因而极大地降低了制 造成本。本发明可设多个量程选择，并不局限于三个，例如可以是四个，也可以是五个，可根 据实际情况来设置进气口的大小和选择打开合适量程的进气通道。
[0038] 信号处理模块包括光电探测器3和信号处理电路，光电探测器3垂直置于气路通道 5和光路通道6的相交处，信号处理电路包括供电模块和散射光信号处理模块，供电模块为 激光光源4和气栗7供电，散射光信号处理模块对光电探测器3输出的电脉冲信号进行电流-电压转换以及电压放大，从而形成适当幅度的电压脉冲信号，用于后续送入单片机中分析 和处理。
[0039] 光路模块包括激光光源4和光路通道6,激光光源4发出的光照射在光电探测器3的 光敏面上方，光敏面对气溶胶粒子的散射光反应并将信号送入信号处理电路进行电流一电 压转换以及电压放大后，从信号输出端输出。
[0040] 所述的单片机采用STM32F103芯片。所述的湿度传感器1采用型号为HN-L30的 Chino湿度传感器。所述的激光光源4采用体积小巧、功耗低、成本低的半导体激光器。所述 的气栗7采用叶片抽风风扇，提供负压使气体流过检测区域的装置。所述的光电探测器3采 用PIN型光电二极管，响应速度较快，能将光信号转换为电脉冲信号。
[0041 ]气溶胶质量浓度光学检测方法，包括以下步骤：
[0042] 第一步，打开气栗7，将含被测粒子的气体从进气口 9抽入，经过湿度传感器1检测， 或者经过湿度传感器1检测和气流干燥机2干燥后进入气路通道。
[0043] 单片机根据接收湿度传感器1所检测的湿度情况控制是否加大气流干燥机功率或 开启激光光源开始进行光散射测量。湿度传感器1检测的气体湿度如果大于设定的阈值，表 示对光散射有影响，则用气流干燥机2进行干燥处理直至湿度符合标准;如果检测的湿度小 于或等于设定的阈值，则符合标准。
[0044] 进气口 9内的湿度传感器1直接检测气体湿度是否对光散射有影响，如果大于影响 阈值，开启气流干燥机2用于干燥气体并开启气栗吸入气体。在气路通道5内的湿度传感器1 开始工作检测气体是否已达到标准。如果气体湿度依然大于阈值则加大气流干燥机2的功 率来降低气体湿度。直至湿度传感器1之一检测的湿度达到可以进行光散射检的湿度阈值 以下则开启激光光源4，气溶胶光学传感器开始工作。
[0045] 第二步，打开激光光源4,在光电探测器3的正上方形成照射区域，激光光源4发出 的激光束通过光路通道6进入光电探测器3的光陷阱，含被测粒子的气体在气栗7驱动下匀 速通过光电探测器3上方时被激光束照射后发出散射光脉冲，该散射光脉冲被光电探测器3 接受并转化为电脉冲信号，信号处理模块将这个电脉冲信号进行电流-电压转换以及电压 放大，从而形成适当幅度的电压脉冲信号。
[0046] 第三步，单片机利用电压脉冲信号幅度分布和平均质量浓度的反演公式 通过标定与测试实验确定待定系数来获得气溶胶质量浓度计算方程。 1 · I
[0047] 上式的质量浓度反演公式包含了各通道电压脉冲信号的个数信息N(Vl)和幅度信 息^，使得被测颗粒物的散射光脉冲信号幅度分布得到了充分的利用，并且还包含反映颗 粒物形貌信息的参数β，因而可以实现高精度气溶胶检测。其中，c为气溶胶质量浓度，m为本 发明专利系统测量装置的脉冲信号的通道数，N( Vl)为测量气溶胶颗粒物的离散电压脉冲 信号幅度分布，Vl为幅度信息，k为比例系数，β为颗粒物形貌信息参数。
[0048] 考虑到气流干燥机干燥带有水分的气流，虽然避免了由于气溶胶颗粒折射率变化 (表面过量的水分引起的）而带来的光散射测量误差，但同时由于干燥去除了气溶胶表面的 部分水分，这也会导致与实际情况有一定的偏干偏差，会低估气溶胶颗粒的质量浓度。因 此，本发明采用了一种基于最小二乘曲面拟合的偏干气溶胶质量浓度修正方法，包括以下 步骤：
[0049] 步骤1:将一定浓度的同样的气溶胶气体分别转接到微量震荡天平测量仪(滤膜称 重法装置）中和本发明光散射法检测装置中进行质量浓度测量。单片机微处理模块启动，发 送指令给湿度传感器开始进行湿度的测量，记录当前湿度值Η，若湿度高于阈值则开启气流 干燥机进行干燥，之后得到湿度低于阈值时的气溶胶质量浓度而滤膜称重法得到的没 有被干燥的气溶胶的质量浓度CR作为标准的精确测量值；
[0050] 步骤2:利用加湿器设定不同的湿度，从而改变该浓度气溶胶的湿度，重复步骤1， 记录获取各个湿度下的滤膜称重法的测量结果CR(H)，本发明装置质量浓度测量结果(?桌以 及湿度H，并将收集到的浓度值(??和湿度值Η作为CR(H) = (C^|，H)的输入变量。
[0051 ]步骤3:通过气溶胶发生器改变气溶胶的质量浓度，重复步骤1和步骤2，记录获取 不同浓度和各个湿度下的滤膜称重法的测量结果CR(H，C)，本发明装置质量浓度测量结果 (?桌(C)以及湿度Η，并将收集到的浓度值Cfls(C)和湿度值Η作为CR(Η，C) = (_(C)，H)的输 入变量。
[0052]步骤4:如图4所示，本发明利用0?(!1，〇 = ((^|(〇，!〇曲面数据进行最小二乘曲面 拟合，获得拟合函数〇?汨，〇=汽(^(〇，!1)，该函数可以去除由于干燥而引起的气溶胶质 量偏低的误差。将该偏干气溶胶质量浓度修正函数移植到单片机STM32中进行实时补偿修 正。
【主权项】
1. 气溶胶质量浓度光学检测装置，包括光路模块、气路模块、信号处理模块和单片机， 光路模块、气路模块、信号处理模块分别和单片机连接，其特征在于:气路模块包括湿度传 感器（I)W及依次连接的气流干燥机(2)、进气口（9)、气路通道(5)、出气口（10)和气累(7)， 湿度传感器(1)设有两个，分别设在进气口（ 9)内和气路通道(5)内； 光路模块包括激光光源(4)和光路通道(6)，光路通道(6)-端和激光光源(4)相连，一 端设在气路通道(5)内部，信号处理模块包括光电探测器(3)和信号处理电路，光电探测器 (3) 垂直置于气路通道(5)和光路通道(6)的相交处。2. 根据权利要求1所述的气溶胶质量浓度光学检测装置，其特征在于:所述的湿度传感 器(1)采用型号为HN-L30的化ino湿度传感器。3. 根据权利要求1所述的气溶胶质量浓度光学检测装置，其特征在于:所述的激光光源 (4) 采用半导体激光器。4. 根据权利要求1所述的气溶胶质量浓度光学检测装置，其特征在于:所述的气累(7) 采用叶片抽风风扇。5. 根据权利要求1所述的气溶胶质量浓度光学检测装置，其特征在于:所述的光电探测 器(3)采用PIN型光电二极管。6. 根据权利要求1所述的气溶胶质量浓度光学检测装置，其特征在于:气路通道(5)设 有至少=个，相邻的气路通道(5)之间设有可伸缩的遮光板(8)。7. 根据权利要求6所述的气溶胶质量浓度光学检测装置，其特征在于:气路通道(5)设 有 S 个，测量量程分别为 l-10mg/m3、0.1-lmg/m3和0.001-0.1mg/m3。8. 基于权利要求1所述的气溶胶质量浓度光学检测装置的检测方法，其特征在于:包括 W下步骤： 第一步，打开气累(7)，将含被测粒子的气体从进气口（9)抽入，经过湿度传感器（1)检 测是否符合标准;进气口（9)内的湿度传感器(1)检测的气体湿度如果小于或等于设定的阔 值，则符合标准；如果大于设定的阔值，则用气流干燥机（2)进行干燥处理，直至气体通道 (5) 内的湿度传感器(1)检测的气体湿度小于或等于设定的阔值，则符合标准； 第二步，湿度传感器（1)检测的气体湿度符合标准后，打开激光光源(4)，激光光源(4) 发出的激光束通过光路通道(6)进入光电探测器(3)的光陷阱，含被测粒子的气体被激光束 照射后发出散射光脉冲，所述的散射光脉冲被光电探测器(3)接收并转化为电脉冲信号发 送到单片机； 第=步，单片机利用电压脉冲信号幅度分布通过气溶胶质量浓度计算方程计算得到气 溶胶质量浓度的检测结果。9. 根据权利要求8所述的气溶胶质量浓度光学检测方法，其特征在于:气溶胶质量浓度 的计算公式为C = AZWWvft其中，C为气溶胶质量浓度，m为本发明专利系统测量装置的脉 冲信号的通道数，N(Vi)为测量气溶胶颗粒物的离散电压脉冲信号幅度分布，Vi为幅度信息， k为比例系数，0为颗粒物形貌信息参数。10. 根据权利要求8所述的气溶胶质量浓度光学检测方法，其特征在于:第=步中单片 机利用拟合函数CR化，C) = f(C^|(C)，H)对偏干气溶胶质量浓度进行实时补偿修正，所述拟 合函数获得方法如下： 步骤I:将气溶胶气体分为两份，第一份直接采用滤膜称重法测量，得到没有被干燥的 气溶胶的质量浓度CR作为标准的精确测量值;第二份采用气溶胶质量浓度光学检测装置进 行质量浓度测量，先测量气溶胶气体当前的湿度值H，然后开启气流干燥机进行干燥，得到 湿度低于阔值时的气溶胶质量浓度咕桑； 步骤2:利用加湿器改变气溶胶的湿度，重复步骤1，记录获取各个湿度下的滤膜称重法 的测量结果CR化)、气溶胶质量浓度光学检测装置的测量结果OraiW及湿度H，并将收集到的 浓度值时:桑和湿度值H作为CR化)=(时桑，H)的输入变量； 步骤3:通过气溶胶发生器改变气溶胶的质量浓度，重复步骤1和步骤2,记录获取不同 浓度和各个湿度下的滤膜称重法的测量结果CR化，C)，气溶胶质量浓度光学检测装置的测 量结果咕桑(〇^及湿度H，并将收集到的浓度值咕桑(〇和湿度值H作为CR化，〇 =(咕桑(〇， H)的输入变量； 步骤4:利用CR化，C) = (OflS(C)，H)曲面数据进行最小二乘曲面拟合，获得拟合函数CR 化，C)=f(C^|(C)，H)。
【专利摘要】本发明公开了一种气溶胶质量浓度光学检测装置及其检测方法。该检测装置包括光路模块、气路模块、信号处理模块和单片机，气路模块包括依次连接的气流干燥机（2）、进气口（9）、气路通道（5）、出气口（10）和气泵（7）；光电探测器（3）垂直置于气路通道（5）和光路通道（6）的相交处。检测方法：含被测粒子的气体从进气口（9）抽入，经过湿度传感器（1）检测符合标准后，打开激光光源（4）检测，并将信号发送到单片机经处理后得到气溶胶质量浓度的检测结果。本发明拥有多个不同的量程选择，补偿了湿度的影响，使用环境多，成本低廉，可以准确测量气溶胶粒子的浓度，充分满足民用市场的需求。
【IPC分类】G01N15/06
【公开号】CN105651662
【申请号】
【发明人】顾芳, 吴佳伟, 杨娟, 张加宏, 沈雷, 冒晓莉
【申请人】南京信息工程大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月21日