一種大氣氣溶膠吸溼特性與體角散射係數測量儀的製作方法

2023-05-05 01:22:56

一種大氣氣溶膠吸溼特性與體角散射係數測量儀的製作方法
【專利摘要】一種大氣氣溶膠吸溼特性與體角散射係數測量儀，屬於大氣監測和氣象監測設備【技術領域】，用於環境中的氣體氣溶膠進行監測。其技術方案是：它由採樣器、水汽發生器、供氣裝置和檢測儀組成，氣流經過採樣器分別進入加溼管和直接檢測管，進入加溼管的氣體加溼後，通入檢測儀測量氣溶膠的光散射係數；檢測儀通過步進電機帶動擋光片按照設定的程序轉動，擋住一定角度的光源發出的光，實現體角散射係數的檢測；水汽發生器和供氣裝置可以提供不同的檢測溼度。本發明能夠模擬不同的溼度條件，實現了氣溶膠體角散射係數等光學特性的連續自動測量，適用於環境空氣品質監測、氣象條件觀測、氣候變化研究和氣溶膠光學特性研究，具有顯著的經濟效益和社會效益。
【專利說明】一種大氣氣溶膠吸溼特性與體角散射係數測量儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種實時自動監測大氣氣溶膠吸溼前後體角散射係數的儀器，屬於環境監測和氣象監測設備領域。
【背景技術】
[0002]全球變暖對我們賴於生存的地球環境造成了重大影響，其廣泛性和複雜性已經引起了世界各國的關注。引起全球變化或氣候變化的因素有很多，這些不同類型和不同變化方向的因素會對地球輻射平衡產生影響。地球變暖主要靠進入大氣層的太陽輻射，一部分太陽輻射進入大氣層後又被散射到太空中。監測這種後向散射的太陽輻射量，對於研究地球輻射平衡變化具有重要意義。
[0003]在國內，霧霾事件頻發，造成能見度的急劇下降。霧霾主要是由各種顆粒物、揮發性有機物等組成的氣溶膠，對氣溶膠的光學特性進行研究是監測霧霾的一個重要方面。目前，國內的氣溶膠散射係數監測儀器，測量的都是氣溶膠的一部分散射係數，如後向散射係數、總散射係數或前向散射係數等，還沒有一種儀器能夠把氣溶膠各個角度的散射係數即體角散射係數同時測量出來。另外氣溶膠吸溼特性很強，吸溼前後對大氣能見度的影響完全不同，目前的監測儀器都是通過加熱降低相對溼度的方法來克服溼度對氣溶膠散射係數的影響，但是還沒有用於模擬不同溼度條件下的氣溶膠散射係數測量儀。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種大氣氣溶膠吸溼特性與體角散射係數測量儀，這種測量儀能夠模擬不同的溼度條件，測量氣溶膠體角散射係數，適用於環境空氣品質監測、氣象條件觀測、氣候變化研究和氣溶膠光學特性研究。
[0005]解決上述技術問題的技術方案是:
一種大氣氣溶膠吸溼特性與體角散射係數測量儀，它由採樣器、水汽發生器、供氣裝置和檢測儀組成，採樣器包括採樣頭、採樣管、滲透乾燥管、加溼管、直接檢測管，採樣頭依次與採樣管、滲透乾燥管相連接，滲透乾燥管下端分別與加溼管和直接檢測管相連接，加溼管和直接檢測管分別與檢測儀相連接，供氣裝置的供氣口分別與採樣器的滲透乾燥管和水汽發生器相連接，水汽發生器的輸氣口與採樣器的加溼管相連接。
[0006]上述大氣氣溶膠吸溼特性與體角散射係數測量儀，所述採樣器的採樣頭為防雨帽或TSP切割頭或PMltl切割頭或PM2.5切割頭或PM1切割頭，在滲透乾燥管的下端安裝有等速氣流適配器，等速氣流適配器通過管路分別與加溼管和直接檢測管相連接，在滲透乾燥管和加溼管的前後端分別安裝有溫溼度傳感器。
[0007]上述大氣氣溶膠吸溼特性與體角散射係數測量儀，所述水汽發生器由水箱、加熱電阻絲和溫溼度傳感器組成，加熱電阻絲安裝在水箱內，水箱的進氣口與供氣裝置的供氣口相連接，水箱的出氣口與採樣器的加溼管相連接，溫溼度傳感器安裝在水箱的出口，監測產生水汽的溼度。[0008]上述大氣氣溶膠吸溼特性與體角散射係數測量儀，所述供氣裝置由空壓機、過濾器、乾燥器、兩個流量調節閥和兩個流量計組成，空壓機通過管路依次與過濾器、乾燥器相連接，乾燥器的輸出管路分別與兩個流量調節閥相連接，兩個流量調節閥通過流量計分別與採樣器的乾燥管和水汽發生器的水箱相連接。
[0009]上述大氣氣溶膠吸溼特性與體角散射係數測量儀，所述檢測儀由光源模塊、、測量腔室、檢測器和信號採集與控制電路組成，光源模塊上安裝有擋光板，擋光板與步進電機相連接，光源的發光束照射到測量腔室上，檢測器與測量腔室相對，信號採集與控制電路與檢測器相連接。
[0010]本發明的有益效果是:
本發明的大氣氣溶膠吸溼特性與體角散射係數測量儀，可以模擬不同的溼度環境，對吸溼後的氣溶膠的體角散射係數進行測量。結合其他類型的氣溶膠監測儀器，還可以計算氣溶膠不對稱參數、AngStom指數和單散射反照率等，實現了氣溶膠體角散射係數等光學特性的連續自動測量。本儀器的這些測量功能填補了國內外的空白，具有顯著的經濟效益和社會效益。
[0011]在本發明中，滲透乾燥管採用Nafion管，通過滲透管除水，避免了加熱除溼帶來的揮發性組分損失問題；通過設置除溼和加溼裝置，能夠精確控制氣溶膠溼度，可用於氣溶膠吸溼特性的研究；擯棄了以往設備只測總散射係數、前向或後向散射係數的做法，通過在光源模塊上安裝可精確控制位置的擋光板，使儀器具備測量體角散射係數的功能；光源模塊為高亮度LED和乳濁玻璃分散器，體積小、發熱量小、穩定性高使用壽命長。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是檢測儀的結構示意圖。
[0013]圖中標記如下:採樣頭1、採樣管2、溫溼度傳感器3、滲透乾燥管4、等速分流適配器5、溫溼度傳感器6、直接檢測管7、加溼管8、溫溼度傳感器9、溫溼度傳感器10、接頭12、接頭13、檢測儀13、檢測儀14、空壓機15、過濾器16、乾燥器17、流量調節閥18、流量計19、流量調節閥20、流量計21、加熱電阻絲22、水箱23、溫溼度傳感器24、光源模塊25，光源26、步進電機27、擋光板28、測量腔室29，氣溶膠粒子30、檢測器31、信號採集與控制電路32。
【具體實施方式】
[0014]本發明由採樣器、水汽發生器、供氣裝置和檢測儀組成。採樣器將含有氣溶膠的環境空氣連續抽取到檢測儀進行檢測，並對樣氣的溼度進行自動調節；水汽發生器為氣溶膠增溼提供水汽，供氣裝置為氣溶膠除水提供幹潔空氣；檢測儀對樣氣進行檢測。
[0015]圖中顯示，採樣器包括採樣頭1、採樣管2、滲透乾燥管4、等速分流適配器5、直接檢測管7、加溼管8以及多個溫溼度傳感器。採樣頭I依次與採樣管2、滲透乾燥管4相連接，滲透乾燥管4下端安裝有等速氣流適配器5，等速氣流適配器5通過管路分別與加溼管8和直接檢測管7相連接，加溼管8和直接檢測管7分別與檢測儀13和檢測儀14相連接。
[0016]採樣頭I可以為防雨帽、TSP切割頭、PMltl切割頭PM2.5切割頭或PM1切割頭。滲透乾燥管4可採用Nafion管，管路中為樣氣，管路外為幹潔空氣。等速分流適配器5將進氣流分成均勻的兩路氣，一路用於直接測量，另一路加溼後再測量。加溼管8也採用Nafion管，與滲透乾燥管4不同的是，加溼管8管路外為高溼度潔淨空氣。在滲透乾燥管4和加溼管8的前後端分別安裝有溫溼度傳感器3、溫溼度傳感器6、溫溼度傳感器9、溫溼度傳感器10，用於監測滲透乾燥管4和加溼管8管內的溼度。
[0017]圖中顯示，水汽發生器由水箱23、加熱電阻絲22和溫溼度傳感器24組成，加熱電阻絲22安裝在水箱23內。水箱23的進氣口與供氣裝置的供氣口相連接，水箱23的輸氣口與採樣器的加溼管8相連接，溫溼度傳感器24安裝在水箱23的出口，監測產生水汽的溼度，以對加熱電阻絲22或流量調節閥20進行反饋調節，以將溼度控制在設定的目標值附近。
[0018]圖中顯示，供氣裝置由空壓機15、過濾器16、乾燥器17、兩個流量調節閥和兩個流量計組成。空壓機15產生的空氣依次經過過濾器16、乾燥器17、流量調節閥18和流量計19後通入滲透乾燥管4內；同時，空壓機15經過過濾的乾淨空氣，依次經過流量調節閥20和流量計21後進入水汽發生器的水箱23。
[0019]圖中顯示，檢測儀13和檢測儀14分別由光源模塊25，測量腔室29，檢測器31和信號採集與控制電路32組成。光源26安裝在光源摸塊上，光源26發出的光，照射到測量腔室29內的氣溶膠粒子30上，被粒子散射，散射光被檢測器31檢測，然後傳輸給信號採集與控制電路32，經過計算後輸出光散射係數。
[0020]圖中顯示，光源模塊25中的光源26為由高亮度LED和乳濁玻璃分散器組成，乳濁玻璃分散器使發出的光符合朗伯分布；步進電機27可以帶動擋光片28轉動，按照設定的位置和角度遮擋光源26發出的光，可以直接檢測10-90度之間的任意角度到170範圍內的散射係數，將兩個相鄰角度的散射係數相見就可以得到角散射係數，例如將10-170的散射係數和20-170的散射係數相減，就可以得到10-20度的角散射係數。利用角散射係數，可計算氣溶膠的相函數、不對稱參數等。
[0021]本發明的檢測過程是:
含有氣溶膠的氣流從採樣頭I進入採樣管2內，滲透乾燥管4將氣流中的H20除去後，分為等速的兩路支路，在通往加溼管8的支路內，含有較高濃度水汽的氣流流過加溼管8的外壁，將H20加入到氣流中，將溼度增加到設定值；在通往直接檢測管7的支路內沒有做任何處理，兩路氣分別通過接頭11和接頭12連接到檢測儀13和檢測儀14上，測量氣溶膠的光散射係數。測量時，步進電機27帶動擋光板28按照設定的程序轉動，擋住一定角度的光源26發出的光，探測器31收到散射光信號，經過信號採集與控制電路32，輸出體角散射係數值。
【權利要求】
1.一種大氣氣溶膠吸溼特性與體角散射係數測量儀，其特徵在於:它由採樣器、水汽發生器、供氣裝置和檢測儀組成，採樣器包括採樣頭(I)、採樣管(2)、滲透乾燥管(4)、加溼管(8)、直接檢測管(7)，採樣頭(I)依次與採樣管(2)、滲透乾燥管(4)相連接，滲透乾燥管(4)下端分別與加溼管(8)和直接檢測管(7)相連接，加溼管(8)和直接檢測管(7)分別與檢測儀相連接，供氣裝置的供氣口分別與採樣器的滲透乾燥管(4)和水汽發生器相連接，水汽發生器的輸氣口與採樣器的加溼管(8)相連接。
2.根據權利要求書I所述的大氣氣溶膠吸溼特性與體角散射係數測量儀，其特徵在於:所述採樣器的採樣頭(I)為防雨帽或TSP切割頭或PMltl切割頭或PM2.5切割頭或PM1切割頭，在滲透乾燥管(4)的下端安裝有等速氣流適配器(5)，等速氣流適配器(5)通過管路分別與加溼管(8 )和直接檢測管(7 )相連接，在滲透乾燥管(4 )和加溼管(8 )的前後端分別安裝有溫溼度傳感器。
3.根據權利要求書2所述的大氣氣溶膠吸溼特性與體角散射係數測量儀，其特徵在於:所述水汽發生器由水箱(23)、加熱電阻絲(22)和溫溼度傳感器(24)組成，加熱電阻絲(22)安裝在水箱(23)內，水箱(23)的進氣口與供氣裝置的出氣口相連接，水箱(23)的輸氣口與採樣器的加溼管(8 )相連接，溫溼度傳感器(24 )安裝在水箱(23 )的出口。
4.根據權利要求書3所述的大氣氣溶膠吸溼特性與體角散射係數測量儀，其特徵在於:所述供氣裝置由空壓機(15)、過濾器(16)、乾燥器(17)、兩個流量調節閥和兩個流量計組成，空壓機(15)通過管路依次與過濾器(16)、乾燥器(17)相連接，乾燥器(17)的輸出管路分別與兩個流量調節閥相連接，兩個流量調節閥通過流量計分別與採樣器的滲透乾燥管(4)和水汽發生器的水箱(23)相連接。
5.根據權利要求書4所述的大氣氣溶膠吸溼特性與體角散射係數測量儀，其特徵在於:所述檢測儀由光源模塊(25)、測量腔室(29)、檢測器(31)和信號採集與控制電路(32)組成，光源模塊(25)上安裝有擋光板(28)，擋光板(28)與步進電機(27)相連接，光源(26)的發光束照射到測量腔室(29)上，檢測器(31)與測量腔室(29)相對，信號採集與控制電路(32)與檢測器(31)相連接。
【文檔編號】G01N21/49GK103472035SQ201310402243
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月6日 優先權日:2013年9月6日
【發明者】楊建虎, 崔延青, 要海東, 劉澤, 吳光輝, 孫程 申請人:河北先河環保科技股份有限公司