本發(fā)明涉及檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種非接觸式空間粒子帶電檢測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)：

對(duì)于動(dòng)態(tài)塵埃顆粒的研究，主要應(yīng)用于兩個(gè)方面：空間環(huán)境中等塵埃離子體和大氣環(huán)境中的粉塵。塵埃等離子體是指在等離子體中包含了大量帶電的固態(tài)彌散微粒子。塵埃粒子廣泛存在于自然界，尤其是在宇宙空間中，例如星際空間、太陽(yáng)系、地球電離層以及暫星尾和行星環(huán)中都存在著各種尺度和密度的塵埃粒子。粉塵則是指懸浮在空氣中的固體微粒，尤其是pm10級(jí)別的粉塵，粒徑小于10μm，它能較長(zhǎng)期地在大氣中漂浮。

由于塵埃粒子具有大的荷電特性，荷電量的可變性，運(yùn)動(dòng)特性，電磁特性。環(huán)境中不同組分的顆粒在氣流作用下，發(fā)生摩擦帶電，以及受紫外線輻照產(chǎn)生外光電效應(yīng)帶電；或者與等離子體接觸后帶電，均可能改變顆粒的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)以及吸附特性而產(chǎn)生一系列宏觀運(yùn)動(dòng)及定向吸附。而在多個(gè)行業(yè)中，塵埃顆粒不僅會(huì)造成空氣污染，而且會(huì)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量和安全問(wèn)題帶來(lái)很大影響，嚴(yán)重影響產(chǎn)品品質(zhì)并損害人體健康。并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程、產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境和生態(tài)平衡等諸多方面產(chǎn)生不良影響。因此，測(cè)量單顆粒的帶電性質(zhì)及帶電量對(duì)于塵埃的理論研究及規(guī)?；鉀Q方案有重大意義。

但受現(xiàn)有技術(shù)手段的限制，我們無(wú)法對(duì)動(dòng)態(tài)單顆粒進(jìn)行直接檢測(cè)其帶電性質(zhì)和帶電量，而只能先通過(guò)光散亂法(白光、激光)、顯微鏡法、稱重法、dma法(粒徑分析儀)、慣性法、擴(kuò)散法、凝聚核法(cnc)等方法來(lái)測(cè)試塵埃的粒徑，再通過(guò)檢測(cè)環(huán)境中大量顆粒的綜合性質(zhì)來(lái)推斷其帶電性質(zhì)及帶電量，這樣對(duì)后期研究——諸如推測(cè)顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡、顆粒的定性吸附與脫附收集等造成了比較大的困難；在微觀層面，也不能精確的定量檢測(cè)單顆粒塵埃的帶電特性。

美國(guó)科學(xué)家通過(guò)使用高精度法拉第杯來(lái)檢測(cè)塵埃粒子的帶電量。但由于法拉第杯的使用條件非?？量蹋荒茉跓o(wú)外界電磁場(chǎng)干擾的真空環(huán)境中檢測(cè)單獨(dú)的塵埃顆粒的帶電量，極大的限制了該方法的應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的：提供一種非接觸式空間粒子帶電檢測(cè)裝置及方法，它能對(duì)動(dòng)態(tài)單顆粒進(jìn)行直接檢測(cè)其帶電性質(zhì)和帶電量。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：非接觸式空間粒子帶電檢測(cè)裝置，包括腔體，腔體的外緣為正六邊形結(jié)構(gòu)，在腔體外緣上設(shè)有3個(gè)對(duì)稱分布的光學(xué)觀測(cè)窗口，在3個(gè)光學(xué)觀測(cè)窗口的間隔位置上分別設(shè)有檢測(cè)倉(cāng)門、帶閥門的環(huán)境氣體進(jìn)氣管道及復(fù)合真空計(jì)，在腔體的底部連接有真空管路；在腔體內(nèi)設(shè)有樣品臺(tái)，在樣品臺(tái)的上方設(shè)有電場(chǎng)板；在每個(gè)光學(xué)觀測(cè)窗口的對(duì)應(yīng)位置均設(shè)有激光檢測(cè)器；所述的樣品臺(tái)為通過(guò)電子轟擊或紫外輻照使塵埃顆粒在樣品臺(tái)。

在腔體中設(shè)有旋轉(zhuǎn)臺(tái)，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)的頂部連接有位移臺(tái)，在位移臺(tái)的頂部連接有樣品傳輸桿。

所述的樣品臺(tái)為敞口聚四氟乙烯絕緣樣品臺(tái)，在樣品臺(tái)的底部設(shè)有通電金屬板，在樣品臺(tái)的頂部設(shè)有帶微孔的蓋子。

在樣品傳輸桿的前端設(shè)有載氣推送樣品倉(cāng)，載氣推送樣品倉(cāng)的組成包括倉(cāng)體，在倉(cāng)體的頂部設(shè)有噴射管路，在倉(cāng)體與噴射管路之間設(shè)有電動(dòng)閥門，在倉(cāng)體的側(cè)壁設(shè)有進(jìn)料倉(cāng)口，在倉(cāng)體下部設(shè)有進(jìn)氣管路。

在噴射管路內(nèi)部設(shè)有螺旋來(lái)復(fù)線槽。

非接觸式空間粒子帶電檢測(cè)方法，將腔體內(nèi)部抽真空后，向腔體內(nèi)注入定量填充氣體，以達(dá)到指定氣壓；再將樣品放置在樣品臺(tái)上，通過(guò)電子轟擊或紫外輻照使塵埃顆粒在樣品臺(tái)上帶電，從而使塵埃顆粒向上運(yùn)動(dòng)進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，三個(gè)光學(xué)觀測(cè)窗口外激光檢測(cè)器采用每?jī)墒l激光為一組的檢測(cè)光路射向觀測(cè)區(qū)域，塵埃顆粒在經(jīng)過(guò)檢測(cè)區(qū)域時(shí)會(huì)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)測(cè)算出顆粒在一個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)速度，經(jīng)坐標(biāo)變換后能夠同時(shí)測(cè)出顆粒的空間運(yùn)動(dòng)速度矢量，與此同時(shí)，使用一個(gè)狹縫干涉成像儀檢測(cè)顆粒經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)被激光照射產(chǎn)生的散射光束，則得到單顆粒粒徑。

在使用載氣推送樣品倉(cāng)使，使用空氣、氮?dú)饣蚨趸甲鳛橥苿?dòng)塵埃顆粒飛行的氣體，并調(diào)節(jié)推送前氣體壓力來(lái)選擇不同的塵埃顆粒推送速度；在樣品倉(cāng)一側(cè)裝樣，內(nèi)部放置不同材質(zhì)的摩擦材料用于與運(yùn)動(dòng)顆粒進(jìn)行摩擦產(chǎn)生靜電，塵埃顆粒經(jīng)過(guò)噴射管路內(nèi)部的螺旋來(lái)復(fù)線槽后，使推送出的塵埃顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡穩(wěn)定，最終通過(guò)高壓氣體將塵埃推至檢測(cè)區(qū)。

由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)真空設(shè)備對(duì)腔體內(nèi)大氣抽真空并注入定量填充氣體，以達(dá)到指定氣壓；將塵埃樣品至于腔體內(nèi)的樣品臺(tái)或者樣品倉(cāng)中，通過(guò)輻照或者摩擦的方式使樣品帶電；帶電塵埃被電場(chǎng)推動(dòng)或載氣流體推動(dòng)至位于勻強(qiáng)電場(chǎng)的檢測(cè)區(qū)域中，在僅受重力、推力及外加電場(chǎng)力的條件下做受迫運(yùn)動(dòng)；依靠激光檢測(cè)器檢測(cè)帶電塵埃顆粒的粒徑及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，計(jì)算單顆粒的帶電量。本發(fā)明容易實(shí)施，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用效果好。

附圖說(shuō)明

附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2為本發(fā)明的俯視圖；

附圖3為本發(fā)明的剖面圖；

附圖4為本發(fā)明樣品倉(cāng)示意圖和俯視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但不作為對(duì)本發(fā)明的任何限制

本發(fā)明的實(shí)施例：非接觸式空間粒子帶電檢測(cè)裝置，包括腔體1，腔體1的外緣為正六邊形結(jié)構(gòu)，在腔體1外緣上設(shè)有3個(gè)對(duì)稱分布的光學(xué)觀測(cè)窗口3，在3個(gè)光學(xué)觀測(cè)窗口3的間隔位置上分別設(shè)有檢測(cè)倉(cāng)門4、帶閥門6的環(huán)境氣體進(jìn)氣管道5及復(fù)合真空計(jì)7，在腔體1的底部連接有真空管路8；在腔體1內(nèi)設(shè)有樣品臺(tái)13，在樣品臺(tái)13的上方設(shè)有電場(chǎng)板9；在每個(gè)光學(xué)觀測(cè)窗口3的對(duì)應(yīng)位置均設(shè)有激光檢測(cè)器2；所述的樣品臺(tái)13為通過(guò)電子轟擊或紫外輻照使塵埃顆粒在樣品臺(tái)；在腔體1中設(shè)有旋轉(zhuǎn)臺(tái)12，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)12的頂部連接有位移臺(tái)11，在位移臺(tái)11的頂部連接有樣品傳輸桿10；所述的樣品臺(tái)13為敞口聚四氟乙烯絕緣樣品臺(tái)，在樣品臺(tái)13的底部設(shè)有通電金屬板，在樣品臺(tái)13的頂部設(shè)有帶微孔的蓋子；在樣品傳輸桿10的前端設(shè)有載氣推送樣品倉(cāng)，載氣推送樣品倉(cāng)的組成包括倉(cāng)體15，在倉(cāng)體15的頂部設(shè)有噴射管路17，在倉(cāng)體15與噴射管路17之間設(shè)有電動(dòng)閥門16，在倉(cāng)體15的側(cè)壁設(shè)有進(jìn)料倉(cāng)口18，在倉(cāng)體15下部設(shè)有進(jìn)氣管路19；在噴射管路17內(nèi)部設(shè)有螺旋來(lái)復(fù)線槽。

非接觸式空間粒子帶電檢測(cè)方法，將腔體內(nèi)部抽真空后，向腔體1內(nèi)注入定量填充氣體，以達(dá)到指定氣壓；再將樣品放置在樣品臺(tái)13上，通過(guò)電子轟擊或紫外輻照使塵埃顆粒在樣品臺(tái)13上帶電，從而使塵埃顆粒向上運(yùn)動(dòng)進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，三個(gè)光學(xué)觀測(cè)窗口3外激光檢測(cè)器2采用每?jī)墒l激光為一組的檢測(cè)光路射向觀測(cè)區(qū)域，塵埃顆粒在經(jīng)過(guò)檢測(cè)區(qū)域時(shí)會(huì)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)測(cè)算出顆粒在一個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)速度，經(jīng)坐標(biāo)變換后能夠同時(shí)測(cè)出顆粒的空間運(yùn)動(dòng)速度矢量，與此同時(shí)，使用一個(gè)狹縫干涉成像儀檢測(cè)顆粒經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)被激光照射產(chǎn)生的散射光束，則得到單顆粒粒徑；在使用載氣推送樣品倉(cāng)使，使用空氣、氮?dú)饣蚨趸甲鳛橥苿?dòng)塵埃顆粒飛行的氣體，并調(diào)節(jié)推送前氣體壓力來(lái)選擇不同的塵埃顆粒推送速度；在樣品倉(cāng)一側(cè)裝樣，內(nèi)部放置不同材質(zhì)的摩擦材料用于與運(yùn)動(dòng)顆粒進(jìn)行摩擦產(chǎn)生靜電，塵埃顆粒經(jīng)過(guò)噴射管路內(nèi)部的螺旋來(lái)復(fù)線槽后，使推送出的塵埃顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡穩(wěn)定，最終通過(guò)高壓氣體將塵埃推至檢測(cè)區(qū)。塵埃顆粒被激光檢測(cè)器2檢測(cè)得到顆粒的空間運(yùn)動(dòng)方向和顆粒粒徑選取z軸方向速度和粒徑，再根據(jù)顆粒真實(shí)密度、載氣輸入流速、高壓電場(chǎng)電壓即可算出單顆粒帶電量。

設(shè)備使用前的準(zhǔn)備：通過(guò)檢測(cè)倉(cāng)倉(cāng)門4給載氣推送樣品倉(cāng)15裝入樣品，并置于樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)支撐桿10上，并轉(zhuǎn)至樣品臺(tái)13上方。通過(guò)真空管路8連接的真空設(shè)備對(duì)檢測(cè)腔體1抽真空后，從環(huán)境氣體進(jìn)氣管道5向氣體定量閥6注入環(huán)境氣體，利用復(fù)合真空計(jì)7檢測(cè)腔體內(nèi)氣體壓強(qiáng)。調(diào)節(jié)激光檢測(cè)器2的激光光路焦點(diǎn)至載氣推送樣品倉(cāng)的噴射管路17的噴嘴正上方，打開(kāi)激光檢測(cè)器2配套控制軟件。給電極板9持續(xù)施加正電壓，給樣品臺(tái)13施加負(fù)電壓。開(kāi)啟載氣推送樣品倉(cāng)15上的電動(dòng)閥門16，從載氣管道19通入衡定流速載氣，塵埃顆粒經(jīng)過(guò)噴射管路17吹至檢測(cè)區(qū)域內(nèi)。

本發(fā)明的實(shí)施例的部分檢測(cè)數(shù)據(jù)

使用有效檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算塵埃顆粒帶電量q、質(zhì)荷比為：