本發(fā)明屬于氣體顆粒物檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種氣體顆粒物檢測方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著沙塵暴及霧霾天氣的頻繁出現(xiàn)，空氣污染問題越來越受到人們的關(guān)注?？諝赓|(zhì)量的檢測也尤為重要，對空氣中的顆粒物進(jìn)行監(jiān)測、分析和研究是當(dāng)前環(huán)境保護(hù)工作的重點(diǎn)。按照空氣動(dòng)力學(xué)直徑大小，大氣顆粒物可分為：(1)總懸浮顆粒物(簡稱tsp)：直徑≤100微米；(2)可吸入顆粒物(簡稱pm10)：直徑≤10微米；(3)細(xì)顆粒物(簡稱pm2.5)：直徑≤2.5微米,空氣顆粒物的監(jiān)測范圍主要包括以上三種。其中細(xì)顆粒物pm2.5能較長時(shí)間懸浮于空氣中，它對空氣質(zhì)量和能見度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，pm2.5粒徑小，面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、有害物質(zhì)（例如，重金屬、微生物等），且在大氣中的停留時(shí)間長、輸送距離遠(yuǎn)，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有的顆粒物實(shí)時(shí)檢測裝置存在的上述技術(shù)問題，提出一種結(jié)構(gòu)簡單、能夠?qū)崟r(shí)檢測氣體中不同粒徑顆粒物濃度的大小，并且所測得的濃度值和顆粒物的質(zhì)量濃度相關(guān)性好的氣體顆粒物檢測方法及裝置。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種氣體顆粒物檢測方法，包括以下步驟，

（1）將待測氣體通入氣室并使氣流轉(zhuǎn)向，不同空氣動(dòng)力學(xué)粒徑的氣體顆粒物因慣性不同而分層；

（2）用光源經(jīng)狹縫照射分層氣流；

（3）通過電子感光元件拍攝分層顆粒物，獲取顆粒物位置圖像；

（4）經(jīng)處理器統(tǒng)計(jì)不同位置的顆粒物圖像數(shù)量，并計(jì)算不同大氣顆粒物濃度。

作為優(yōu)選，步驟（1）中待測氣體由豎直流動(dòng)轉(zhuǎn)為水平流動(dòng)。

作為優(yōu)選，步驟（1）中待測氣體由豎直流動(dòng)轉(zhuǎn)為水平流動(dòng)。

作為優(yōu)選，步驟（1）中氣流轉(zhuǎn)向方法為氣室包括豎直段和水平段，約束待測氣體使其轉(zhuǎn)向。

本發(fā)明還提出一種氣體顆粒物檢測設(shè)備，包括氣室、光源及電子感光元件，所述氣室包括潔凈氣體入口和潔凈氣體出口，氣室頂部設(shè)置有待測氣體入口及光源狹縫，氣室側(cè)面設(shè)置有拍攝窗口，電子感光元件經(jīng)拍攝窗口拍攝空氣顆粒物圖像。

作為優(yōu)選，所述氣室為直線形，水平設(shè)置。

作為優(yōu)選，所述氣室包括豎直部及水平部，所述豎直部分割為潔凈氣體通道及待測氣體通道，待測氣體通道位于直角內(nèi)側(cè)。

作為優(yōu)選，還包括處理器，用于統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)不同位置的顆粒物圖像數(shù)量和該時(shí)間段內(nèi)通過的待測氣體體積，計(jì)算出不同大氣顆粒物濃度。

作為優(yōu)選，所述電子感光元件為高速ccd相機(jī)。

作為優(yōu)選，所述潔凈氣體入口和混合氣體出口均連接有流量計(jì)。

本發(fā)明還提出一種氣體顆粒物檢測設(shè)備，包括氣室、光源及電子感光元件，所述氣室為直角形，包括豎直部及水平部，所述水平部設(shè)置有光源狹縫及拍攝窗口，光源經(jīng)光源狹縫照射待測氣體顆粒物，電子感光元件經(jīng)拍攝窗口拍攝。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

該氣體顆粒物檢測方法將激光散射法與空氣切割效應(yīng)相結(jié)合，將氣體顆粒物分層后拍攝顆粒無位置，從而通過位置反應(yīng)顆粒物的空氣動(dòng)力學(xué)粒徑，避免了顆粒物散射光強(qiáng)與顆粒物的大小相關(guān)性比較差的問題，檢測精度高。

該氣體顆粒物檢測設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)檢測氣體中不同粒徑顆粒物濃度的大小，較采用震蕩天平法和β射線法的檢測設(shè)備造價(jià)低，適合實(shí)際使用推廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例二檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二檢測設(shè)備的爆炸圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例三檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例四檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

以上各圖中：1、氣室；11、豎直部；12、水平部；13、光源狹縫；14、拍攝窗口；15、潔凈氣體入口；16、待測氣體入口；17、混合氣體出口；2、光源；3、相機(jī)；31、鏡筒。

具體實(shí)施方式

為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例做具體說明。

實(shí)施例一：

本實(shí)施例提出一種氣體顆粒物檢測方法，其檢測原理基于空氣切割效應(yīng)，即當(dāng)采樣氣體流動(dòng)方向改變時(shí)，氣流中的不同空氣動(dòng)力學(xué)粒徑的顆粒物會(huì)受到空氣切割效應(yīng)而分離。粒徑不同的顆粒物由于空氣的切割效應(yīng)，粒徑大的顆粒物轉(zhuǎn)彎半徑大，粒徑小的顆粒物轉(zhuǎn)彎半徑小，因此到達(dá)檢測窗口時(shí)，不同粒徑所處的高度不同。其中的粒徑是指空氣動(dòng)力學(xué)粒徑，符合空氣顆粒物分類方法。

具體步驟為：

（1）將待測氣體通入氣室并使氣流轉(zhuǎn)向，不同空氣動(dòng)力學(xué)粒徑的氣體顆粒物因慣性不同而分層。使待測氣體轉(zhuǎn)向的方法有兩種：一種是采樣氣體按照一個(gè)方向流動(dòng)，通過流動(dòng)方向與之不同的潔凈氣體改變采樣氣體流向。潔凈氣體是指經(jīng)過過濾，不含或含有少量粒徑很小的顆粒物的氣體，不影響檢測精度。當(dāng)兩股氣流交匯時(shí)，由于潔凈氣體流流量大，待測氣體運(yùn)動(dòng)方向受潔凈空氣影響發(fā)生改變。對于待測氣體和潔凈氣體的流量和流速可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，直至出現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象。例如待測氣體由上向下流動(dòng)，潔凈氣體由左向右流動(dòng)，則潔凈氣體如水流帶動(dòng)砂礫流動(dòng)一樣，粒徑小的顆粒物轉(zhuǎn)向快，而迅速變?yōu)樗搅鲃?dòng)，粒徑大的顆粒斜向下運(yùn)動(dòng)一段距離后才會(huì)變?yōu)樗竭\(yùn)動(dòng)。因此水平流動(dòng)后，粒徑小的顆粒物位于上方，粒徑大的顆粒物位于下方，實(shí)現(xiàn)不同粒徑的顆粒物分層現(xiàn)象。

第二種轉(zhuǎn)向方法為氣室約束轉(zhuǎn)向，即氣室設(shè)置有轉(zhuǎn)彎部，約束待測氣體的流動(dòng)方向，使待測氣體在流動(dòng)過程中改變方向。如將氣室設(shè)置為直角結(jié)構(gòu)，氣流由豎直方向變?yōu)樗椒较驎r(shí)，粒徑較大的顆粒物由于慣性會(huì)甩向下方，粒徑較小的顆粒物易于轉(zhuǎn)變方向而位于上方。

當(dāng)然也可以將前兩種轉(zhuǎn)向方法結(jié)合同時(shí)使用，既將氣室設(shè)置為直角轉(zhuǎn)彎形，同時(shí)設(shè)置潔凈氣體流使待測氣體轉(zhuǎn)向（具體實(shí)現(xiàn)方式參見實(shí)施例三）。

（2）用光源經(jīng)狹縫照射分層氣流；光源可以采用普通光源也可采用激光，照射位置選擇分層良好的氣流部位。

（3）通過電子感光元件拍攝分層顆粒物，獲取顆粒物位置圖像。電子感光元件采用高速線陣黑白ccd相機(jī)3，拍攝速度不低于10000fps，拍攝方向平行于層向，即垂直于轉(zhuǎn)向后的氣流流向與轉(zhuǎn)向前待測氣體流向，能夠完整的拍攝不同層流的顆粒物。

（4）經(jīng)處理器統(tǒng)計(jì)不同位置的顆粒物圖像數(shù)量，并計(jì)算不同大氣顆粒物濃度。處理器處理相機(jī)3拍攝到的圖像，提取位置信息，并統(tǒng)計(jì)不同位置的顆粒物的數(shù)量。根據(jù)顆粒物的高度信息，可以推算出顆粒物的粒徑大小，結(jié)合統(tǒng)計(jì)出的不同粒徑的數(shù)量，即可計(jì)算出不同粒徑顆粒物的總量。在測出待測氣體流量的情況下，即可算出待測氣體中不同顆粒物的濃度。還有一種獲得顆粒物位置的方法，將攝像機(jī)和光源位置對調(diào)，光源采用分光裝置使得不同位置照射的光波長不同，當(dāng)攝像機(jī)捕獲顆粒物的散射光時(shí)獲取波長信息，即可得出顆粒物的位置信息。

（5）將顆粒物濃度信息實(shí)時(shí)顯示在顯示器上。

（6）通過無線傳輸設(shè)備將顆粒物濃度信息傳輸至其他終端。

該方法將激光散射法與空氣切割效應(yīng)相結(jié)合，將氣體顆粒物分層后拍攝顆粒無位置，從而通過位置反應(yīng)顆粒物的空氣動(dòng)力學(xué)粒徑，避免了顆粒物散射光強(qiáng)與顆粒物的大小相關(guān)性比較差的問題，檢測精度高。能夠?qū)崟r(shí)檢測氣體中不同粒徑顆粒物濃度的大小，較采用震蕩天平法和β射線法的檢測設(shè)備造價(jià)低，質(zhì)量相關(guān)性好，實(shí)時(shí)性好，維護(hù)周期長，適合實(shí)際使用推廣。

實(shí)施例二：

如圖1、圖2所示，一種氣體顆粒物檢測設(shè)備，包括氣室1、光源、高速ccd相機(jī)3、處理器及顯示裝置。所述氣室1為方直筒結(jié)構(gòu)，形成氣流通道，其左端為潔凈氣體入口15，右端為混合氣體出口17。氣室1頂部設(shè)置有待測氣體入口16，待測氣體入口16后部設(shè)置光源狹縫13，光源2經(jīng)光源狹縫13照射氣室1內(nèi)部，該光源2可以為普通光源，也可采用激光光源。氣室1側(cè)面相對于光源狹縫13的位置設(shè)置有拍攝窗口14，高速ccd相機(jī)3連接鏡筒31經(jīng)拍攝窗口14拍攝空氣顆粒物圖像，其拍攝速度根據(jù)待測氣體顆粒物數(shù)量及流速確定，通常不低于10000fps。潔凈氣體經(jīng)頂部的待測氣體入口16流入氣室1，與水平流動(dòng)的潔凈氣體交匯時(shí)，由于潔凈氣體流流量大，待測氣體運(yùn)動(dòng)方向受潔凈空氣影響由豎直方向轉(zhuǎn)變?yōu)樗椒较?。待測氣體攜帶的顆粒物中粒徑小的顆粒物轉(zhuǎn)向快，而迅速變?yōu)樗搅鲃?dòng)，粒徑大的顆粒物由于慣性大轉(zhuǎn)向慢，需斜向下運(yùn)動(dòng)一段距離后才會(huì)變?yōu)樗竭\(yùn)動(dòng)。因此待測氣流會(huì)在水平流動(dòng)段出現(xiàn)分層，即粒徑小的顆粒物位于上方，粒徑大的顆粒物位于下方。對于待測氣體和潔凈氣體的流量和流速可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，直至出現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象。

氣室1采用不透明材質(zhì)制成，氣室1內(nèi)形成暗室，便于拍攝出清晰圖像。

光源狹縫13設(shè)置在分層良好的氣流段，高速相機(jī)3不停的拍攝，當(dāng)有顆粒物經(jīng)過拍攝位置時(shí)，由于顆粒物的漫反射和散射，相機(jī)3便捕捉到顆粒物的成像。所述處理器與高速相機(jī)3連接，用于處理相機(jī)3拍攝圖像并統(tǒng)計(jì)不同高度位置的顆粒物數(shù)量。通過多次試驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)分析，可以得出圖像高度與顆粒物粒徑的對應(yīng)關(guān)系。所述潔凈氣體入口和混合氣體出口均連接有流量計(jì)，通過二者的差值即可得到單位時(shí)間內(nèi)待測氣體流量，結(jié)合處理器的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)即可根據(jù)國標(biāo)換算出相應(yīng)的大氣顆粒物濃度和污染指數(shù)。經(jīng)處理器與現(xiàn)實(shí)設(shè)備，如電腦顯示器或安裝于設(shè)備上的液晶顯示屏，即可實(shí)時(shí)顯示檢測結(jié)果。還可設(shè)置無線傳輸模塊，將檢測結(jié)果傳輸至其他設(shè)備。

本實(shí)施例所述的氣體顆粒物檢測設(shè)備采用實(shí)施例一所述的方法進(jìn)行氣體顆粒物，其避免了顆粒物散射光強(qiáng)與顆粒物的大小相關(guān)性比較差的問題，檢測精度高。能夠?qū)崟r(shí)檢測氣體中不同粒徑顆粒物濃度的大小，較采用震蕩天平法和β射線法的檢測設(shè)備造價(jià)低，實(shí)時(shí)性好，維護(hù)周期長，適合實(shí)際使用推廣。

實(shí)施例三：

如圖3所示，一種氣體顆粒物檢測設(shè)備，包括氣室1、光源2、高速ccd相機(jī)3、處理器及顯示裝置。所述氣室1為直角形，包括豎直部11及水平部12，水平部12高度h大于豎直部11寬度l，本實(shí)施中h為l的4倍，該比例可根據(jù)實(shí)際氣體分層情況調(diào)整，以便于拍攝分層顆粒物為準(zhǔn)。所述水平部12頂壁設(shè)置光源狹縫13，與光源狹縫13相對應(yīng)的側(cè)壁處設(shè)置拍攝窗口14，高速ccd相機(jī)3經(jīng)拍攝窗口14拍攝。待測氣體經(jīng)豎直部11進(jìn)入氣室1，待測氣體在流動(dòng)過程中改變方向，豎直部11通道突然變寬，粒徑較大的顆粒物由于慣性會(huì)甩向下方，粒徑較小的顆粒物易于轉(zhuǎn)變方向而位于上方，實(shí)現(xiàn)分層現(xiàn)象。相機(jī)3及處理器如實(shí)施例一所述的方法拍攝顆粒物圖像并得到檢測結(jié)果。

本實(shí)施例所述的氣體顆粒物檢測設(shè)備相對于實(shí)施例一無需潔凈氣體，結(jié)構(gòu)更加緊湊，易于實(shí)現(xiàn)。

實(shí)施例四：

如圖4所示，一種氣體顆粒物檢測設(shè)備，包括氣室12、光源2、高速ccd相機(jī)3、處理器及顯示裝置。本實(shí)施例所述的檢測設(shè)備結(jié)合實(shí)施例一與實(shí)施例二，所述氣室1包括豎直部11及水平部12，所述豎直部11分割為潔凈氣體通道15及待測氣體通道16，待測氣體通道位于直角內(nèi)側(cè)。所述水平部12頂壁設(shè)置光源狹縫13，與光源狹縫13相對應(yīng)的側(cè)壁處設(shè)置拍攝窗口14，高速ccd相機(jī)3經(jīng)拍攝窗口14拍攝。待測氣體氣流經(jīng)待測氣體通道與潔凈氣體在氣室1轉(zhuǎn)彎處匯合，經(jīng)氣室1的約束以及潔凈氣體氣流的推動(dòng)轉(zhuǎn)向，待測氣體攜帶的顆粒物出現(xiàn)分層現(xiàn)象，短距離即可良好的分層，光源狹縫13和拍攝窗口14設(shè)置于分層良好的位置。該氣體顆粒物檢測設(shè)備將兩種氣體轉(zhuǎn)向方法相結(jié)合，顆粒物分層效果良好，有利于提高檢測精度。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例應(yīng)用于其它領(lǐng)域，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。