第四安装槽与所述检测腔室连通，所述第二基体与所述第四安装槽的内部密封连接。
17.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本技术所公开的气溶胶浓度检测装置使用同一检测腔室进行气溶胶质量浓度和粒子浓度的检测，根据气溶胶浓度，光源部自动调节功率，检测装置能够根据气溶胶浓度实现自适应测量，气溶胶浓度高时，选择质量浓度检测模块进行质量浓度的检测，气溶胶浓度低时，选择粒子浓度检测模块进行粒子浓度的检测，实现气溶胶浓度的全范围测量，提高检测效率。
18.通过光源部的功率调节，可以解决质量浓度测量与粒子浓度测量之间的干扰问题，先进行质量浓度测量，若发现达不到检出限要求，提高光功率，再进行粒子浓度检测；同
时，通过在检测到气溶胶的浓度低于质量浓度检测模块的下限值时启用粒子浓度检测模块的测量方法，可以解决质量浓度检测下限稳定性问题。
19.结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为根据实施例的气溶胶浓度检测装置的结构示意图；图2为根据实施例的气溶胶浓度检测装置从另一视角观察到的结构示意图；图3为根据实施例的气溶胶浓度检测装置的剖视图一；图4为根据实施例的气溶胶浓度检测装置的剖视图二；附图标记：100-主体部，110-第一安装槽，120-第二安装槽，130-第三安装槽，140-第四安装槽，150-检测腔室，160-第一通口，170-第二通口；200-气溶胶进气部，210-气溶胶进气嘴，220-气溶胶出气嘴；300-出气部；400-保护气进气部，410-保护气进气嘴，420-保护气出气嘴；500-质量浓度检测模块，510-凸透镜组，520-质量浓度检测电路，530-第一基体；600-粒子浓度检测模块，610-曼金镜，620-粒子浓度检测电路，630-第二基体；700-光源部；800-消光部；900-封堵部。
具体实施方式
22.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
23.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
24.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
25.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
26.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
27.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
28.本实施例公开一种气溶胶浓度检测装置，参照图1至图4，其主要包括主体部100、光源部700、消光部800、气溶胶进气部200、出气部300、保护气进气部400、质量浓度检测模块500、粒子浓度检测模块600等组成，主体部100是其他各部件的安装载体。
29.主体部100的外部轮廓呈现矩型结构，定义其六个面分别为顶面、底面、前面、后面、左面、以及右面，主体部100的内部设有检测腔室150。
30.光源部700设于主体部100的后部，光源部100为整个装置提供检测光源，光源部100发出的光束照经检测腔室150。光源形式不定、波长单一不定，光功率可以调节。整个光源准直性好，无杂散光，功率稳定且可进行调节，且形式可变，光源部700可以使用半导体激光或者内腔式激光。
31.气溶胶进气部200设于主体部100的顶部，气溶胶经气溶胶进气部200流入检测腔室150内，光束照经从气溶胶进气部200流入检测腔室150内的气溶胶。
32.出气部300设于主体部100的底部，检测腔室150内的气体经出气部300流出。
33.气溶胶进气部200与出气部300上下正对，保证气体流通的顺畅性。
34.质量浓度检测模块500设于主体部100的左部，用于在气溶胶浓度较高时检测气溶胶的质量浓度。
35.粒子浓度检测模块600设于主体部100的右部，用于在气溶胶浓度较低时检测气溶胶的粒子浓度。
36.质量浓度检测模块500和粒子浓度检测模块600相对设置，二者之间具有一定间隙，从光源部700发出的光束照射气溶胶的位置位于质量浓度检测模块500和粒子浓度检测模块600之间的缝隙内。
37.使用时，气溶胶浓度检测装置开启，光源部700先以低功率运行，先利用质量浓度检测模块500进行气溶胶的质量浓度检测，在检测到气溶胶的浓度低于质量浓度检测模块
500的下限值时，将光源部700的功率调高，再利用所述粒子浓度检测模块600进行气溶胶的粒子浓度检测。
38.该气溶胶浓度检测装置使用同一检测腔室150进行气溶胶质量浓度和粒子浓度的检测，根据气溶胶浓度，光源部700自动调节功率，检测装置能够根据气溶胶浓度实现自适应测量，气溶胶浓度高时，选择质量浓度检测模块500进行质量浓度的检测，气溶胶浓度低时，选择粒子浓度检测模块600进行粒子浓度的检测，实现气溶胶浓度的全范围测量，提高检测效率。
39.通过光源部700的功率调节，可以解决质量浓度测量与粒子浓度测量之间的干扰问题，先进行质量浓度测量，若发现达不到检出限要求，提高光功率，再进行粒子浓度检测；同时，通过在检测到气溶胶的浓度低于质量浓度检测模块500的下限值时启用粒子浓度检测模块600的测量方法，可以解决质量浓度检测下限稳定性问题。
40.光源部700的功率可根据气溶胶浓度进行自动调节，以适应不同的浓度检测。
41.在进行质量浓度检测时，光源部700的光强需要为毫瓦级别，比如50毫瓦即可；而在进行粒子浓度检测时，光源部700的光强需要为瓦级别，比如10瓦左右。
42.本技术一些实施例中，该气溶胶浓度检测装置的检测原理为利用光散射同时检测气溶胶质量浓度与粒子浓度。
43.参照图4，质量浓度检测模块500包括第一基体530、凸透镜组510、以及质量浓度检测电路520，凸透镜组510和质量浓度检测电路520设于第一基体530内；主体部100的左侧设有第三安装槽130，第三安装槽130与检测腔室150连通，第一基体530与第三安装槽130的内壁密封连接。
44.粒子浓度检测模块600包括第二基体630、曼金镜610、以及粒子浓度检测电路620，曼金镜610和粒子浓度检测电路620设于第二基体630内；主体部100的右侧设有第四安装槽140，第四安装槽140与检测腔室150连通，第二基体630与第四安装槽140的内部密封连接。
45.气溶胶经气溶胶进气部200进入检测腔室150后，气溶胶受光照射后产生mi散射，散射光通过曼金镜610被粒子浓度检测电路620所接收、通过凸透镜组510被质量浓度检测电路520所接收。
46.当气溶胶浓度过高时，质量浓度检测模块500工作，垂直散射光经过凸透镜组510，汇聚到质量浓度检测电路520的光电传感器上，通过信号大小来检测气溶胶的质量浓度。
47.当气溶胶浓度低于质量浓度检测模块500的检测下限值时，先将光源部700的光功率提升，而后粒子浓度检测模块600工作，此时垂直散射光经曼金镜610，汇聚到粒子浓度检测电路620的光电传感器上，用来计算检测气溶胶的粒子浓度。
48.质量浓度检测模块500灵敏度较粒子浓度检测模块600低、检出限较粒子浓度检测模块600高，且光电传感器形式不同，质量浓度检测模块500通过散射光信号强度来反映气溶胶的质量浓度，粒子浓度检测模块600需通过散射光强以及散射光频率来计算、区分不同粒径的粒子浓度。
49.在高性能要求的产品中，粒子浓度检测模块600的光电传感器可以使用阵列式光电传感器，可以实现同时检测计算多个散射光信号，且其信噪比较高，干扰噪声小，利于粒子浓度的检测。
50.在低性能要求的产品中，粒子浓度检测模块600的光电传感器使用非阵列式即可。
51.粒子浓度检测模块600使用曼金镜610汇聚气溶胶粒子的垂直散射光，提高散射光捕捉效率，减小像差。
52.质量浓度检测模块500和粒子浓度检测模块600采用模块化设计及安装，直接将第一基体530装配至第三安装槽130内、将第二基体630装配至第四安装槽140内，并在安装面上增设密封圈，即可实现质量浓度检测模块500和粒子浓度检测模块600在主体部100上的密封安装，需要拆卸维修时，将单独的质量浓度检测模块500和粒子浓度检测模块600分别从各自所在的安装槽内向外拔出即可，而不影响装置内其他部件的安装。
53.本技术一些实施例中，在利用粒子浓度检测模块600进行粒子浓度检测时，质量浓度检测模块500关闭，具体为质量浓度检测电路520关闭，防止接收的光学器件受到损害。
54.本技术一些实施例中，保护气进气部400设于主体部100上，保护气经保护气进气部400流入检测腔室150内，保护气为清洁气，在检测腔室150内，从保护气进气部400流出的保护气环绕于气溶胶的外周形成保护气幕，对从气溶胶进气部200流入检测腔室150内的气溶胶进行鞘气保护，保证装置内部光学器件不受污染，气溶胶流路稳定，在检测腔室150内不弥散，且在气溶胶浓度较低时保证粒子为层流运动。检测腔室150内的气体（包括气溶胶和保护气）最终统一从出气部300流出。
55.本技术一些实施例中，保护气进气部400具有两个，气溶胶进气部200的出气端和两个保护气进气部400的出气端均位于检测腔室150的内部，两个保护气进气部400的出气端分设于气溶胶进气部200的出气端的相对两侧，从保护气进气部400的出气端流出的保护气方向垂直于从气溶胶进气部200的出气端流出的气溶胶方向，两股保护气同时从不同侧流向气溶胶，以快速地在气溶胶的外周形成保护气幕，提高对气溶胶的鞘气保护效果。
56.本技术一些实施例中，主体部100上设有相对布置的两个安装槽，分别定义为第一安装槽110和第二安装槽120，每个安装槽都通过第一通口160与检测腔室150连通，第一通口160处设有保护气出气嘴420，保护气出气嘴420具有部分伸入检测腔室150内，主体部100上设有与每个安装槽连通的保护气进气嘴410。
57.第一安装槽110内安装光源部700，第二安装槽120内安装消光部800，光源部700发出的光束依次照经第一安装槽110、其中一个保护气出气嘴420的内腔、检测腔室150、另一个保护气出气嘴420的内腔、第二安装槽120、消光部800。
58.光源部700与消光部800正对设置，消光部800对从光源部700发出的光束进行处理，使其不返回到检测腔室150内而影响气溶胶的检测。
59.从光源部700发出的光束经其中一个保护气出气嘴420的内腔照入检测腔室150内，再经另一个保护气出气嘴420照至消光部800上，两个保护气出气嘴420对第一通口160、第一安装槽110、以及第二安装槽120起到气体式封堵作用。在光源部700侧，从保护气进气嘴410流入的保护气先进入第一安装槽110内，再经该侧的保护气出气嘴420流入检测腔室150内，在保护气的流动作用下，检测腔室150内的气溶胶无法经该侧的保护气进气嘴420逆向流入第一安装槽110内，从而有效避免气溶胶污染光源部700处的光学器件。同样的，在消光部800侧，从保护气进气嘴410流入的保护气先进入第二安装槽120内，再经该侧的保护气出气嘴420流入检测腔室150内，在保护气的流动作用下，检测腔室150内的气溶胶无法经该侧的保护气进气嘴420逆向流入第二安装槽120内，从而有效避免气溶胶污染消光部800处的光学器件。
60.从图1可以看出，保护气进气嘴410和质量浓度检测模块500设于主体部100的同一侧，都设于主体部100的左侧，其中一个保护气进气嘴410与第一安装槽110连通，另一个保护气进气嘴410与第二安装槽120连通。
61.保护气进气部400由保护气进气嘴410和保护气出气嘴420两部分组成，外置的保护气进气嘴410便于与外部的清洁气源连接，内置的保护气出气嘴420在实现对气溶胶形成鞘气保护的同时，还能够有效避免检测腔室150内的气溶胶流至光源部700和消光部800处，对两处的光学器件起到有效保护。
62.使用鞘气保护防止气溶胶在光室内部形成弥散状态，且浓度较低时粒子运动为层流运动，保护光学器件不受污染。
63.并且，光束穿经两个保护气出气嘴420的内腔，对光的整形起到积极的促进作用，更方便调光。
64.本技术一些实施例中，参照图3，两个保护气出气嘴420的内腔中轴线位置（表示为虚线x）低于气溶胶进气部200的出气端，且尽可能靠近气溶胶进气部200的出气端，以使从气溶胶进气部200的出气端流出的气溶胶立即可被保护气的鞘气流所包裹起来，提高气溶胶的包裹保护效果。
65.本技术一些实施例中，参照图3和图4，气溶胶进气部200包括气溶胶进气嘴210和气溶胶出气嘴220，气溶胶进气嘴210与气溶胶出气嘴220连接，气溶胶进气嘴210设于主体部100的顶部，气溶胶进气嘴210具有部分外伸于主体部100，气溶胶出气嘴220伸入检测腔室150内，气溶胶出气嘴220靠近其出气端部分为扁平化结构，气溶胶从气溶胶进气部200呈扁平化气流流出，两股保护气从扁平化的气溶胶气流较窄的两侧流向气溶胶，能够实现对气溶胶较好的包裹保护效果，图3中的实线箭头代表气溶胶，虚线箭头代表保护气。
66.每股保护气的气体流量控制在气溶胶气体流量的1/2左右，能够进一步提高气溶胶包裹效果。
67.本技术一些实施例中，主体部100上设有与第一安装槽110、第二安装槽120连通的第二通口170，第二通口170处设有可拆卸的封堵部900。需要对光室内部进行清洁时，将两处封堵部900拆卸下来，经过第二通口170向检测装置的内部充入清洁气，利用清洁气对检测装置的内部进行清洁。
68.在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
69.以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。