基于能量陷阱法的氣溶膠顆粒采樣檢測方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣溶膠顆粒采樣檢測裝置與方法，用于對一定量的氣溶膠中的氣溶膠顆粒進行采樣和檢測。本發(fā)明的采樣檢測裝置包括激光器、空間光調制器和檢測腔體；激光器發(fā)射激光到空間光調制器(4)上；空間光調制器對激光進行調制后輸出到所述檢測腔體中；檢測腔體(8)容納有氣溶膠，入射到該檢測腔體中的激光在其中形成一個空間光能量陷阱場；空間光能量陷阱場包括多個光瓶，所述光瓶是一種周圍為亮區(qū)、中心為暗區(qū)的空間瓶狀結構，光瓶能夠選擇性的將尺寸與光瓶同一尺寸量級的氣溶膠顆粒束縛于其中。本發(fā)明結構簡單、攜帶方便，檢測尺寸范圍廣，可實現(xiàn)對不同大小氣溶膠顆粒的實時測定。
【專利說明】基于能量陷阱法的氣溶膠顆粒采樣檢測方法與裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境大氣采集及監(jiān)測【技術領域】，具體涉及實時測量大氣中吸光性氣溶膠顆粒的粒徑分布和濃度的氣溶膠顆粒采樣檢測方法與裝置。本發(fā)明可應用于大氣中吸光性PM2.5顆粒的采集與檢測。
【背景技術】
[0002]大氣環(huán)境對人們的健康有著至關重要的影響,大氣中的可吸入顆粒物一直是大氣環(huán)境監(jiān)測的重點。包含有顆粒物體的大氣可以看作是一種氣溶膠。
[0003]氣溶膠是指由固體或液體顆粒分散并懸浮在氣體介質中形成的膠體分散體系，又稱氣體分散體系。其分散相為固體或液體顆粒，其大小為0.001?100微米，分散介質為氣體。氣溶膠顆粒是指分散并懸浮在氣體介質中的固體或液體顆粒。用于衡量大氣中包含的顆粒物的多少有多種指標，例如PMio和PM2.5，其是根據(jù)顆粒物的粒徑大小來定義的。
[0004]PM2.5顆粒是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱可入肺顆粒物。由于其粒徑小，因此非常容易攜帶大量的病毒、細菌等有害物質，且不容易沉淀，在空氣中停留時間長，輸送距離遠，被吸入人體后會直接進入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。
[0005]對于PM2.5的測定來說，目前已有的PM2.5測定方法主要有重量法、β射線法和微量振蕩天平法等方法。重量法是將ΡΜ2.5顆粒直接截留到濾膜上，然后用天平稱重。重量法是最直接最可靠的方法，是驗證其他方法是否準確的標桿，但是，需要人工稱重，程序繁瑣費時。β射線法是將ΡΜ2.5顆粒收集到濾紙上，然后照射一束β射線，β射線穿過濾紙和顆粒物時由于被散射而衰減，衰減的程度和ΡΜ2.5的重量成正比，根據(jù)射線衰減就可以計算出ΡΜ2.5顆粒的重量，從而算出濃度。這種方法假設儀器的采樣濾膜條帶均一和采集的ΡΜ2.5顆粒物理性質均一，且其對β射線的強度衰減率相同。但是現(xiàn)實中，該假設往往不成立，因此數(shù)據(jù)一般也被認為存在偏差，并且該方法在潮濕高溫區(qū)域故障率高。微量振蕩天平法使用一頭粗一頭細的空心玻璃管，將粗頭固定，將細頭裝有濾芯。大氣樣品從粗頭進并從細頭出，ΡΜ2.5就被截留在濾芯上。在電場的作用下，細頭以一定頻率振蕩，該頻率和細頭重量的平方根成反比。于是，根據(jù)振蕩頻率的變化，就可以算出收集到的ΡΜ2.5的重量，從而算出濃度。采用該方法時，樣品揮發(fā)性和半揮發(fā)性物質會有損失，需要加裝膜動態(tài)測量系統(tǒng)(FDMS)進行校準，且需要更換FDMS透水膜，材料成本昂貴，且需要專業(yè)技術人員操作至少半天時間。
[0006]由此可見，現(xiàn)有的以ΡΜ2.5顆粒代表的氣溶膠顆粒的測定方法都需要將待測氣體先經過顆粒采樣切割器，將特定粒徑范圍之外的顆粒截口，使特定粒徑范圍內的顆粒通過，再對該氣溶膠在該粒徑范圍內的顆粒數(shù)量或濃度進行測定。

【發(fā)明內容】

[0007](一 )要解決的技術問題[0008]本發(fā)明所要解決的技術問題提出一種基于能量陷阱法的氣溶膠顆粒的采樣檢測方法和裝置，可檢測具有確定上下限的尺寸區(qū)間的氣溶膠顆粒，以解決現(xiàn)有的氣溶膠顆粒的采樣檢測方法和裝置必需采樣切割器，并且設備結構復雜、需更換濾紙、操作繁瑣以及只能檢測低于某一上限尺寸的氣溶膠顆粒的問題。
[0009]( 二 )技術方案
[0010]為解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種氣溶膠顆粒采樣檢測裝置，用于對一定量的氣溶膠中的氣溶膠顆粒進行采樣和檢測，該采樣檢測裝置包括激光器、空間光調制器和檢測腔體；所述激光器用于發(fā)射激光到空間光調制器上；所述空間光調制器對激光進行調制后輸出到所述檢測腔體中；所述檢測腔體容納有氣溶膠，入射到該檢測腔體中的激光在其中形成一個空間光能量陷阱場；其中，該空間光能量陷阱場包括多個光瓶，所述光瓶能夠選擇性的將尺寸與光瓶同一尺寸量級的氣溶膠顆粒束縛于其中。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，所述空間光能量陷阱場是一個空間散班場或者是一種空間光晶格結構。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，所述采樣檢測裝置還包括照明光源和光電檢測器，所述照明光源用于發(fā)出照明光，該照明光照射到所述空間光能量陷阱區(qū)域中的被束縛的氣溶膠顆粒；所述光電檢測器用于對所述被束縛的氣溶膠顆粒進行成像，并對成像信息實時記錄，該成像信息可用于計算所束縛的氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，所述采樣檢測裝置還包括一個濾光片，其位于所述照明光源與所述空間光能量陷阱場與所述光電檢測器之間，用于濾除所述激光器發(fā)出波長的激光。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，所述激光器發(fā)射的激光和所述照明光源發(fā)射的照明光均通過一個分光棱鏡入射到所述檢測腔體內。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，所述檢測腔體具有氣流入口和氣流出口，分別用于流入和流出氣溶膠，以便一定量的氣溶膠通過所述空間光能量陷阱場。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，所述光能量陷講場的尺寸在0.Ιμπι?4.5μηι之間，所述成像信息用于圖像識別束縛的氣溶膠顆粒中粒徑小于或等于2.5μπι的顆粒。
[0017]本發(fā)明還提出一種氣溶膠顆粒采樣檢測方法，用于對一定量的氣溶膠中的氣溶膠顆粒進行采樣和檢測，包括如下步驟:發(fā)射激光到一個空間光調制器上；該空間光調制器對所述激光進行調制后輸出到一個容納有氣溶膠的檢測腔體中，在該檢測腔體中形成一個空間光能量陷阱場；其中該空間光能量陷阱場包括多個光瓶，所述光瓶能夠選擇性的將尺寸與光瓶同一尺寸量級氣溶膠顆粒束縛于其中。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，該方法還包括如下步驟:將照明光照射到所述空間光能量陷阱場；對所述被束縛的氣溶膠顆粒散射的照明光進行成像和記錄；對成像的圖像進行識別，根據(jù)識別結果計算所述氣溶膠中所需檢測的氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，該方法還包括如下步驟:在采樣和檢測之前，標定各尺寸的空間光能量陷阱下被束縛的氣溶膠顆粒的百分比與氣溶膠顆粒尺寸的關系，以及所采樣的氣溶膠中氣溶膠顆粒的密度；根據(jù)識別結果計算所述氣溶膠中所需檢測的氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量的步驟為:根據(jù)光瓶的尺寸以及所述標定的各尺寸的光瓶所束縛的氣溶膠顆粒的百分比與氣溶膠顆粒尺寸的關系，計算氣溶膠中的所需檢測的氣溶膠顆粒的數(shù)量和尺寸，再根據(jù)所采樣的氣溶膠中氣溶膠顆粒的密度，計算氣溶膠中所需檢測的氣溶膠顆粒的質量，將該質量除以流過氣溶膠的體積，從而得出被束縛的氣溶膠顆粒的濃度。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一種【具體實施方式】，控制所述光瓶的尺寸在0.1 μ m?4.5 μ m之間變化，通過圖像識別被束縛的氣溶膠顆粒中粒徑小于或等于2.5μπι的顆粒。
[0021](三)有益效果
[0022]本發(fā)明利用空間光能量陷阱場形成的許多微小光瓶束縛氣溶膠顆粒，其優(yōu)點有:(I)本發(fā)明的探測光路結構簡單，容易實現(xiàn)；(2)本發(fā)明通過改變空間光調制器各像素單元的參數(shù)，可實現(xiàn)對不同大小顆粒的檢測，檢測顆粒尺寸范圍廣；(3)可實現(xiàn)實時檢測，人工操作量?。?4)本發(fā)明裝置體積小重量輕，攜帶方便；(5)本發(fā)明可連續(xù)實現(xiàn)對多級尺寸氣溶膠顆粒實時監(jiān)測，可應用在ΡΜ2.5顆粒檢測方面。(6)本發(fā)明不需要采樣切割器，可檢測確定上下限的尺寸區(qū)間的氣溶膠顆粒的濃度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是空間光調制器的工作原理示意圖；
[0024]圖2示出了由空間光調制器產生的能量陷阱場的光瓶結構；
[0025]圖3示出了由空間光調制器產生的空間光晶格結構的光瓶結構；
[0026]圖4是本發(fā)明的基于能量陷阱的氣溶膠顆粒采樣檢測裝置的實施例1的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為實現(xiàn)對一定量的氣溶膠中的氣溶膠顆粒尺寸和數(shù)量的采樣和檢測，本發(fā)明利用空間光調制器產生空間光能量陷阱場來束縛氣溶膠顆粒。
[0028]本發(fā)明的原理如下:空間光能量陷阱對具有吸光性的微小顆粒具有束縛作用。光能量陷阱為周圍亮區(qū)，中心暗區(qū)的光場。當氣溶膠顆粒進入空間光能量陷阱區(qū)域時，受光照射一面吸光溫度升高，與該面相接觸的氣體分子的溫度也相應升高。顆粒周圍的氣體分子在不停的做布朗運動撞向顆粒并被反彈。由于吸光面處的氣體分子的溫度比未吸光面處的氣體溫度高，因此吸光面處的氣體分子布朗運動強烈，撞擊氣溶膠顆粒產生的推力更大，使得整個氣溶膠顆粒被推到暗區(qū)，也就是光能量陷阱的中心區(qū)域，因此可以將氣溶膠顆粒束縛在能量陷阱中心區(qū)域?？臻g光能量陷阱場包括多個光瓶(一種周圍亮區(qū)中心暗區(qū)的空間瓶狀結構)，光瓶能夠選擇性的將尺寸與光瓶同一尺寸量級的氣溶膠顆粒束縛于其中。
[0029]空間光調制器是一種能將信息加載于一維或兩維的光學數(shù)據(jù)場上，以便有效的利用光的固有速度、并行性和互連能力的器件。這類器件可在隨時間變化的電驅動信號或其他信號的控制下，改變空間上光分布的振幅或強度、相位、偏振態(tài)以及波長，或者把非相干光轉化成相干光。由于它的這種性質，可作為實時光學信息處理、光計算和光學神經網絡等系統(tǒng)中構造單元或關鍵的器件。
[0030]空間光調制器可用來產生空間光能量陷阱場，以束縛不同尺寸的氣溶膠顆粒。由此，利用空間光調制器能夠采樣和檢測一定量氣溶膠中氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量。
[0031]圖1是空間光調制器的工作原理示意圖?？臻g光調制器的寫入信號可以是光信號也可以是電信號。照明整個器件并被調至的輸入光波被稱為讀出光，本專利中讀出光為照射到空間光調制器上的激光；經過空間光調制器調制后出射的光波稱為輸出光，用于形成空間光能量陷阱場?？臻g光調制器一般按照讀出光的讀出方式不同，可以分為透射式和反射式兩種。如圖1所示，左圖示出了透射式空間光調制器，右圖示出了反射式空間光調制器，對于透射式空間光調制器來說，讀出光和輸出光位于空間光調制器的兩側，讀出光經空間光調制器調制后透射出來形成輸出光；對于反射式空間光調制器來說，讀出光和輸出光位于空間光調制器的同側，讀出光經空間光調制器調制后被反射出來形成輸出光。
[0032]不同的寫入信號對應著不同的空間光能量陷阱楊，可見，通過改變空間光調制器的寫入信號，可以改變其產生的光能量陷阱場的光瓶的尺寸，由此可對不同尺寸區(qū)間的氣溶膠顆粒進行束縛。
[0033]本發(fā)明使激光器發(fā)出連續(xù)激光束經擴束、準直后照射到一個空間光調制器上，由空間光調制器對光進行調制后輸出，再經會聚，在一個檢測腔體內部形成一個穩(wěn)定的空間光能量陷阱場。如前所述，空間光能量陷阱場是一種光瓶結構，即包括多個光瓶，光瓶能夠選擇性的將尺寸與光瓶尺寸同量級的氣溶膠顆粒束縛于其中，而其他大小的顆粒則較易流出，從而實現(xiàn)對一定粒徑的氣溶膠顆粒采樣。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，光瓶束縛的氣溶膠顆粒的數(shù)量在尺寸上的分布接近以光瓶尺寸為中心的正態(tài)分布，因此被束縛的大部分粒子集中在光瓶尺寸附近。
[0034]通過對檢測腔體內的空間光能量陷阱場進行成像，將成像信息通過一個光電檢測器(例如CCD)進行實時記錄，并將記錄的成像信息輸入到外部信息處理裝置通過外部信息處理裝置對圖像進行識別，獲得被束縛氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量。通過提前標定各尺寸的光瓶所束縛的氣溶膠顆粒的百分比與顆粒尺寸的關系，可以得到流過氣體中各尺寸氣溶膠顆粒的全部數(shù)量和粒徑分布，并通過提前標定的顆粒的密度，可以計算出流過氣體中該尺寸顆粒的質量，將該質量除以流過氣溶膠的體積，從而得出被束縛的氣溶膠顆粒的濃度。
[0035]空間散斑場可以有不同的形態(tài)，根據(jù)本發(fā)明，其可以是一種空間散班場，也可以是一種空間光晶格結構，取決于寫入信號的不同。當空間光調制器的寫入信號模擬毛玻璃散射片時，即經過空間光調制器透射或反射后的光與激光透過毛玻璃散射片后的空間光場相同，光能量陷阱場呈現(xiàn)為空間散班場；當空間光調制器的寫入信號模擬正光光柵時，即經過空間光調制器透射或反射后的光與激光透過正交光柵后的空間光場相同，光能量陷阱場呈現(xiàn)為空間光晶格結構。需要指出的是，空間光調制器產生的空間光能量陷阱場也可以是其他各種能量陷阱場結構，只要這種能量陷阱場結構能夠用來束縛氣溶膠顆粒就可以實現(xiàn)本發(fā)明。
[0036]圖2示出了由空間光調制器產生的空間散斑場的光瓶結構。圖2中條狀物體代表亮區(qū)，球形物體代表被束縛在能量陷阱中的氣溶膠顆粒，其被束縛在暗區(qū)。圖3示出了由空間光調制器產生的空間光晶格結構的光瓶結構，圖3中的(a)、(b)、(C)圖是從不同角度觀察到的光晶格的空間強度分布，圖中的亮點表示亮區(qū)，暗點表示暗區(qū)，氣溶膠顆?？杀皇`在暗區(qū)中。
[0037]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0038]實施例1、基于空間光能量陷阱法的氣溶膠顆粒采樣檢測裝置及方法
[0039]圖4是本發(fā)明的基于能量陷阱的氣溶膠顆粒采樣檢測裝置的實施例1的結構示意圖。
[0040]如圖4所示，所述裝置包括激光器1、擴束鏡2、第一透鏡3、空間光調制器4、分光棱鏡5、照明光源6、第二透鏡7、檢測腔體8、第三透鏡9、濾光片10、(XD11。該實施例中使用CCD來作為光電檢測器。
[0041]其中，激光器I發(fā)出的連續(xù)激光束經擴束鏡2擴束，再經第一透鏡3準直后，照射到空間光調制器4上，空間光調制器4對激光進行調制后輸出。對于透射式空間光調制器，激光透射后輸出；對于反射式空間光調制器，激光反射后輸出。圖4中僅顯示的空間光調制器4為透射式的情況，對于反射式空間光調制器，其光路圖與圖4類似。接著，從空間光調制器4輸出的激光透過分光棱鏡5，又經第二透鏡7會聚在檢測腔體8內。
[0042]檢測腔體8具有一定的容積，能夠容納有一定量的氣溶膠，并且其具有一個氣流入口和一個氣流出口，氣溶膠能夠從氣流入口流入，從氣流出口流出。
[0043]由此，經過空間光調制后的激光在檢測腔體8內部形成一個穩(wěn)定的空間光能量陷阱場。在采樣檢測氣溶膠顆粒時，使一定量的氣溶膠通過該檢測腔體8，通過檢測腔體8的氣溶膠中的氣溶膠顆粒將被該光能量陷阱場束縛。
[0044]圖4中的照明光源6是一個白光光源，用于發(fā)出照明光，照明光經分光棱鏡5和第二物鏡7照射到空間光能量陷阱區(qū)域，起到照明被束縛氣溶膠顆粒的作用。第三透鏡9和濾光片10位于空間光能量陷阱場區(qū)域與CXDll之間，被氣溶膠顆粒散射的照明光經第三透鏡9和濾光片10后被CCDll接收。其中濾光片能濾掉激光器I所發(fā)出波長的光，其他波長的光(照明光)可透過。由此，透過濾光片的照明光被氣溶膠顆粒散射，使得氣溶膠顆粒能夠在CCD靶面進行成像，CCDll對成像信息進行實時記錄，并將記錄的成像信息輸出到一個外部的信息處理裝置(圖中未示出)，外部信息處理裝置例如是具有圖像處理功能的電腦。
[0045]外部信息處理裝置通過圖像識別，可實時記錄被束縛氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量。
[0046]由于并不是所有滿足條件的氣溶膠顆粒都能被束縛，因此需要事先對于每個尺寸的光瓶束縛的氣溶膠顆粒進行標定，獲得該尺寸的空間光能量陷阱所束縛的氣溶膠顆粒占氣溶膠中所有氣溶膠顆粒的百分比與氣溶膠顆粒尺寸的關系。
[0047]通過提前標定各尺寸的光瓶束縛的氣溶膠顆粒的百分比與氣溶膠顆粒尺寸的關系，可以得到流過氣體中各尺寸氣溶膠顆粒的全部數(shù)量和粒徑分布，并通過提前標定氣溶膠顆粒的密度，可以計算出流過氣體中氣溶膠顆粒的質量，將該質量除以流過氣溶膠的體積，從而得出被束縛的氣溶膠顆粒的濃度。
[0048]由此也可以看出，根據(jù)本發(fā)明，通過提前對各種尺寸的氣溶膠顆粒的被光瓶束縛的百分比，理論上可以測定任意尺寸區(qū)間的氣溶膠顆粒的濃度，包括給定的具有確定上下限尺寸區(qū)間的氣溶膠顆粒的濃度。
[0049]根據(jù)本發(fā)明，可以每采集一段時間就改變空間光調制器的寫入信號，使得產生的空間光能量陷阱場的光瓶的尺寸以一定增量或減量變化，以此實現(xiàn)對較大尺度范圍內的氣溶膠顆粒數(shù)量和尺寸檢測。
[0050]實施例2、基于空間光能量陷阱法實時測定PM2.5顆粒的測定裝置及方法
[0051]實施例2采用的裝置結構與實施例1相同，在該實施例2中，調節(jié)空間光調制器4的寫入信號，此時CCD 11記錄束縛到的氣溶膠顆粒的圖像，并將圖像輸入外部信息處理裝置進行處理。[0052]考慮到被空間光能量場捕獲并束縛的氣溶膠顆粒的數(shù)量關于其尺寸成一種類似于正態(tài)分布的分布，且分布中心為光瓶的尺寸，因此，當測量PM2.5時，可以使得產生的光能量陷阱的尺寸在0.1 μ m?4.5um的范圍內變化，優(yōu)選為在0.1 μ m?2.5 μ m之間，更優(yōu)選為1.7 μ m?1.9 μ m,例如1.7 μ m。由此,粒徑小于或等于2.5 μ m的大部分氣溶膠顆粒能夠被束縛，這部分粒子可通過圖像識別記錄下來。
[0053]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，可以每采集一段時間就改變空間光調制器的寫入信號，使得產生的光瓶尺寸以一定增量或減量變化，以此實現(xiàn)對較大尺度范圍內的氣溶膠顆粒數(shù)量和尺寸檢測。在該實施例中，我們可以改變寫入信號，使得空間光能量陷阱的尺寸從
0.1至1.7 μ m，以0.1 μ m的步長連續(xù)變化，由此，可以使空間光能量陷阱束縛大部分粒徑小于PM2.5顆粒。
[0054]通過外部信息處理裝置的圖像識別，得到被束縛氣溶膠顆粒中的粒徑小于或等于
2.5 μ m的氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量。通過提前標定PM2.5顆粒能被束縛的百分比與顆粒尺寸的關系，可以得到流過氣體中PM2.5顆粒的全部數(shù)量和粒徑分布，并通過提前標定顆粒的密度，從而計算出被流過氣溶膠中PM2.5顆粒的質量，將該質量除以流過氣溶膠的體積，得到PM2.5顆粒濃度。
[0055]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種氣溶膠顆粒采樣檢測裝置，用于對一定量的氣溶膠中的氣溶膠顆粒進行采樣和檢測，其特征在于，該采樣檢測裝置包括激光器(I)、空間光調制器(4)和檢測腔體(8)； 所述激光器(I)用于發(fā)射激光到空間光調制器(4)上； 所述空間光調制器(4)對激光進行調制后輸出到所述檢測腔體(8)中； 所述檢測腔體(8)容納有氣溶膠，入射到該檢測腔體(8)中的激光在其中形成一個空間光能量陷阱場；其中， 該空間光能量陷講場包括多個光瓶，所述光瓶能夠選擇性的將尺寸與光瓶同一尺寸量級的氣溶膠顆粒束縛于其中。
2.如權利要求1所述的氣溶膠顆粒采樣檢測裝置，其特征在于，所述空間光能量陷阱場是一個空間散班場或者是一種空間光晶格結構。
3.如權利要求2所述的氣溶膠顆粒采樣檢測裝置，其特征在于，所述采樣檢測裝置還包括照明光源(6)和光電檢測器(11)， 所述照明光源(6)用于發(fā)出照明光，該照明光照射到所述空間光能量陷阱區(qū)域中的被束縛的氣溶膠顆粒； 所述光電檢測器(11)用于對所述被束縛的氣溶膠顆粒進行成像，并對成像信息實時記錄，該成像信息可用于計算所束縛的氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量。
4.如權利要求3所述的氣溶膠顆粒采樣檢測裝置，其特征在于，所述采樣檢測裝置還包括一個濾光片(10)，其位于所述照明光源(6)與所述空間光能量陷阱場與所述光電檢測器(11)之間，用于濾除所述 激光器(I)發(fā)出波長的激光。
5.如權利要求4所述的氣溶膠顆粒采樣檢測裝置，其特征在于，所述激光器(I)發(fā)射的激光和所述照明光源(6)發(fā)射的照明光均通過一個分光棱鏡(5)入射到所述檢測腔體(8)內。
6.如權利要求1所述的氣溶膠顆粒采樣檢測裝置，其特征在于，所述檢測腔體(8)具有氣流入口和氣流出口，分別用于流入和流出氣溶膠，以便一定量的氣溶膠通過所述空間光能量陷阱場。
7.如權利要求1-6中任一項所述的氣溶膠顆粒采樣檢測裝置，其特征在于，所述光能量陷阱場的尺寸在0.1 μ m~4.5 μ m之間，所述成像信息用于圖像識別束縛的氣溶膠顆粒中粒徑小于或等于2.5 μ m的顆粒。
8.一種氣溶膠顆粒采樣檢測方法，用于對一定量的氣溶膠中的氣溶膠顆粒進行采樣和檢測，其特征在于，包括如下步驟: 發(fā)射激光到一個空間光調制器上； 該空間光調制器對所述激光進行調制后輸出到一個容納有氣溶膠的檢測腔體中，在該檢測腔體中形成一個空間光能量陷阱場；其中 該空間光能量陷講場包括多個光瓶，所述光瓶能夠選擇性的將尺寸與光瓶同一尺寸量級氣溶膠顆粒束縛于其中。
9.如權利要求8所述的氣溶膠顆粒采樣檢測方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟: 將照明光照射到所述空間光能量陷阱場； 對所述被束縛的氣溶膠顆粒散射的照明光進行成像和記錄；對成像的圖像進行識別，根據(jù)識別結果計算所述氣溶膠中所需檢測的氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量。
10.如權利要求9所述的氣溶膠顆粒采樣檢測方法，其特征在于，該方法還包括如下步驟: 在采樣和檢測之前，標定各尺寸的空間光能量陷阱下被束縛的氣溶膠顆粒的百分比與氣溶膠顆粒尺寸的關系，以及所采樣的氣溶膠中氣溶膠顆粒的密度； 根據(jù)識別結果計算所述氣溶膠中所需檢測的氣溶膠顆粒的尺寸和數(shù)量的步驟為:根據(jù)光瓶的尺寸以及所述標定的各尺寸的光瓶所束縛的氣溶膠顆粒的百分比與氣溶膠顆粒尺寸的關系，計算氣溶膠中的所需檢測的氣溶膠顆粒的數(shù)量和尺寸，再根據(jù)所采樣的氣溶膠中氣溶膠顆粒的密度，計算氣溶膠中所需檢測的氣溶膠顆粒的質量，將該質量除以流過氣溶膠的體積，從而得出被束縛的氣溶膠顆粒的濃度。
11.如權利要求10所述的氣溶膠顆粒采樣檢測方法，其特征在于，控制所述光瓶的尺寸在0.1μm~4.5μ m之間變化,通過圖像識別被束縛的氣溶膠顆粒中粒徑小于或等于.2.5 μ m的顆粒。
【文檔編號】G01N15/14GK103698153SQ201210366305
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年9月27日 優(yōu)先權日:2012年9月27日
【發(fā)明者】張青川, 張志剛, 劉豐瑞, 劉爽, 程騰, 張勇, 伍小平 申請人:南京中迅微傳感技術有限公司