顆粒物光散射測量系統及方法
【專利摘要】一種顆粒物光散射測量系統，包括散射測量室、光源、散射光探測器、數據采集分析模塊、光源起偏裝置及多個散射光檢偏裝置。所述散射測量室包括光通道及顆粒物進樣通道，所述光通道的中心線和所述顆粒物進樣通道的中心線相交于一交匯點。所述光源安裝于所述散射測量室一側。所述光源起偏裝置位于所述散射測量室及所述光源之間。所述多個散射光檢偏裝置位于以所述交匯點為起點與所述光通道的中心線成不同角度位置上，所述散射光探測器對應所述多個散射光檢偏裝置設置，用于接收來自所述多個散射光檢偏裝置的光線。本發明還提供一種顆粒物光散射測量方法。本發明是基于顆粒物多角度散射法對顆粒物測量，可測定顆粒物的粒徑及屬性。
【專利說明】
顆粒物光散射測量系統及方法
技術領域
[0001]本發明涉及顆粒物量測領域，特別涉及一種顆粒物光散射測量系統及方法。【背景技術】
[0002]近年來，倍受社會矚目的大氣“灰霾”問題引起了國際社會以及我國政府的高度重視，國務院緊急出臺的“大氣污染防治行動計劃”明確指出地方政府要對空氣質量負總責， 要求空氣污染較重的城市要率先開展大氣顆粒物來源解析工作，為大氣污染防治和管理提供技術支撐。
[0003]傳統的顆粒物來源解析的方法主要有質譜、離子色譜(IC)、X射線、熱光等方法，其中以質譜和離子色譜分析方法得到的顆粒物成份信息最為全面，但它們多采用離線的方式，前期處理工作較麻煩，還導致某些成分失活、測量精度降低，同時也存在儀器復雜、維護困難、價格昂貴等問題，難以大規模推廣應用。
[0004]隨著光學技術的日益發展，光散射技術已成為一種顆粒物的非接觸快速在線測量技術，目前，在顆粒物的在線監測方面，通常使用單角度光散射技術實現顆粒物粒徑測量， 還存在難以實現測量顆粒物屬性的問題。
【發明內容】

[0005]有鑒于此，本發明實有必要提供一種能測量顆粒物粒徑和屬性的顆粒物光散射測量系統及方法。
[0006]本發明涉及一種顆粒物光散射測量系統，包括:
[0007]散射測量室，包括光通道及顆粒物進樣通道，所述光通道的中心線和所述顆粒物進樣通道的中心線相交于一交匯點；
[0008]光源;安裝于所述散射測量室一側，用于提供向所述散射測量室提供光線；
[0009]散射光探測器，用于接收來自散射測量室的散射光；
[0010]數據采集分析模塊，用于采集分析來自所述散射光探測器的光電轉換信號；
[0011]光源起偏裝置，位于所述散射測量室及所述光源之間；及
[0012]多個散射光檢偏裝置，位于以所述交匯點為起點與所述光通道的中心線成不同角度位置上，所述散射光探測器對應所述多個散射光檢偏裝置設置，用于接收來自所述多個散射光檢偏裝置的光線。
[0013]進一步地，所述光通道與所述顆粒物進樣通道垂直相交。
[0014]進一步地，所述散射光探測器為多個散射光探測器，所述多個散射光探測器與所述多個散射光檢偏裝置一一對應設置，用于分別接收來自所述多個散射光檢偏裝置的光線。
[0015]進一步地，所述多個散射光檢偏裝置為四個散射光檢偏裝置，所述多個散射光探測器為四個散射光探測器。
[0016]進一步地，所述四個散射光檢偏裝置分別位于以所述交匯點為起點與所述光通道的中心線成30度角、50度角、130度角及150度角的位置上。
[0017]進一步地，所述數據采集分析模塊電連接或無線連接所述散射光探測器。
[0018]本發明還涉及一種顆粒物光散射測量方法，使用所述的顆粒物光散射測量系統， 所述顆粒物光散射測量方法包括:
[0019]所述光源及所述光源起偏裝置工作，提供進入所述散射測量室的光通道的偏振光束；
[0020]顆粒物沿著所述散射測量室的顆粒物進樣通道進入所述散射測量室；
[0021]所述顆粒物進入偏振光束的照射區域時發生散射，散射光傳輸到不同角度位置上的所述散射光檢偏裝置；[0022 ]經過檢偏后的偏振散射光傳輸到對應的所述散射光探測器；
[0023]所述數據采集分析模塊同步采集分析來自所述散射光探測器的光信號，從而得到顆粒物的粒徑、屬性。
[0024]進一步地，所述顆粒物沿著所述顆粒物進樣通道的中心線方向進入所述顆粒物進樣通道。
[0025]進一步地，所述偏振光束沿所述光通道的中心線方向進入所述光通道。
[0026]進一步地，所述數據采集分析模塊進一步統計計算顆粒物的濃度。
[0027]相對于現有技術，本發明是基于顆粒物多角度散射法對顆粒物測量，可測定顆粒物的粒徑及屬性。【附圖說明】
[0028]圖1為本發明實施例的一種顆粒物光散射測量系統的結構示意圖。
[0029]圖2為本發明實施例的一種顆粒物光散射測量方法的流程示意圖。
[0030]元件標號說明:
[0031]散射測量室1
[0032]光通道11[〇〇33]顆粒物進樣通道13
[0034]光源2[〇〇35]光源起偏裝置3[〇〇36]散射光檢偏裝置4[〇〇37]第一散射光檢偏裝置4a[〇〇38]第二散射光檢偏裝置4b[〇〇39]第三散射光檢偏裝置4c[〇〇4〇]第四散射光檢偏裝置4d[〇〇411散射光探測器5[〇〇42]第一散射光探測器5a[〇〇43]第二散射光探測器5b[〇〇44]第三散射光探測器5c
[0045]第四散射光探測器5d
[0046]數據采集分析模塊6
[0047]如下【具體實施方式】將結合上述附圖進一步說明本發明。以下將通過實施例來解釋本
【發明內容】
，本發明的實施例并非用于限制本發明須在如實施例所述的任何特定的環境、 應用或特殊方式方能實施。因此，關于實施例的說明僅為闡釋本發明的目的，而非用于限制本發明。需要說明的是，以下實施例及圖示中，與本發明非直接相關的組件已省略而未繪示;且圖式中各組件間的尺寸關系僅為求容易了解，非用于限制實際比例。【具體實施方式】
[0048]請參閱圖1，本發明實施例的顆粒物光散射測量系統用于測定氣體中顆粒物濃度、 粒徑及屬性。所述顆粒物光散射測量系統包括散射測量室1、安裝于所述散射測量室1 一側的光源2、光源起偏裝置3、位于不同散射角度上的散射光檢偏裝置4、散射光探測器5及數據采集分析模塊6。
[0049]所述散射測量室1包括光通道11和與所述光通道11相交的顆粒物進樣通道13。一實施方式中，所述光通道11與所述顆粒物進樣通道13垂直相交。
[0050]—實施方式中，所述散射測量室1呈長條形。
[0051]—實施方式中，所述光通道11水平設置，所述顆粒物進樣通道13豎直設置，以供顆粒物利用自身重量通過所述顆粒物進樣通道13。一實施方式中，顆粒物可沿著圖1所示的箭頭A方向進入所述顆粒物進樣通道13。[〇〇52] 一實施方式中，所述光通道11的中心線與所述顆粒物進樣通道13的中心線相交于一交匯點15。[〇〇53]所述光源2位于所述散射量測室1的光通道11的一端。所述光源2可根據不同的應用場景選擇不同的光源類型，例如激光、發光二極管光源、日光燈等。所述光源2的波長、功率也可根據不同的應用場景選擇。
[0054]所述光源起偏裝置3設置于所述光源2與所述散射量測室1的光通道11之間。所述光源起偏裝置3可位于所述光源2的光線進入所述光通道11的光路上。所述光源起偏裝置3 可為偏振片，尼科耳棱鏡等。所述光源起偏裝置3對所述光源2發出的光進行偏振，偏振角度可根據不同場景或所述光源2、所述光源起偏裝置3與所述光通道11的位置關系而定。
[0055]—實施方式中，所述光源2發出的光經過所述光源起偏裝置3偏振后的偏振光束沿圖1所示的箭頭B方向進入所述光通道11。一實施方式中，所述光源2發出的光經過所述光源起偏裝置3偏振后的偏振光束沿所述光通道11中心線的方向進入所述光通道11。
[0056]所述散射光檢偏裝置4位于以所述交匯點15為起點與所述光通道11的中心線成不同角度的位置上，用于對經過顆粒物進行不同角度散射的偏振光進行檢偏。所述不同角度可根據不同場景或需要進行設置。所述散射光檢偏裝置4的數量可根據實際需要設置為多個。[〇〇57] 一實施方式中，所述散射光檢偏裝置4為四個，包括第一散射光檢偏裝置4a、第二散射光檢偏裝置4b、第三散射光檢偏裝置4c及第四散射光檢偏裝置4d。所述第一散射光檢偏裝置4a位于以所述交匯點15為起點與所述光通道11的中心線成約30度角的位置上。所述第二散射光檢偏裝置4b位于以所述交匯點15為起點與所述光通道11的中心線成約50度角的位置上。所述第三散射光檢偏裝置4c位于以所述交匯點15為起點與所述光通道11的中心線成約130度角的位置上。所述第四散射光檢偏裝置4d位于以所述交匯點15為起點與所述光通道11的中心線成約150度角的位置上。[〇〇58]所述散射光探測器5位于以所述交匯點15為起點與所述光通道11的中心線成不同角度的位置上，用于接收經過所述散射光檢偏裝置4的光線(光信號)。一實施方式中，所述散射光探測器5可進一步把接收到的光線的各種光信號轉化為對應的電信號。所述散射光探測器5的數量可根據所述散射光檢偏裝置4的數量對應設置為多個。
[0059] —實施方式中，所述散射光探測器5位于對應所述散射光檢偏裝置4的位置上。 [0〇6〇] —實施方式中，所述散射光探測器5為四個，包括第一散射光探測器5a、第二散射光探測器5b、第三散射光探測器5c及第四散射光探測器5d。所述第一散射光探測器5a、第二散射光探測器5b、第三散射光探測器5c、第四散射光探測器5d分別位于對應所述第一散射光檢偏裝置4a、第二散射光檢偏裝置4b、第三散射光檢偏裝置4c、第四散射光檢偏裝置4d的位置處，且分別接收通過所述第一散射光檢偏裝置4a、第二散射光檢偏裝置4b、第三散射光檢偏裝置4c及、第四散射光檢偏裝置4d的光線(光信號)。
[0061]—實施方式中，所述第一散射光探測器5a位于以所述交匯點15為起點與所述光通道11的中心線成約30度角的位置上。所述第二散射光探測器5b位于以所述交匯點15為起點與所述光通道11的中心線成約50度角的位置上。所述第三散射光探測器5c位于以所述交匯點15為起點與所述光通道11的中心線成約130度角的位置上。所述第四散射光探測器5d位于以所述交匯點15為起點與所述光通道11的中心線成約150度角的位置上。
[0062]所述數據采集分析模塊6電連接或無線連接位于不同角度位置上的所述散射光探測器5,用于同步采集分析所述散射光探測器5接收到散射光強及散射光偏振度、散射光橢偏的取向角和長短軸比等偏振參量，從而得到顆粒物的粒徑、屬性，并通過一段時間內的統計計算而得到顆粒物的濃度。
[0063]—實施方式中，所述數據采集分析模塊6包括數據采集裝置和數據分析軟件。所述數據采集裝置同步采集所述散射光探測器5接收到散射光強及散射光偏振度、散射光橢偏的取向角和長短軸比等偏振參量。所述數據分析軟件根據所述數據采集裝置采集到的光信號數據進行計算分析，得到到顆粒物的粒徑、屬性，并通過一段時間內的統計計算而得到顆粒物的濃度。
[0064]請參閱圖2,本發明實施例還提供一種顆粒物光散射測量方法，所述顆粒物光散射測量方法使用所述顆粒物光散射測量系統，用于測量氣體中顆粒物的濃度、粒徑及屬性，所述方法包括如下步驟。
[0065]所述光源2及所述光源起偏裝置3工作，提供進入所述散射測量室1的光通道11的偏振光束。一實施方式中，所述偏振光束沿所述光通道11的中心線方向(箭頭B方向)進入所述光通道11。
[0066]顆粒物沿著所述散射測量室1的顆粒物進樣通道13進入所述散射測量室1。一實施方式中，所述顆粒物沿所述顆粒物進樣通道13的中心線方向(箭頭A方向)進入所述顆粒物進樣通道13。[〇〇67]在所述散射測量室1內，所述顆粒物進入偏振光束的照射區域時發生散射，散射光傳輸到不同角度位置上的所述散射光檢偏裝置4(4a、4b、4c、4d)。[〇〇68]經過檢偏后的偏振散射光傳輸到對應角度位置上的所述散射光探測器5(5a、5b、 5c、5d) 〇
[0069]所述數據采集分析模塊6通過同步采集分析所述散射光探測器5接收到光信號，從而得到顆粒物的粒徑、屬性，并通過一段時間內的統計計算得到顆粒物的濃度。
[0070]綜上所述，與現有技術相比，本發明是基于顆粒物多角度散射法對氣體的顆粒物連續測量，可測定顆粒物的濃度、粒徑及屬性。本發明通過同時測定顆粒物在多個角度上的散射光強，多維提取顆粒物的光學散射特性，可通過不同角度的散射光強等光信號數據確定顆粒物的濃度、粒徑及屬性。利用光學散射的實時響應特性，可實現顆粒物實時在線分析。
[0071]另外，本發明采用所述光源起偏裝置3、及位于不同散射角度上的散射光檢偏裝置 4,利用偏振散射光對顆粒物的粒徑和屬性進行分析，比單純使用自然散射光能獲取更多的顆粒物的信息。因為偏振光的數學表達式是使用Stokes-MuelleH本系表示，任何光都可以使用Stokes矢量(I，Q，U，V)表達，其中I表示光強，而Q，U和V則是表示光的偏振信息，如果只使用自然散射光測量顆粒物，則Q、U、V是零，只能獲取I值，即散射強度，而使用偏振散射光測量顆粒物，不僅可以獲取散射強度I的信息，Q、U、V則會對顆粒物的屬性進行表達，而且通過簡單運算，還可以獲得偏振度、橢偏的取向角和長短軸比等偏振參量，比單純的光強度一維信息增加至少三維信息，便于挑選對顆粒物屬性的不同的表征量。[〇〇72]上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明創造所作的舉例，而并非對本發明創造【具體實施方式】的限定。為了清楚地說明各部件的組合關系，上面對各種說明性的部件及其連接關系圍繞其功能進行了一般地描述，至于這種部件的組合是實現哪種功能，取決于特定的應用和對整個裝置所施加的設計約束條件。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所引伸出的任何顯而易見的變化或變動仍處于本發明創造權利要求的保護范圍之中。
【主權項】
1.一種顆粒物光散射測量系統，包括:散射測量室；光源;安裝于所述散射測量室一側，用于提供向所述散射測量室提供光線；散射光探測器，用于接收來自散射測量室的散射光；數據采集分析模塊，用于采集分析來自所述散射光探測器的光電轉換信號；其特征在于:所述散射測量室包括光通道及顆粒物進樣通道，所述光通道的中心線和所述顆粒物進 樣通道的中心線相交于一交匯點；所述顆粒物光散射測量系統還包括:光源起偏裝置，位于所述散射測量室及所述光源之間；及多個散射光檢偏裝置，位于以所述交匯點為起點與所述光通道的中心線成不同角度位 置上，所述散射光探測器對應所述多個散射光檢偏裝置設置，用于接收來自所述多個散射 光檢偏裝置的光線。2.如權利要求1所述的顆粒物光散射測量系統，其特征在于:所述散射光探測器為多個 散射光探測器，所述多個散射光探測器與所述多個散射光檢偏裝置一一對應設置，用于分 別接收來自所述多個散射光檢偏裝置的光線。3.如權利要求2所述的顆粒物光散射測量系統，其特征在于:所述多個散射光檢偏裝置 為四個散射光檢偏裝置，所述多個散射光探測器為四個散射光探測器。4.如權利要求3所述的顆粒物光散射測量系統，其特征在于:所述四個散射光檢偏裝置 分別位于以所述交匯點為起點與所述光通道的中心線成30度角、50度角、130度角及150度 角的位置上。5.如權利要求2所述的顆粒物光散射測量系統，其特征在于:所述光通道與所述顆粒物 進樣通道垂直相交。6.如權利按要求2所述的顆粒物光散射測量系統，其特征在于:所述數據采集分析模塊 電連接或無線連接所述散射光探測器。7.—種顆粒物光散射測量方法，其特征在于，使用如權利要求1-6任一項所述的顆粒物 光散射測量系統，所述顆粒物光散射測量方法包括:所述光源及所述光源起偏裝置工作，提供進入所述散射測量室的光通道的偏振光束； 顆粒物沿著所述散射測量室的顆粒物進樣通道進入所述散射測量室；所述顆粒物進入偏振光束的照射區域時發生散射，散射光傳輸到不同角度位置上的所 述散射光檢偏裝置；經過檢偏后的偏振散射光傳輸到對應的所述散射光探測器；所述數據采集分析模塊同步采集分析來自所述散射光探測器的光信號，從而得到顆粒 物的粒徑、屬性。8.如權利要求7所述的顆粒物光散射測量方法，其特征在于:所述數據采集分析模塊進 一步統計計算顆粒物的濃度。9.如權利要求7所述的顆粒物光散射測量方法，其特征在于:所述偏振光束沿所述光通 道的中心線方向進入所述光通道。10.如權利要求7所述的顆粒物光散射測量方法，其特征在于:所述顆粒物沿著所述顆粒物進樣通道的中心線方向進入所述顆粒物進樣通道。
【文檔編號】G01N15/06GK106018193SQ201610334706
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月18日
【發明人】賓澤明, 劉燕林, 文新江, 邱致剛
【申請人】中興儀器（深圳）有限公司