[发明专利]一种灰霾成分在线监测装置

摘要

本发明涉及一种用于灰霾成分的在线监测装置，包括灰霾收集单元、信号激发单元、信号收集单元、灰霾状态监测单元和计算机；灰霾收集单元包括灰霾收集腔、粒径选择器、势阱激光器、具有扩束和准直功能的组合透镜、斩光器、高倍聚焦镜头、气流约束器、鞘流管和抽气泵，信号激发单元包括脉冲激光器、第一连接光纤和激发光束聚焦探头，信号收集单元包括信号收集探头、第二连接光纤、光谱仪，灰霾状态监测单元包括灰霾状态监测探头、CCD探测器和USB连接线。本发明能够实时监测空气中灰霾的成分，具有响应速度快、可同时分析多种成分、非接触式测量等特点。

主权项

一种灰霾成分在线监测装置，其特征在于包括：灰霾收集单元、信号激发单元、信号收集单元、灰霾状态监测单元和计算机（32）；所述灰霾收集单元包括灰霾收集腔（1）、粒径选择器（3）、势阱激光器（8）、具有扩束和准直功能的组合透镜（12）、斩光器（14）、高倍聚焦镜头（18）、漏斗形气流约束器（19）、鞘流管（28）和抽气泵（30）；所述信号激发单元包括脉冲激光器（22）、第一连接光纤（21）和激发光束聚焦探头（20），脉冲激光器（22）和激发光束聚焦探头（20）间通过第一连接光纤（21）相连；所述信号收集单元包括信号收集探头（26）、第二连接光纤（27）和光谱仪（31），其中信号收集探头（26）通过第二连接光纤（27）与光谱仪（31）相连，光谱仪（31）与计算机（32）相连；所述灰霾状态监测单元由灰霾状态监测探头（23）、CCD探测器（24）和USB连接线（25）组成，CCD探测器（24）与计算机（32）通过USB连接线（25）连接；粒径选择器（3）位于灰霾收集腔（1）前端面的进样口上，粒径选择器（3）后部装有势阱激光器（8），势阱激光器（8）固定于第一光学调整架（9）上，并通过第一支架（10）固定于灰霾收集腔（1）内的底板（5）上；具有扩束和准直功能的组合透镜（12）固定于势阱激光器（8）后部的第二光学调整架（11）上，第二光学调整架（11）通过第二支架（13）与灰霾收集腔（1）内的底板（5）相连；具有扩束和准直功能的组合透镜（12）之后是斩光器（14），斩光器（14）通过第三支架（15）固定于灰霾收集腔（1）内的底板（5）上；高倍聚焦镜头（18）安装于斩光器（14）后部的第三光学调整架（16）上，并通过第四支架（17）与灰霾收集腔（1）内的底板（5）相连；漏斗形气流约束器（19）紧邻灰霾收集腔（1）内底板（5）的后端面安装，且口径较大的一端朝向进样口方向；灰霾收集腔（1）的轴心线、势阱激光器（8）的轴心线、具有扩束和准直功能的组合透镜（12）的光轴方向、高倍聚焦镜头（18）的光轴方向和漏斗形气流约束器（19）的轴心线均重合；灰霾收集腔（1）的后端面外侧的轴心线位置处装有鞘流管（28），鞘流管（28）的尾端通过软管（29）与抽气泵（30）相连；灰霾收集腔（1）后端面前部的灰霾收集腔（1）侧壁上开有3个螺纹孔，分别用于固定激发光束聚焦探头（20）、信号收集探头（26）和灰霾状态监测探头（23），势阱光束焦点、激发光束聚焦探头（20）焦点、信号收集探头（26）焦点和灰霾状态监测探头（23）焦点均重合于一点，激发光束聚焦探头（20）的轴心线、信号收集探头（26）的轴心线和灰霾状态监测探头（23）的轴心线在同一平面内，且与灰霾收集腔（1）的轴心线垂直，灰霾状态监测探头（23）位于灰霾收集腔（1）径向剖面的正上方，激发光束聚焦探头（20）和信号收集探头（26）对称分布于灰 霾状态监测探头（23）的两侧，激发光束聚焦探头（20）和信号收集探头（26）的轴心线夹角为90度；含有灰霾的大气在进样口由粒径选择器（3）滤除大粒子后进入灰霾收集腔（1），并由漏斗形气流约束器（19）约束至灰霾收集腔（1）的轴心线附近；来自势阱激光器（8）的势阱光束经具有扩束和准直功能的组合透镜（12）作用后变为平行光束，经高倍聚焦镜头（18）后形成光学势阱，光学势阱焦点位于灰霾收集腔（1）后端面前方处；当势阱光束从漏斗形气流约束器（19）口径较小的一端即气流出口端穿过时，会将气流出口附近的待分析灰霾粒子俘获并输运至势阱光束焦点处；来自脉冲激光器（22）的脉冲激光被激发光束聚焦探头（20）聚焦于激发光束聚焦探头（20）焦点处，脉冲激光与灰霾相互作用产生等离子体发射光谱，位于信号收集探头（26）焦点处的等离子体发射光谱被信号收集探头（26）收集后经第二连接光纤（27）传至光谱仪（31），并由计算机（32）控制光谱仪（31）进行数据采集；在两激发脉冲的作用间隙，旋转的斩光器（14）将遮挡势阱光束避免光学势阱的形成，从而消除势阱光束对其焦点处灰霾的束缚作用，有利于势阱光束焦点附近的灰霾在气流的作用下，经鞘流管（28）排出灰霾收集腔（1）；灰霾状态监测探头（23）安装于灰霾收集腔（1）的正上方，将灰霾状态监测探头（23）焦点处的灰霾状态实时成像于CCD探测器（24）上，并在计算机（32）中加以显示，实现灰霾状态的实时监测。