(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210227002.9 (22)申请日 2022.03.07 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市玄武区孝陵卫 200号 (72)发明人 王春勇　黄港　戴昊　纪运景　 严伟　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 岑丹 (51)Int.Cl. G01N 15/06(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01N 21/49(2006.01) G01N 21/53(2006.01) (54)发明名称 一种多粒径粉尘质量浓度的测量装置与测 量方法 (57)摘要 本发明公开了一种多粒径粉尘质 量浓度的 测量装置和方法， 包括光路系统、 气路系统、 侧向 散射光收集系统以及光信号处理系统， 由激光器 产生的激光照射在待测气溶胶颗粒上， 侧向散射 光收集系统收集由气溶胶散射后的散射光后由 光电转换和处理系统进行解算， 获得进一步的光 散射信息， 从而计算出气溶胶的浓度值。 本发明 设计的系统结构 简单， 成本 较低， 便携性 好。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 114659947 A 2022.06.24 CN 114659947 A 1.一种多粒径粉尘质量浓度的测量装置， 其特征在于， 包括光路系统、 气路系统、 侧向 散射光收集系统以及光信号处理系统， 所述光路系统包括依次设置且位于同一光路的激光 器(1)、 准直透镜(2)以及光陷阱(6)， 所述气路系统用于向光路系统形成的光敏区(5)喷射 带粉尘的气体， 所述侧向散射光收集系统用于采集光敏区(5)的光信息， 所述光信号处理系 统用于根据采集的光信息计算出粉尘质量浓度。 2.根据权利要求1所述的多粒径粉尘质量浓度的测量装置， 其特征在于， 所述侧向散射 光收集系统包括位于光敏区(5)两侧的光电探测器(4)与椭球面反射镜(3)， 且光敏区(5)与 光电探测器(4)位于椭球面反射镜(3)的两个焦点处。 3.根据权利要求1所述的多粒径粉尘质量浓度的测量装置， 其特征在于， 所述采样气路 由相对于光敏区(5)对称设置的采样气嘴， 出气嘴构成。 4.根据权利要求1所述的多粒径粉尘质量浓度的测量装置， 其特征在于， 所述光信号处 理系统包括幅度甄别电路、 积分放大电路以及单片机， 所述侧向散射光收集系统采集的信 号分为2路， 其中一路作为光度积分信号输入积分放大电路进 行幅值放大， 放大后的信号进 入单片机， 由单片 机自带的A/D进 行数模转换后进 行存储， 另一路作为粒子计数信号经幅度 甄别电路放大比较后进行幅度甄别， 并由单片机计算大粒子脉冲的个数， 单片机根据放大 后的电压值以及大 粒子脉冲的个数计算粉尘质量浓度。 5.根据权利要求4所述的多粒径粉尘质量浓度的测量装置， 其特征在于， 粉尘包括颗粒 群或颗粒群与单粒子的组合， 当为颗粒群时， 根据电压值与质量浓度的关系计算质量浓度； 当为颗粒群与单粒子的组合时， 根据大粒子脉冲的个数计算单粒子质量浓度， 将单粒子质 量浓度加上颗粒群的质量浓度作为粉尘质量浓度。 6.根据权利要求5所述的多粒径粉尘质量浓度的测量装置， 其特征在于， 颗粒群情形 时， 质量浓度为： C＝KT 式中， K为系数， T为电压值； 单粒子脉冲情形时， 质量浓度为： 式中， k0是与质量浓度有着相同量纲的灵敏度系数； ε指的是分形维数， N(vi)是粒子的 脉冲信号幅度分布函数； q为 通道区间的数量； vi表示电压区间i的中值电压 。 7.根据权利要求4所述的多粒径粉尘质量浓度的测量装置， 其特征在于， 所述幅度甄别 电路包括 跨阻放大电路和电压比较 器。 8.根据权利要求4所述的多粒径粉尘质量浓度的测量装置， 其特征在于， 所述积分放大 电路采用集成跨阻积分放大器IVC102。 9.根据权利要求1所述的多粒径粉尘质量浓度的测量装置， 其特征在于， 所述激光器 (1)采用功率 为5mW的半导体激光器(1)光源， 波长为780nm。 10.根据权利要求1所述的多粒径粉尘质量浓度的测量装置， 其特征在于， 所述光电探 测器(4)采用硅基光电二极管。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114659947 A 2一种多粒径粉尘质量浓度的测量装 置与测量方 法 技术领域 [0001]本发明属于光电传感器探测领域， 具体涉及一种多粒径粉尘质量浓度的测量装置 与测量方法。 背景技术 [0002]迄今为止， 颗粒浓度测量已经被广泛应用于环境监测、 工业生产监控以及军事等 领域， 近年来， 由于传感器精度 的提升和计算机技术的发展， 颗粒测量技术更是朝着智能 化、 精准化的方向不断进步。 基于光散射法的粉尘浓度仪由于其快速实时测量、 精准度高、 便携性好等优点而被广泛应用于大气监测、 室内环境 监控、 工业 生产车间等场地的监控。 [0003]现有的光散射法测量仪器大多采用单一的单粒子散射法或者光度计法， 而实际情 况是粒子的粒径大小分布具有不确定性， 若使用单一的光度计法或者单粒子法测量粒子浓 度会造成测量结果的误差， 即当测 量气体中含有较多数量的大粒径粒子时， 仪器测 量得到 的光度反而会出现降低， 粒子浓度升高时测量结果却会降低。 发明内容 [0004]本发明的目的在于提供一种结构简单、 成本低廉、 测量分辨率高并且能够在多种 粒径粒子环境下实时测量的一种多粒径粉尘质量浓度的测量装置与测量方法。 [0005]实现本发明目的的技术方案为： 一种多粒径粉尘质量浓度的测量装置， 包括光路 系统、 气路系统、 侧向散射光收集系统以及光信号处理系统， 所述光路系统包括依次设置且 位于同一光路的激光器、 准直透镜以及光陷阱， 所述气路系统用于 向光路系统形成的光敏 区喷射带粉尘的气体， 所述侧向散射光收集系统用于采集光敏区的光信息， 所述光信号处 理系统用于根据采集的光信息计算出粉尘质量浓度。 [0006]优选地， 所述侧向散射光收集系统包括位于光敏区两侧的光电探测器与椭球面反 射镜， 且光敏区与光电探测器位于椭球面反射镜的两个焦点处。 [0007]优选地， 所述采样气路由相对于光敏区对称设置的采样气嘴， 出气嘴构成。 [0008]优选地， 所述光信号处理系统包括幅度甄别电路、 积分放大电路以及单片机， 所述 侧向散射光收集系统采集的信号分为2路， 其中一路作为光度积分信号输入积分放大电路 进行幅值放大， 放大后的信号进入单片机， 由单片机自带的A/D进行数模转换后进行存储， 另一路作为粒子计数信号经幅度甄别电路放大比较后进行幅度甄别， 并由单片 机计算大粒 子脉冲的个数。 [0009]优选地， 粉尘包括颗粒群或颗粒群与单粒子的组合， 当为颗粒群时， 根据电压值与 质量浓度的关系计算质量浓度； 当为颗粒群与单粒子的组合时， 根据大粒子脉冲的个数计 算单粒子质量浓度， 将单 粒子质量浓度加上颗粒群的质量浓度作为粉尘质量浓度 [0010]优选地， 颗粒群情形时， 质量浓度为： [0011]C＝KT [0012]式中， K为系数， T为电压值；说　明　书 1/4 页 3 CN 114659947 A 3