(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210438931.4 (22)申请日 2022.04.25 (71)申请人 西安理工大 学 地址 710048 陕西省西安市碑林区金花 南 路5号 (72)发明人 赵恒　李坤　刘自轩　 (74)专利代理 机构 西安弘理专利事务所 61214 专利代理师 刘娜 (51)Int.Cl. G01N 15/06(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01N 21/53(2006.01) (54)发明名称 多波长气溶胶颗粒物浓度在线检测系统及 检测方法 (57)摘要 本发明公开了多波长气溶胶颗粒物浓度在 线检测系统及检测方法， 能够对 大气中颗粒物进 行实时在线监测。 整个系统由三大模块组成， 激 光光源模块、 光敏区探测模块以及后续的数据处 理显示模块。 本发明提出的检测方法， 能够通过 光的散射特性对颗粒物的质量浓度进行实时测 量， 采用三个角度探测器来对实验系数进行标定 以及校正， 这样大大减小了测量误差。 相比于单 波长测量， 本发 明采用的气溶胶颗粒物浓度在线 检测系统可以大 大地拓宽粒径检测范围。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114923822 A 2022.08.19 CN 114923822 A 1.多波长气溶胶颗粒物浓度在线检测系统， 其特征在于， 包括激光光源模块、 光敏区探 测模块以及数据处理显示模块； 所述激光光源模块包括多波长激光器(1)， 所述多波长激光 器(1)发出的光束依次经过可调光阑(2)、 汇聚光束平凸透镜(3)、 调整光束平凸透镜(5)进 入光功率计(6)中； 所述多波长激光器(1)和光功率计(6)的连线与光束交叉区域形成光敏 区探测模块； 所述数据处理显示模块包括电性连接的数据采集卡(17)和上位机Labview软 件(10)。 2.根据权利要求1所述的多波长气溶胶颗粒物浓度在线检测系统， 其特征在于， 所述光 敏区探测模块包括两个鞘气管(4)， 两个所述鞘气管(4)分别位于汇聚光束平凸透镜(3)和 调整光束平凸透镜(5)之间的上下方区域； 还包括第一光电探测器(7)、 第二光电探测器(8) 和第三光电探测器(9)， 所述第一光电探测器(7)位于调整光束平凸透镜(5)与鞘 气管(4)之 间的上方区域， 且 所述第一光电探测器(7)与光束的夹角为45 °； 所述第二光电探测器(8)位 于调整光束平凸透镜(5)与鞘气管(4)之间的下方区域， 且所述第二光电探测器(8)与光束 的夹角为45 °； 所述第三光电探测器(9)位于鞘气管(4)与汇聚光束平凸透镜(3)之间的下方 区域， 且所述第三光电探测器(9)与光束的夹角为 135°； 所述第一光电探测器(7)、 第二光电 探测器(8)和第三 光电探测器(9)均 与数据采集 卡(17)电性连接 。 3.根据权利要求2所述的多波长气溶胶颗粒物浓度在线检测系统， 其特征在于， 其中一 个所述鞘气管(4)为进气管， 另一个为出气管； 所述鞘气管(4)的两端分别设置有进口和出 口， 且所述鞘气管(4)的出口为喷 嘴状。 4.多波长气溶胶颗粒物浓度在线检测方法， 其特 征在于， 具体按照以下步骤实施： 步骤1， 将测试样品颗粒物气体通过气溶胶发生器通入到鞘气管(4)， 在鞘气管(4)的出 口处形成喷射 流， 颗粒物气体经 过测量区从底部排出； 步骤2， 打开多波长激光器(1)， 先预热多波长激光器(1)， 直到其输出功率稳定； 打开第 一光电探测器(7)、 第二光电探测器(8)和第三光电探测器(9)对标准颗粒物样 品的散射光 强进行测量， 并对系数进行 校正， 经过数据采集 卡(17)采集至上位机Labview软件(10)。 5.根据权利要求4所述的多波长气溶胶颗粒物浓度在线检测方法， 其特征在于， 所述步 骤2中， 对系数进行 校正的过程 为： 第一光电探测器(7)采集到的散射光强为I1， 第二光电探测器(8)采集到的散射光强为 I2， 第三光电探测器(9)采集到的散射 光强为I3； 首先， 计算利用多个标准颗粒物样品进行 标定系数 K， 其计算公式如式(1)所示； 式(1)中， I1为所测实时散射 光强， S0为背景光噪声， Cm为标准颗粒物样品的质量浓度； 由前向散射 光强I2与后向散射 光强I3的比值得到对称因子F， 表达式如式(2)所示； 对称因子F与平均粒径D之间的线性关系如式(3)所示； D＝a·F+b  (3)；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114923822 A 2其中， a和b均为常数； 选取多个平均粒径为D的标准颗粒物样品进行多组实验， 将实验数据拟合求出常数a、 b； 平均粒径D与系数 K之间的线性关系如式(4)所示； K＝m·D+n   (4)； 其中， m和n均为常数； 选取多个平均粒径为D的标准颗粒物样品进行多组实验， 将实验数据拟合求出常数m和 n； 由公式(3)和(4)可知， 校正后的系数 Ka如式(5)所示： Ka＝m·(a·F+b)+n   (5)； 进而， 可得颗粒物最终反演表达式如式(6)所示， 即可测得颗粒物的实时质量浓度； Cm＝Ka*Irt    (6)； 其中， Ka为校正后的系数， Irt为实时的散射 光强。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114923822 A 3