基于LIBS的大气小粒径颗粒物收集检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于LIBS的大气小粒径颗粒物收集检测装置，该装置中，无人机可将软管自由端携带至空中设定高度，检测箱内设置的若干层半透膜将检测箱内部分隔为左、右腔体，检测箱上开设有与左腔体相连通的进气口和与右腔体相连通的排气口。若干层半透膜的孔径沿着气流方向依次减小，位于最右侧的半透膜孔径为2um。右腔体内设置有Nd：YAG脉冲激光器、用于将Nd：YAG脉冲激光器发出的激光聚焦在半透膜上的聚焦透镜和面向激光聚焦点设置的探测器。本实用新型专利技术的收集检测装置结构简单，便携性、灵活性好，操作方便，可快速准确地在线检测出细颗粒物的化学组成元素及其含量等信息，进而实现大气细颗粒物的成分和浓度测量。

LIBS based collection and detection device for atmospheric small particle size particles

【技术实现步骤摘要】
基于LIBS的大气小粒径颗粒物收集检测装置
本技术属于大气污染检测领域，涉及一种基于LIBS的大气小粒径颗粒物收集检测装置。
技术介绍
激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种新型的物质成分检测和分析技术，其利用激光聚焦在测试位点激发产生等离子体而发光，在激光脉冲作用结束之后，所形成的等离子体伴随着温度的降低不断膨胀。在冷却过程中，出于激发态的原子与离子发生向低能级或基态的跃迁，同时发射出特定频率的光子，产生特征谱线，其频率和强度分布代表了分析对象所包含的元素种类和浓度信息，通过分析谱图中元素对应的特征峰强度实现对样品的定性和定量分析。另一方面，大气污染日趋严重，引起了相关部门和民众对空气质量的高度重视。大气污染物包括可吸入颗粒物、以及二氧化硫、氮氧化合物、一氧化碳等有毒有害气体，其中，可吸入颗粒物(以PM2.5为代表)由于能持续地悬浮在空气中，对人体健康和大气能见度影响都很大。目前，对大气中细颗粒物的成分、含量等进行快速在线检测已经成为一项热门研究工作，在实际的研究过程中，由于细颗粒物的粒径很小(一般在2.5um以下)，浓度较低，且分布高度较高，而现有的设备普遍结构复杂，操作繁琐，灵活性、便携性较差，很难快速准确的检测出细颗粒物的化学成分及浓度，配合相关部门及时地发出信息预报。
技术实现思路
本技术提出一种结构简单，灵活性、便携性较高的基于LIBS的大气小粒径颗粒物收集检测装置，实现粒径2um以上细颗粒物的快速精准在线测量。本技术所采用的技术方案为：基于LIBS的大气小粒径颗粒物收集检测装置，包括收集装置和检测装置，所述收集装置包括软管、与所述软管相连的鼓风机和用于将所述软管自由端携带至空中设定高度的无人机；所述检测装置包括检测箱、光谱仪和便携式数据处理计算机，所述检测箱内设置有若干层用于过滤并收集颗粒物的半透膜，若干层半透膜将所述检测箱内部分隔为左腔体和右腔体，所述检测箱上分别设置有与所述左腔体相连通的进气口和与所述右腔体相连通的排气口；所述若干层半透膜的孔径沿着气流方向依次减小，位于最右侧的半透膜孔径为2um；所述右腔体内设置有Nd：YAG脉冲激光器、用于将所述Nd：YAG脉冲激光器发出的激光聚焦在最右侧半透膜上的聚焦透镜和面向激光聚焦点设置的探测器；所述探测器、所述光谱仪和所述便携式数据处理计算机依次相连，所述鼓风机的出气口与所述检测箱的进气口相连。进一步地，半透膜的数量为一层。进一步地，半透膜的数量为两层，位于左侧的半透膜孔径为2.5um。进一步地，所述收集装置还包括压缩机，所述压缩机的进气口与所述鼓风机的出气口相连，所述压缩机的出气口与所述检测箱的进气口相连。进一步地，所述探测器为光纤探头，所述探测器、所述光谱仪和所述便携式数据处理计算机依次通过光纤相连，所述检测箱上开有供光纤穿过的通孔。进一步地，所述检测箱为铝合金材质。本技术的有益效果在于：本技术的收集检测装置结构简单，便携性好，操作方便。通过无人机控制软管进气口的高度，可获取特定高度、特定位置含细颗粒物的空气，使用更加灵活。通过半透膜收集粒径2um以上细颗粒物，并通过激光诱导击穿光谱技术，可快速准确地在线检测出细颗粒物的化学组成元素及其含量等信息，进而实现大气细颗粒物的成分和浓度测量。附图说明图1为本技术中，收集装置的结构示意图；图2为本技术中，分析装置的结构示意图；附图标记：1-无人机，2-软管，3-鼓风机，4-压缩机，5-检测箱，501-进气口，502-排气口，6-半透膜，7-Nd：YAG脉冲激光器，8-聚焦透镜，9-探测器，10-光谱仪，11-便携式数据处理计算机，12-光纤。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本技术的基于LIBS的大气小粒径颗粒物收集检测装置作进一步地详细说明。基于LIBS的大气小粒径颗粒物收集检测装置，包括收集装置和检测装置。如图1所示，收集装置包括依次相连的软管2、鼓风机3和压缩机4，以及用于将软管2自由端携带至空中设定高度的无人机1。如图2所示，检测装置包括检测箱5、光谱仪10和便携式数据处理计算机11。检测箱5内设置有若干层用于过滤并收集颗粒物的半透膜6，若干层半透膜6将检测箱5内部分隔为左腔体和右腔体，检测箱5上开设有与左腔体相连通的进气口501和与右腔体相连通的排气口502。若干层半透膜6的孔径沿着气流方向依次减小，位于最右侧的半透膜6孔径为2um。右腔体内设置有Nd：YAG脉冲激光器7、用于将Nd：YAG脉冲激光器7发出的激光聚焦在最右侧半透膜6上的聚焦透镜8和面向激光聚焦点设置的探测器9。本实施例中，探测器9为光纤探头，探测器9、光谱仪10和便携式数据处理计算机11依次通过光纤12相连，检测箱5上开有供导线12穿过的通孔。压缩机4的出气口与检测箱5的进气口501相连。检测箱5采用铝合金材质，兼顾轻便及坚固稳定性。具体地，半透膜6的数量可以是一层，即孔径为2um的半透膜。粒径小于2um的颗粒物通过半透膜6，而在半透膜6上留下的是粒径大于等于2um的细颗粒物。另外，半透膜6的数量也可以是两层，左侧的半透膜6孔径为2.5um，右侧的半透膜6孔径为2um。左侧的半透膜6只能通过小于2.5um的颗粒物，右侧的半透膜6只能透过粒径小于2um的颗粒物，这样在右侧的半透膜6上，就留下了粒径2～2.5um的细颗粒物。本技术的收集检测装置的原理在于：控制无人机1配套的控制器，使无人机1携带软管2的自由端悬停到设定高度，大量的空气通过软管2经鼓风机3进入压缩机4中，压缩机4可增大小粒径颗粒物的浓度，且由于气体受压，在压力作用下，空气以及悬浮颗粒运动更加剧烈，有利于空气穿过半透膜6。空气携带颗粒物经半透膜6过滤后，从排气口502排出，满足粒径要求的待检测细颗粒物则留在了最右侧半透膜6上(可近似认为空气中粒径大于2.5um的颗粒物被半透膜6阻隔并留在了检测箱5左腔体中)。打开Nd：YAG脉冲激光器7，其发出的激光经聚焦透镜8聚焦在最右侧半透膜6上，探测器9探测到的数据通过光谱仪10形成特征谱线，该特征谱线传输至便携式数据处理计算机11上，测量出细颗粒物中存在的化学组成元素(以在线检测分析颗粒物中是否含有有毒物质为例，如检测出含有铅元素就可以推测出颗粒物中含有铅化合物，可帮助使用者根据当地实际情况分析这些含铅化合物的来源，进行执法取证或污染物预报等工作)。至于定量测量，可通过将测得的光谱强度与数据库中对应的标准强度进行对比，再结合左腔体中所含空气的体积和压缩比，计算出元素在单位体积大气中的含量(即浓度)，进而实现大气细颗粒物的成分和浓度测量。以上显示和描述了本技术的基本原理、主要特征和本技术的优点。本行业人员应该了解，本技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本技术的原理，在不脱离本技术精神和范围的前提下，本技术还会有各种变化和改进，本技术要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于LIBS的大气小粒径颗粒物收集检测装置，其特征在于，包括收集装置和检测装置，所述收集装置包括软管(2)、与软管(2)相连的鼓风机(3)和用于将软管(2)自由端携带至空中设定高度的无人机(1)；/n所述检测装置包括检测箱(5)、光谱仪(10)和便携式数据处理计算机(11)，检测箱(5)内设置有若干层用于过滤并收集颗粒物的半透膜(6)，若干层半透膜(6)将检测箱(5)内部分隔为左腔体和右腔体，检测箱(5)上分别设置有与所述左腔体相连通的进气口(501)和与所述右腔体相连通的排气口(502)；所述若干层半透膜(6)的孔径沿着气流方向依次减小，位于最右侧的半透膜(6)孔径为2um；所述右腔体内设置有Nd：YAG脉冲激光器(7)、用于将Nd：YAG脉冲激光器(7)发出的激光聚焦在最右侧半透膜(6)上的聚焦透镜(8)和面向激光聚焦点设置的探测器(9)；探测器(9)、光谱仪(10)和便携式数据处理计算机(11)依次相连，鼓风机(3)的出气口与检测箱(5)的进气口(501)相连。/n

【技术特征摘要】
1.基于LIBS的大气小粒径颗粒物收集检测装置，其特征在于，包括收集装置和检测装置，所述收集装置包括软管(2)、与软管(2)相连的鼓风机(3)和用于将软管(2)自由端携带至空中设定高度的无人机(1)；
所述检测装置包括检测箱(5)、光谱仪(10)和便携式数据处理计算机(11)，检测箱(5)内设置有若干层用于过滤并收集颗粒物的半透膜(6)，若干层半透膜(6)将检测箱(5)内部分隔为左腔体和右腔体，检测箱(5)上分别设置有与所述左腔体相连通的进气口(501)和与所述右腔体相连通的排气口(502)；所述若干层半透膜(6)的孔径沿着气流方向依次减小，位于最右侧的半透膜(6)孔径为2um；所述右腔体内设置有Nd：YAG脉冲激光器(7)、用于将Nd：YAG脉冲激光器(7)发出的激光聚焦在最右侧半透膜(6)上的聚焦透镜(8)和面向激光聚焦点设置的探测器(9)；探测器(9)、光谱仪(10)和便携式数据处理计算机(11)依次相连，鼓风机(3)的出气口与检测箱(5)的进气口(501)相连。


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【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇，刘玉柱，颜逸辉，张启航，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32