專利名稱：一種基于顆粒物飛行時(shí)間的大氣顆粒物質(zhì)量濃度反演方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大氣顆粒物質(zhì)量濃度實(shí)時(shí)測量方法，屬于大氣環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國大部分地區(qū)特別是發(fā)達(dá)城市和地區(qū)的霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，人們對(duì)空氣質(zhì)量越來越重視。形成灰霾天氣的主要原因是大氣顆粒物濃度上升，特別是PM2.5濃度的上升，引起空氣質(zhì)量惡化和能見度急劇下降等不利影響?；姻蔡鞖庵蓄w粒物的粒徑大小與人體健康有著密切的關(guān)系，它決定其最終進(jìn)入呼吸道的部位及沉積量。灰霾天氣中的有毒、有害顆粒物散播在空氣中，對(duì)人類和生態(tài)系統(tǒng)會(huì)造成不同程度的危害。當(dāng)前，大氣顆粒物的檢測已成為環(huán)境、氣候和健康等領(lǐng)域的重要內(nèi)容。目前，大氣顆粒物監(jiān)測的主要測量方法有:振蕩天平法、Beta射線法、光散射法。振蕩天平法可以直接測量顆粒物的濃度，與顆粒物粒徑、顏色等無關(guān)，但是其受采樣溫度、濕度、振動(dòng)、噪聲等影響比較大，特別是采樣過程中大氣顆粒物中揮發(fā)性有機(jī)物損失引起測量誤差較大。Beta射線法與顆粒物的種類、粒徑、形狀、顏色和化學(xué)組成等無關(guān)，只與粒子的質(zhì)量有關(guān)，但受射線源、濾紙個(gè)體差別影響很大。另外，振蕩天平法和Beta射線法都要配合PM10，PM2.5等切割器，由于切割器的誤差也會(huì)造成測量結(jié)果誤差。并且，振蕩天平法和Beta射線法無法給出大氣顆粒物各粒徑的數(shù)濃度和粒徑分布信息，而這兩個(gè)參數(shù)都是影響人體健康的重要參數(shù)之一。光散射法是通過測量顆粒物受光照射后發(fā)出的散射光信號(hào)的強(qiáng)度大小來測量顆粒物的質(zhì)量濃度。目前，基于光散射法的大氣顆粒物計(jì)數(shù)儀較多，如德國Grimm公司的1.109、美國TSI公司的3330和美國Metone公司的3413等。光散射法測顆粒物的質(zhì)量濃度主要是通過特定角度的散射光強(qiáng)大小來測量顆粒物光學(xué)粒徑，并進(jìn)一步反演顆粒物的質(zhì)量濃度，激光器光 強(qiáng)的波動(dòng)、粒子的折射率和幾何形狀的不同均會(huì)引起測量誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明技術(shù)解決問題:克服上述的問題的不足，提供一種基于顆粒物飛行時(shí)間的大氣顆粒物質(zhì)量濃度反演方法，能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、在線、可連續(xù)的大氣顆粒物質(zhì)量濃度監(jiān)測，能同時(shí)測量PM10、PM2.5、PMl的質(zhì)量濃度，并給出大氣顆粒物粒徑分布。本發(fā)明的技術(shù)實(shí)施方案:在空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀的基礎(chǔ)上，一種基于顆粒物飛行時(shí)間的大氣顆粒物質(zhì)量濃度反演方法，實(shí)現(xiàn)步驟如下:(I)、由空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀可以測出顆粒物在雙光斑的飛行時(shí)間，根據(jù)雙光斑的距離L計(jì)算出粒子的飛行速度，公式如下:
權(quán)利要求
1.一種基于顆粒物飛行時(shí)間的大氣顆粒物質(zhì)量濃度反演方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)步驟如下: (1)通過空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀測量得到的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)動(dòng)量守恒定律、空氣動(dòng)力學(xué)和流體力學(xué)原理得出粒子飛行速度與單個(gè)粒子的質(zhì)量的關(guān)系式，公式如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于顆粒物飛行時(shí)間的大氣顆粒物質(zhì)量濃度反演方法，其特征在于:所述步驟(I)的系統(tǒng)標(biāo)定系數(shù)方法如下: (11)用標(biāo)準(zhǔn)氣溶膠粒子發(fā)生器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)顆粒物，標(biāo)準(zhǔn)氣溶膠粒子發(fā)生器的小孔選擇20 μ m,利用DOP溶液產(chǎn)生20組不同溶液濃度的標(biāo)準(zhǔn)顆粒物； (12)利用空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀測量出步驟(11)所述得到的20組不同溶液濃度的標(biāo)準(zhǔn)顆粒物的飛行時(shí)間，由飛行時(shí)間計(jì)算出飛行速度，計(jì)算出步驟(11)中所述得到的20組不同溶液濃度的標(biāo)準(zhǔn)顆粒物的質(zhì)量，粒子質(zhì)量由下式計(jì)算:
全文摘要
一種基于顆粒物飛行時(shí)間的大氣顆粒物質(zhì)量濃度反演方法，在空氣動(dòng)力學(xué)粒譜儀的基礎(chǔ)上根據(jù)飛行速度和采樣流量可以反演出顆粒物的質(zhì)量濃度。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)粒譜儀的工作原理，顆粒通過加速噴口后，在氣流軌跡上的任意一點(diǎn)，每種粒徑的顆粒物都有唯一速度up，通過飛行時(shí)間可以得出粒子的飛行速度。由動(dòng)量守恒定理、空氣動(dòng)力學(xué)和流體力學(xué)原理可以得出粒子的飛行速度與質(zhì)量關(guān)系，因此通過飛行速度和采樣流量可以反演出顆粒物的質(zhì)量濃度。本發(fā)明根據(jù)顆粒物的動(dòng)力學(xué)特征反演出大氣顆粒物的質(zhì)量濃度；提供一種能準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、在線測量大氣顆粒物質(zhì)量濃度的反演算法。
文檔編號(hào)G01N15/02GK103234882SQ20131013928
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月21日
發(fā)明者桂華僑, 李德平, 劉建國, 程寅, 王杰, 陸亦懷, 伍德俠 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院