一种气溶胶颗粒物检测系统

技术领域

本发明涉及颗粒物检测技术领域，尤其涉及一种气溶胶颗粒物检测系统。

背景技术

大气气溶胶不仅影响空气质量，而且影响天气系统和人类健康。气溶胶颗粒物的粒径分布和浓度是环境监测的重要指标。在线检测气溶胶颗粒物粒径和浓度时，一般将大气经过一定的气流流路泵入到仪器内进行检测。由于大气气溶胶的粒径分布可以是几纳米到几十微米，而精密仪器通常只能在一定粒径范围内进行检测，因此现有的扫描电迁移率粒径谱仪通常由一台差分粒子电迁移器(DMA)和1台凝结颗粒计数器(CPC)组成，差分粒子电迁移器用于提供一定粒径范围的颗粒物，凝结颗粒计数器用于计量气溶胶颗粒物的数浓度。不同差分粒子电迁移器可提供不同粒径范围的颗粒物，若需要检测两个不同粒径范围的内大气气溶胶颗粒物的数浓度，通常需要配置两台差分粒子电迁移器，以及两台凝结颗粒计数器。例如商业化的扫描电迁移率粒径谱仪(SMPS，美国TSI公司生产)，由1台差分粒子电迁移器(DMA)和1台凝结颗粒计数器(CPC)组成。其中，型号为TSI3085a的DMA(也叫NanoDMA)，可以提供粒径范围2-165nm颗粒物，而型号为TSI3081的DMA(也叫Long DMA)，可以提供粒径范围10-1000nm颗粒物。若要检测粒径范围在2-1000nm范围内大气气溶胶颗粒物的数浓度，需要设置两台DMA(Nano DMA和Long DMA)和两台CPC，并且需要分别对仪器进行校正。而由于CPC本身价格昂贵，采用上述方法仪器损耗以及成本较高。

发明内容

本发明实施例提供一种气溶胶颗粒物检测系统，能通过一台凝结颗粒计数器，对由两种差分粒子电迁移器所提供的不同粒径范围的气溶胶颗粒物进行检测，减少仪器配置，进而降低了仪器损耗，节约成本。

本发明一实施例提供一种气溶胶颗粒物检测系统，包括：第一差分粒子电迁移器、第二差分粒子电迁移器、第一阀门装置、第二阀门装置以及凝结颗粒计数器；其中，所述第一差分粒子电迁移器与所述第二差分粒子电迁移器所能提供的气溶胶颗粒物的粒径范围不同；

所述第一差分粒子电迁移器的出气口通过所述第一阀门装置与所述凝结颗粒计数器的进气口以及外部排气管道连通；

所述第二差分粒子电迁移器的出气口通过所述第二阀门装置与所述凝结颗粒计数器的进气口以及所述外部排气管道连通；

所述第一阀门装置，用于在对所述第一差分粒子电迁移器所提供的气溶胶颗粒物进行检测时，关闭所述第一差分粒子电迁移器与所述外部排气管道之间的气流流路，开启所述第一差分粒子电迁移器与所述凝结颗粒计数器之间的气流流路；在对所述第二差分粒子电迁移器所提供的气溶胶颗粒物进行检测时，开启所述第一差分粒子电迁移器与所述外部排气管道之间的气流流路，关闭所述第一差分粒子电迁移器与所述凝结颗粒计数器之间的气流流路；

所述第二阀门装置，用于在对所述第二差分粒子电迁移器所提供的气溶胶颗粒物进行检测时，关闭所述第二差分粒子电迁移器与所述外部排气管道之间的气流流路，开启所述第二差分粒子电迁移器与所述凝结颗粒计数器之间的气流流路；在对所述第一差分粒子电迁移器所提供的气溶胶颗粒物进行检测时，开启所述第二差分粒子电迁移器与所述外部排气管道之间的气流流路，关闭控制所述第二差分粒子电迁移器与所述凝结颗粒计数器之间的气流流路。

进一步的，还包括：抽气装置；所述抽气装装置的进气口通过所述第一阀门装置与所述第一差分粒子电迁移器的出气口连通，所述抽气装置的进气口通过所述第二阀门装置与所述第二差分粒子电迁移器的出气口连通；所述抽气装置的出气口与所述外部排气管道的出气口连通。

进一步的，还包括：质量流量控制；所述质量流量控制器的进气口通过所述第一阀门装置与所述第一差分粒子电迁移器的出气口连通，所述质量流量控制器的进口通过所述第二阀门装置与所述第二差分粒子电迁移器的出气口连通；所述质量流量控制器的出气口与所述抽气装置的进气口连通。

进一步的，所述第一阀门装置包括第一舵机和第一三通阀，所述第一舵机与所述第一三通阀连接；所述第二阀门包括第二舵机和第二三通阀，所述第二舵机与所述第二三通阀连接；

进一步的，还包括：控制终端；所述控制终端与所述第一舵机以及所述第二舵机连接；

所述控制终端，用于控制所述第一舵机转动，以使所述第一舵机带动所述第一三通阀转动，进而使所述第一三通阀对各气流流路的状态进行控制；

所述控制终端，还用于控制所述第二舵机转动，以使所述第一舵机带动所述第一三通阀转动，进而使所述第一三通阀对各气流流路的状态进行控制。

通过实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供了一种气溶胶颗粒物检测系统，该系统包括第一差分粒子电迁移器、第二差分粒子电迁移器、第一阀门装置、第二阀门装置以及凝结颗粒计数器；第一差分粒子电迁移器的出气口通过第一阀门装置与凝结颗粒计数器的进气口以及外部排气管道连通；第二差分粒子电迁移器的出气口通过第二阀门装置与凝结颗粒计数器的进气口以及外部排气管道连通；上述系统工作原理如下：当需要对第一差分粒子电迁移器所提供的气溶胶颗粒物进行浓度检测时，通过第一阀门装置关闭第一差分粒子电迁移器与所述外部排气管道之间的气流流路，开启所述第一差分粒子电迁移器与所述凝结颗粒计数器之间的气流流路；通过第二阀门开启所述第二差分粒子电迁移器与所述外部排气管道之间的气流流路，关闭控制所述第二差分粒子电迁移器与所述凝结颗粒计数器之间的气流流路。这样第一差分粒子电迁移器所提供的气溶胶颗粒物随着气流进入凝结颗粒计数器进行浓度检测；第二差分粒子电迁移器所提供的气溶胶颗粒物通过外部排气管道排出。当需要对第二差分粒子电迁移器所提供的气溶胶颗粒物进行浓度检测时，通过第二阀门装置关闭第二差分粒子电迁移器与所述外部排气管道之间的气流流路，开启所述第二差分粒子电迁移器与所述凝结颗粒计数器之间的气流流路；通过第一阀门开启所述第一差分粒子电迁移器与所述外部排气管道之间的气流流路，关闭控制所述第一差分粒子电迁移器与所述凝结颗粒计数器之间的气流流路。这样第二差分粒子电迁移器所提供的气溶胶颗粒物随着气流进入凝结颗粒计数器进行浓度检测；第一差分粒子电迁移器所提供的气溶胶颗粒物通过外部排气管道排出。通过上述方案实现利用一台凝结颗粒计数器对两种不同粒径范围的气溶胶颗粒的浓度的检测，减少了仪器配置，进而降低了仪器损耗，节约了成本。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种气溶胶颗粒物检测系统的示意图。

图2是本发明另一实施例提供的一种气溶胶颗粒物检测系统的示意图。

图3是本发明一实施例提供的检测第一差分粒子电迁移器所提供的气溶胶溶胶颗粒物时的系统示意图。

图4是本发明一实施例提供的检测第二差分粒子电迁移器所提供的气溶胶溶胶颗粒物时的系统示意图。

附图标记说明：

外部排气管道1、第一阀门装置2、第一差分粒子电迁移器3、凝结颗粒计数器4、第二阀门装置5、第二差分粒子电迁移器6、质量流量控制器7以及抽气装置8。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明一实施例提供了一种气溶胶颗粒物检测系统，包括第一差分粒子电迁移器3、第二差分粒子电迁移器6、第一阀门装置2、第二阀门装置5以及凝结颗粒计数器4；其中，第一差分粒子电迁移器3与第二差分粒子电迁移器6所能提供的气溶胶颗粒物的粒径范围不同；

第一差分粒子电迁移器3的出气口通过第一阀门装置2与凝结颗粒计数器4的进气口以及外部排气管道1连通；

第二差分粒子电迁移器6的出气口通过第二阀门装置5与凝结颗粒计数器4的进气口以及外部排气管道1连通；

第一阀门装置2，用于在对第一差分粒子电迁移器3所提供的气溶胶颗粒物进行检测时，关闭第一差分粒子电迁移器3与外部排气管道1之间的气流流路，开启第一差分粒子电迁移器3与凝结颗粒计数器4之间的气流流路；在对第二差分粒子电迁移器6所提供的气溶胶颗粒物进行检测时，开启第一差分粒子电迁移器3与外部排气管道1之间的气流流路，关闭第一差分粒子电迁移器3与凝结颗粒计数器4之间的气流流路；

第二阀门装置5，用于在对第二差分粒子电迁移器6所提供的气溶胶颗粒物进行检测时，关闭第二差分粒子电迁移器6与外部排气管道1之间的气流流路，开启第二差分粒子电迁移器6与凝结颗粒计数器4之间的气流流路；在对第一差分粒子电迁移器3所提供的气溶胶颗粒物进行检测时，开启第二差分粒子电迁移器6与外部排气管道1之间的气流流路，关闭控制第二差分粒子电迁移器6与凝结颗粒计数器4之间的气流流路。

上述系统工作原理如下：当需要对第一差分粒子电迁移器3所提供的气溶胶颗粒物进行浓度检测时，通过第一阀门装置2关闭第一差分粒子电迁移器3与外部排气管道1之间的气流流路，开启第一差分粒子电迁移器3与凝结颗粒计数器4之间的气流流路；通过第二阀门开启第二差分粒子电迁移器6与外部排气管道1之间的气流流路，关闭控制第二差分粒子电迁移器6与凝结颗粒计数器4之间的气流流路。这样第一差分粒子电迁移器3所提供的气溶胶颗粒物随着气流进入凝结颗粒计数器4进行浓度检测；第二差分粒子电迁移器6所提供的气溶胶颗粒物通过外部排气管道1排出。当需要对第二差分粒子电迁移器6所提供的气溶胶颗粒物进行浓度检测时，通过第二阀门装置5关闭第二差分粒子电迁移器6与外部排气管道1之间的气流流路，开启第二差分粒子电迁移器6与凝结颗粒计数器4之间的气流流路；通过第一阀门开启第一差分粒子电迁移器3与外部排气管道1之间的气流流路，关闭控制第一差分粒子电迁移器3与凝结颗粒计数器4之间的气流流路。这样第二差分粒子电迁移器6所提供的气溶胶颗粒物随着气流进入凝结颗粒计数器4进行浓度检测；第一差分粒子电迁移器3所提供的气溶胶颗粒物通过外部排气管道1排出。通过上述方案实现利用一台凝结颗粒计数器4对两种不同粒径范围的气溶胶颗粒的浓度的检测，减少了仪器损耗，节约了成本。

如图2所示，在一个优选的实施例中，还包括：抽气装置8；抽气装装置的进气口通过第一阀门装置2与第一差分粒子电迁移器3的出气口连通，抽气装置8的进气口通过第二阀门装置5与第二差分粒子电迁移器6的出气口连通；抽气装置8的出气口与外部排气管道1的出气口连通。在一个优选的实施例中，还包括质量流量控制；质量流量控制器7的进气口通过第一阀门装置2与第一差分粒子电迁移器3的出气口连通，质量流量控制器7的进口通过第二阀门装置5与第二差分粒子电迁移器6的出气口连通；质量流量控制器7的出气口与抽气装置8的进气口连通。

上述抽气装置8为气泵，通过添加气泵能够快速将流入外部排气管道1内的气流抽出；通过添加流量控制器能够实时控制流量并保持流量稳定。

在一个优选的实施例中，第一阀门装置2包括第一舵机和第一三通阀，第一舵机与第一三通阀连接；第二阀门包括第二舵机和第二三通阀，第二舵机与第二三通阀连接；气溶胶颗粒物检测系统，还包括：控制终端；控制终端与第一舵机以及第二舵机连接；控制终端，用于控制第一舵机转动，以使第一舵机带动第一三通阀转动，进而使第一三通阀对各气流流路的状态进行控制；控制终端，还用于控制第二舵机转动，以使第一舵机带动第一三通阀转动，进而使第一三通阀对各气流流路的状态进行控制。

在本实施例中通过舵机和三通阀作为阀门装置，配合控制终端控制舵机带动三通阀门的转向，实现气流流路的控制，具体如图3和图4所示：

首先如图3所示，将第一差分粒子电迁移器3、凝结颗粒计数器4、第二差分粒子电迁移器6以及质量流量控制器7的气流流速设定为0.6L/min。初始时刻T0，将第一三通阀的开关设置在A处，将第二三通阀的阀门设置在C处，此时第一差分粒子电迁移器3与外部排气管道1的气流流路被关闭，第一差分粒子电迁移器3与凝结颗粒计数器4之间的气流流路导通，第一差分粒子电迁移器3所提供的气溶胶颗粒物随气流进入凝结颗粒计数器4中进行浓度测量；与此同时，第二差分粒子电迁移器6与外部排气管道1的气流流路被导通，第二差分粒子电迁移器6与凝结颗粒计数器4之间的气流流路关闭，因此第一差分粒子电迁移器3所提供的气溶胶颗粒物被抽气泵抽走；通过这一步骤可以实现对第一差分粒子电迁移器3所提供的气溶胶颗粒物的浓度测试。如图4所示，在间隔预设时长t后，在T0+t时刻，通过控制终端控制第一舵机和第二舵机同时转动+180°，第一三通阀的开关转动至B处，第二三通阀的开关转动至D处，此时第一差分粒子电迁移器3与外部排气管道1的气流流路被导通，第一差分粒子电迁移器3与凝结颗粒计数器4之间的气流流路关闭，第一差分粒子电迁移器3所提供的气溶胶颗粒物随气流被抽气泵抽走；与此同时，第二差分粒子电迁移器6与外部排气管道1的气流流路被关闭，第二差分粒子电迁移器6与凝结颗粒计数器4之间的气流流路导通，因此第二差分粒子电迁移器6所提供的气溶胶颗粒物随着气流进入凝结颗粒计数器4中进行浓度测量；通过这一步骤可以实现对第二差分粒子电迁移器6所提供的气溶胶颗粒物的浓度测试

在T0+2t的时刻，控制终端控制第一舵机和第二舵机同时转动-180°，第一三通阀的开关转动到A位置，第二三通阀的开关转动到C位置，回到如图3所示的初始状态，进而完成了一个周期循环测试。从而实现利用一台凝结颗粒计数器4对两种不同粒径范围的气溶胶颗粒的检测。

优选的上述预设间隔时长可设置为5min,这是由于凝结颗粒计数器4完成一次检测大概需要4.5min,而舵机完成转向大概需要1-3s，因此设置间隔时长为5min即可。

需要说明的是，在本发明中控制终端是通过向舵机输入PWM(脉冲宽度调制)信号，从而实现对舵机转向的控制。

示意性的上述第一差分粒子电迁移器可采用型号为TSI3085a的DMA(也叫NanoDMA)，其可提供粒径范围2-165nm颗粒物，上述第二差分粒子电迁移器可采用型号为TSI3081的DMA(也叫Long DMA)，可以提供粒径范围10-1000nm颗粒物。采用上述方案即可通过一台凝结颗粒计数器完成对粒径范围在2-1000nm范围内大气气溶胶颗粒物的浓度检测。

本发明采用舵机与三通阀相结合的方式作为阀门装置，舵机和三通阀结合的部位采用密封胶和紧固螺丝固定，并将二者固定在不锈钢支架上，确保舵机转动时候保持稳定性，相比与采用电动阀来说能够降低成本，且易于维护。当然在其它优选的实施例中，上述第一阀门装置和上述第二阀门装置可以直接采用电动阀门，也可以采用手动阀门，当使用手动阀门时可以不设置控制终端。

通过实施本发明实施例能够实现通过一台凝结颗粒计数器对两种不同粒径范围的气溶胶颗粒的浓度的检测，减少了仪器损耗，节约了成本。另外可以控制阀门实现在任意指定的时间间隔内自动进行循环和往复交替的转向，确保两台不同的差分粒子电迁移器可以交替提供不同粒径范围的颗粒物，并输送到凝结颗粒计数器进行数量浓度的测试。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。