气溶胶粒子双通道激光探测仪及其探测方法

摘要

本发明公开了一种气溶胶粒子双通道激光探测仪及其探测方法。探测仪包括相连接的粒子进样部件、光学采样部件和分别与气体压力传感器(17，18)、气流泵(07，15)、激光器(20)、紫外激光器(31)、雪崩二极管(41)和光电倍增管(50，51)电连接的含有电源模块(63)、气控模块(64)、探测模块(65)、模拟模块(66)、数据模块(67)、工控机模块(61)和显示器(62)的控制处理部件(60)；方法为设定气流泵工作压力，根据雪崩二极管两次输出的信号时差和强度，以及光电倍增管的荧光信号，获得气溶胶粒子的粒径和粒谱分布信息、生物活性物质和核黄素信息并生成相应的图像后，存储和送往显示器显示。它可用于大气中气溶胶粒子的实时在线检测。

主权项

一种气溶胶粒子双通道激光探测仪，包括经其中的腔体(02)与光学采样部件相连接的粒子进样部件，所说粒子进样部件的腔体(02)的一端置有带锥形喷口(10)的壳流管(12)、另一端连接有出气管(13)，其中，壳流管(12)内同轴置有带锥形喷口(01)的采样管(04)，壳流管(12)和出气管(13)分别串接有气流泵(07，15)，所说光学采样部件的散射光收集椭球镜(44)和荧光收集椭球镜(42)均位于腔体(02)中，其中，散射光收集椭球镜(44)的一个焦点位于依次设置有λ/2波片(22)、双折射晶体(25)、负柱面镜(26)的激光器(20)的光路(27)上，荧光收集椭球镜(42)的一个焦点位于设置有负柱面镜(35)的紫外激光器(31)的光路(32)上，且散射光收集椭球镜(44)的一个焦点和荧光收集椭球镜(42)的一个焦点为共焦点，采样管(04)的锥形喷口(01)位于该共焦点处，其喷气方向为穿过平行的两束激光器(20)的光路27)和紫外激光器(31)的光路(32)，散射光收集椭球镜(44)的另一个焦点处置有雪崩二极管(41)，其特征在于：(a)所说激光探测仪还包括分别与气体压力传感器(17，18)、气流泵(07，15)、激光器(20)、紫外激光器(31)、雪崩二极管(41)和光电倍增管(50，51)电连接的控制处理部件，所说控制处理部件含有相互电连接的电源模块(63)、气控模块(64)、探测模块(65)、模拟模块(66)和数据模块(67)以及工控机模块(61)和与其电连接的显示器(62)，用于向所有的部件提供电力并根据锥形喷口(10，01)的流速确定气流泵(07，15)的泵压，以及根据雪崩二极管(41)的两次输出来获得气溶胶粒子的空气动力学尺寸和粒谱分布及启动紫外激光器(31)工作，进而由光电倍增管(50，51)获取的荧光信号得到气溶胶粒子的生物信息，并经显示器(62)显示出来，其中，所说电源模块(63)包含开关电源子模块(631)和四只步进开关整流器子模块(632，633，634，635)，其中，开关电源子模块(631)的输入端与市电电连接、输出端分接四只步进开关整流器子模块(632，633，634，635)的输入端，用于将交流220V转化为直流24V，步进开关整流器子模块(632，633)的输出端分接后续的所有模块，用于分别向其提供±5V、±15V的电源，步进开关整流器子模块(634，635)的输出端分接气流泵(07，15)，用于向其提供电源；所说气控模块(64)包含两只气控子模块(641，642)和微控制器(643)，其中，气控子模块(641，642)的输入端分接气体压力传感器(17，18)、输出端接微控制器(643)，用于将锥形喷口(10，01)处的压差值送往微控制器(643)，微控制器(643)的输出端与步进开关整流器子模块(634，635)的控制端电连接，用于控制步进开关整流器子模块(634，635)的输出，以维持气流压差的恒定；所说探测模块(65)包含运放子模块(651)和缓冲器子模块(652)，其中，运放子模块(651)的输入端与雪崩二极管(41)的输出端电连接、输出端与缓冲器子模块(652)电连接，用于将获取的粒子信号供后续的模块处理；所说模拟模块(66)包含前放子模块(661)、延控子模块(662)、比例放大器(663)、带通滤波器及加法比较器(666)、比例放大器(664)、带通滤波器及差分比较器(667)、比例放大器(665)、带通滤波器及嵌位延迟比较器(668)，其中，前放子模块(661)与延控子模块(662)相串接，其输入端与探测模块(65)的缓冲器子模块(652)电连接、输出端分接三路，第一路为比例放大器(663)与带通滤波器及加法比较器(666)串接，用于输出粒子的和信号，第二路为比例放大器(664)与带通滤波器及差分比较器(667)串接，以产生粒子的差分信号，第三路为比例放大器(665)与带通滤波器及嵌位延迟比较器(668)串接，以输出粒子散射光的强度信号；所说数据模块(67)包含时钟控制器(671)、脉冲计数器(672)、可编程逻辑器件(673)、延时控制器(674)、单片机(675)、AD转换器(676)、混合信号微处理子模块(677)、AD转换器(678)，其中，脉冲计数器(672)的输入端分接模拟模块(66)的带通滤波器及加法比较器(666)和带通滤波器及差分比较器(667)的输出端以及时钟控制器(671)、输出端接相串接的可编程逻辑器件(673)与延时控制器(674)，用于由和信号、差分信号和时钟脉冲数而依次获得粒谱数字信号、粒子飞行时间和延时脉冲，以触发紫外激光电源(30)工作，AD转换器(678)的输入端与模拟模块(66)的带通滤波器及嵌位延迟比较器(668)的输出端相接、输出端接单片机(675)，用于将模拟化的粒子散射光的强度信号转换成数字化信号后送至单片机(675)，混合信号微处理子模块(677)的输入端分接两只前置放大器(52，53)和单片机(675)、输出端接AD转换器(676)，用于将两只光电倍增管(50，51)的荧光信号和来自单片机(675)的积分开始时刻和积分窗时间进行整合，以获得模拟化的荧光强度信号，单片机(675)的输入、输出端还分别与可编程逻辑器件(673)、延时控制器(674)、AD转换器(676)、混合信号微处理子模块(677)、AD转换器(678)、工控机模块(61)电连接，用于分别设定可编程逻辑器件(673)、延时控制器(674)、AD转换器(676)、混合信号微处理子模块(677)、AD转换器(678)的工作时序，并将数字化的粒子粒谱信息、粒子散射光的强度信息、粒子荧光信息和荧光强度信息送往上位机-工控机模块(61)；所说工控机模块(61)由存储器子模块(611)和CPU模块(612)组成，用于接收数据模块(67)的数据，并将其处理成直观的图形数据后存储和送往显示器(62)显示；(b)荧光收集椭球镜(42)的另一个焦点处置有整形透镜组(45，46)，光通过整形透镜组(45，46)之后的光路上置有反射镜(48)，其中，反射镜(48)的反射和透射光路上分别置有第一光电倍增管(50)和第二光电倍增管(51)。