基于單光源的顆粒物在線監測裝置及方法
【專利摘要】本發明提供了一種基于單光源的顆粒物在線監測裝置及方法，裝置包括：單個光源，所述單個光源發出圓偏振光；雙折射晶體，所述圓偏振光穿過所述雙折射晶體，分出偏振方向相互垂直的兩束線偏振光，并穿過檢測區域；探測器，所述探測器用于將顆粒物分別經過所述兩束線偏振光的散射光信號轉換為電信號，并分別送分析單元；分析單元，所述分析單元根據接收到的電信號而獲知檢測區域內顆粒物的粒徑。本發明具有檢測效率高、成本低等優點。
【專利說明】
基于單光源的顆粒物在線監測裝置及方法
技術領域
[0001] 本發明涉及大氣監測，特別涉及基于單光源的顆粒物在線監測裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 近年來發展起來的基于質譜分析技術的大氣顆粒物在線分析方法既可以實現對 大氣顆粒物化學成分的在線分析，又可以實時對大氣顆粒物粒徑進行檢測。其基本實現過 程為先利用雙光束測徑法測量顆粒物粒徑，然后經脈沖激光器將顆粒物離子化，電離化后 的離子由質量分析器檢測。其中采用的雙光束測徑法是通過測量顆粒物經兩束固定間距光 束的時間，由測得時間與標準顆粒物粒徑校準關系，可知顆粒物的粒徑大小。
[0003] 現有的雙光束測徑法普遍采用兩個連續激光器發射兩束測徑激光和兩個光電倍 增管分別探測粒子散光的方法。而由于采用兩個激光器，兩者的放置間距有一定的限制(不 能太近）。在已有的儀器中，雙光束的間距一般在幾個厘米以上，粒子通過兩束激光的距離 較長，增加了粒子飛行距離，從而降低了粒子測徑效率，增多了粒子誤觸發概率。同時，粒子 的電離點與第二束測徑激光的距離一般在十幾厘米以上，粒子從經過第一束測徑激光到被 電離，飛行了相當長的距離，導致粒子電離率降低，并對氣溶膠進樣系統的聚焦準直性提高 了要求。
【發明內容】
[0004] 為了解決上述現有技術方案中的不足，本發明提供了一種檢測效率高、成本低、體 積小的基于單光源的顆粒物在線監測裝置。
[0005] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
[0006] -種基于單光源的顆粒物在線監測裝置，所述顆粒物在線監測裝置包括：
[0007] 單個光源，所述單個光源發出圓偏振光；
[0008] 雙折射晶體，所述圓偏振光穿過所述雙折射晶體，分出偏振方向相互垂直的兩束 線偏振光，并穿過檢測區域；
[0009]探測器，所述探測器用于將顆粒物分別經過所述兩束線偏振光的散射光信號轉換 為電信號，并分別送分析單元；
[0010] 分析單元，所述分析單元根據接收到的電信號而獲知檢測區域內顆粒物的粒徑。
[0011] 根據上述的顆粒物在線監測裝置，可選地，所述單個光源包括：
[0012]單個線偏振光光源；
[0013] 轉換器件，所述轉換器件用于將所述單個線偏振光光源的輸出光轉換為圓偏振 光。
[0014] 根據上述的顆粒物在線監測裝置，優選地，所述轉換器件是1波片。 4
[0015] 根據上述的顆粒物在線監測裝置，優選地，所述探測器為單個。
[0016] 根據上述的顆粒物在線監測裝置，可選地，所述顆粒物在線監測裝置進一步包括：
[0017] 成分分析單元，所述成分分析單元包括：
[0018] 電離光源，所述電離光源發出的電離光電離經過所述兩束線偏振光后的顆粒物；
[0019] 質量分析器，所述質量分析器用于分析離子化后的顆粒物，從而獲知顆粒物的成 分。
[0020] 根據上述的顆粒物在線監測裝置，優選地，所述電離光源為紫外脈沖激光器。
[0021] 本發明還提供了基于單光源的顆粒物在線監測方法，有效地提高了檢測效率、降 低了誤判率、運行成本。該發明目的是通過以下技術方案實現的：
[0022] 基于單光源的顆粒物在線監測方法，所述顆粒物在線監測方法包括以下步驟：
[0023] (A1)單個光源發出的圓偏振光穿過雙折射晶體，分出偏振方向相互垂直的兩束線 偏振光；
[0024] (A2)在檢測區域內，顆粒物分別通過所述兩束線偏振光，利用散射光信號獲得顆 粒物的通過時間，并送分析單元；
[0025] (A3)分析單元根據所述通過時間獲得顆粒物的粒徑。
[0026] 根據上述的顆粒物在線監測方法，優選地，在步驟(A3)中，所述分析單元利用通過 時間-粒徑的映射關系而獲的顆粒物的粒徑。
[0027] 根據上述的顆粒物在線監測方法，優選地，在步驟(A2)中，利用單個探測器檢測顆 粒物分別通過所述兩束線偏振光時的散射光信號，從而獲得所述通過時間。
[0028] 根據上述的顆粒物在線監測方法，可選地，所述顆粒物在線監測方法進一步包括 以下步驟：
[0029] (A4)電離光源發出的電離光電離經過所述兩束線偏振光后的顆粒物；
[0030] (A5)質量分析器分析離子化后的顆粒物，從而獲知顆粒物的成分。
[0031] 與現有技術相比，本發明具有的有益效果為：
[0032] 1.本發明創造性地利用了光的偏振特性，利用雙折射晶體將圓偏振光分成相距較 近的偏振方向相互垂直的兩束線偏振光，有效地降低了顆粒物飛行距離，提高粒子測徑效 率和電離率，減少同一事件誤判概率；
[0033] 2.本發明僅使用單個光源就可實現粒徑測量，降低了裝置成本和體積，同時也有 利于裝置調試；
[0034]進一步地，僅使用單個探測器，如光電倍增管，顯著地降低了裝置制造成本和運行 成本。
【附圖說明】
[0035]參照附圖，本發明的公開內容將變得更易理解。本領域技術人員容易理解的是:這 些附圖僅僅用于舉例說明本發明的技術方案，而并非意在對本發明的保護范圍構成限制。 圖中：
[0036] 圖1是根據本發明實施例的基于單光源的在線監測裝置的結構簡圖；
[0037] 圖2是根據本發明實施例的基于單光源的在線監測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0038]圖1-2和以下說明描述了本發明的可選實施方式以教導本領域技術人員如何實施 和再現本發明。為了教導本發明技術方案，已簡化或省略了一些常規方面。本領域技術人員 應該理解源自這些實施方式的變型或替換將在本發明的范圍內。本領域技術人員應該理解 下述特征能夠以各種方式組合以形成本發明的多個變型。由此，本發明并不局限于下述可 選實施方式，而僅由權利要求和它們的等同物限定。
[0039] 實施例1:
[0040] 圖1示意性地給出了本發明實施例的基于單光源的顆粒物在線監測裝置的結構簡 圖，如圖1所示，所述顆粒物在線監測裝置包括：
[0041 ]單個光源，所述單個光源發出圓偏振光;所述圓偏振光由所述單個光源直接發出， 或者先發出線偏振光再轉換為圓偏振光；
[0042]雙折射晶體，所述圓偏振光穿過所述雙折射晶體，分出偏振方向相互垂直的兩束 線偏振光，并穿過檢測區域；
[0043] 探測器，如光電倍增管，所述探測器用于將顆粒物分別經過所述兩束線偏振光的 散射光信號轉換為電信號，并分別送分析單元；
[0044] 分析單元，所述分析單元根據接收到的電信號而獲知檢測區域內顆粒物的粒徑， 具體為:利用探測器檢測顆粒物分別通過所述兩束線偏振光時的散射光信號，從而獲得所 述通過時間;再根據通過時間-粒徑的映射關系而獲的顆粒物的粒徑。
[0045] 圖2示意性地給出了本發明實施例的基于單光源的顆粒物在線監測方法的流程 圖，如圖2所示，所述顆粒物在線監測方法包括以下步驟：
[0046] (A1)單個光源發出的圓偏振光穿過雙折射晶體，分出偏振方向相互垂直的兩束線 偏振光;所述圓偏振光由所述單個光源直接發出，或者先發出線偏振光再轉換為圓偏振光；
[0047] (A2)在檢測區域內，顆粒物分別通過所述兩束線偏振光，利用散射光信號獲得顆 粒物的通過時間，并送分析單元；
[0048] (A3)分析單元根據所述通過時間獲得顆粒物的粒徑，具體為:利用探測器檢測顆 粒物分別通過所述兩束線偏振光時的散射光信號，從而獲得所述通過時間；再根據通過時 間-粒徑的映射關系而獲的顆粒物的粒徑。
[0049] 實施例2:
[0050] 根據本發明實施例1的在線監測裝置及方法在大氣監測中的應用例。
[0051] 如圖1所示，在該應用例中，所述單個光源包括:發出線偏振光的激光器1，會聚透 鏡2,反射鏡3,用于將線偏振光轉換為圓偏振光的1波片4;會聚透鏡5,雙折射晶體6,所述 4 探測器為單個光電倍增管;成分分析單元，包括:電離光源，如紫外脈沖激光器，電離光源發 出的電離光電離經過所述兩束線偏振光后的顆粒物;質量分析器用于分析離子化后的顆粒 物，從而獲知顆粒物的成分。
[0052]基于單光源的顆粒物在線監測方法，如圖2所示，所述顆粒物在線監測方法包括以 下步驟：
[0053] (A1)激光器發出線偏振光，之后穿過|波片，轉換出的圓偏振光穿過雙折射晶體， 4 分出偏振方向相互垂直的兩束線偏振光；
[0054] (A2)在檢測區域內，顆粒物分別通過所述兩束線偏振光，利用單個探測器檢測顆 粒物分別通過所述兩束線偏振光時的散射光信號，從而獲得所述通過時間；
[0055] (A3)分析單元利用通過時間-粒徑的映射關系而獲的顆粒物的粒徑；
[0056] (A4)電離光源發出的電離光電離經過所述兩束線偏振光后的顆粒物；
[0057] (A5)質量分析器分析離子化后的顆粒物，從而獲知顆粒物的成分。
【主權項】
1. 一種基于單光源的顆粒物在線監測裝置，其特征在于:所述顆粒物在線監測裝置包 括： 單個光源，所述單個光源發出圓偏振光； 雙折射晶體，所述圓偏振光穿過所述雙折射晶體，分出偏振方向相互垂直的兩束線偏 振光，并穿過檢測區域； 探測器，所述探測器用于將顆粒物分別經過所述兩束線偏振光的散射光信號轉換為電 信號，并分別送分析單元； 分析單元，所述分析單元根據接收到的電信號而獲知檢測區域內顆粒物的粒徑。2. 根據權利要求1所述的顆粒物在線監測裝置，其特征在于:所述單個光源包括： 單個線偏振光光源； 轉換器件，所述轉換器件用于將所述單個線偏振光光源的輸出光轉換為圓偏振光。3. 根據權利要求2所述的顆粒物在線監測裝置，其特征在于:所述轉換器件是^波片。 44. 根據權利要求1所述的顆粒物在線監測裝置，其特征在于:所述探測器為單個。5. 根據權利要求1所述的顆粒物在線監測裝置，其特征在于:所述顆粒物在線監測裝置 進一步包括： 成分分析單元，所述成分分析單元包括： 電離光源，所述電離光源發出的電離光電離經過所述兩束線偏振光后的顆粒物； 質量分析器，所述質量分析器用于分析離子化后的顆粒物，從而獲知顆粒物的成分。6. 根據權利要求5所述的顆粒物在線監測裝置，其特征在于:所述電離光源為紫外脈沖 激光器。7. 基于單光源的顆粒物在線監測方法，所述顆粒物在線監測方法包括以下步驟： (Al)單個光源發出的圓偏振光穿過雙折射晶體，分出偏振方向相互垂直的兩束線偏振 光； (A2)在檢測區域內，顆粒物分別通過所述兩束線偏振光，利用散射光信號獲得顆粒物 的通過時間，并送分析單元； (A3)分析單元根據所述通過時間獲得顆粒物的粒徑。8. 根據權利要求7所述的顆粒物在線監測方法，其特征在于:在步驟(A3)中，所述分析 單元利用通過時間-粒徑的映射關系而獲的顆粒物的粒徑。9. 根據權利要求7所述的顆粒物在線監測方法，其特征在于:在步驟(A2)中，利用單個 探測器檢測顆粒物分別通過所述兩束線偏振光時的散射光信號，從而獲得所述通過時間。10. 根據權利要求7所述的顆粒物在線監測方法，其特征在于:所述顆粒物在線監測方 法進一步包括以下步驟： (A4)電離光源發出的電離光電離經過所述兩束線偏振光后的顆粒物； (A5)質量分析器分析離子化后的顆粒物，從而獲知顆粒物的成分。
【文檔編號】G01N15/02GK106018197SQ201610525206
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月1日
【發明人】張漢君, 李園園, 華道柱, 黃偉, 葉華俊
【申請人】聚光科技(杭州)股份有限公司