CN211292462U - 气溶胶粒子采集与进样系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种气溶胶粒子采集与进样系统，包括入口管道、光检测单元、样品室和出口管道；入口管道又设置为相互连通的样气腔和混合腔，且分别开设样气流通口和鞘气进气口；在入口管道内设置取样管进行取样，鞘气进气口处流通鞘气进入到混合腔内，对取样的气溶胶粒子群进行聚焦的同时形成环形的保护器，对光检测单元进行气体保护；气溶胶进样以及鞘气进气均是由出口管道上的真空泵控制流通，取样的流通方向与鞘气气流流通方向相同，可实现等速采样，取样后进入样品室内的气溶胶粒子更能反映真实的粒径分布，测量更具代表性。

Description

气溶胶粒子采集与进样系统

技术领域

本实用新型涉及气溶胶粒子采集及粒径实时检测领域，特别是涉及一种基于气体流动聚焦原理将外界气溶胶粒子群进行聚焦形成纤细粒子束的气溶胶粒子采集与进样系统。

背景技术

气溶胶是指由固体或液体粒子分散并悬浮在气体介质中形成的混合体系。粒子粒径大小为0.001-100微米，通常粒子的动力学直径在0.01至10微米之间，能在大气中驻留几个小时。习惯上把悬浮在大气中的固体和液体粒子称为气溶胶。

粒度是用来描述气溶胶粒子的重要参数，因为它在很大程度上决定了悬浮在空气中粒子行为特征。在大气气溶胶的理化特性研究领域，气溶胶物理性质主要包括粒子的大小、形态和粒子谱分布，包括粒子数量浓度粒径分布、体积浓度粒径分布和质量浓度粒径分布等。而在对大气中，气溶胶粒子监测分析粒子的空气动力学粒径、粒子表面积、散射光强度、粒子成分时，粒子间会出现相互干扰碰撞的情况，影响对粒子粒径度量分析等，需要对粒子进行逐个分析，要求大气中气溶胶粒子群进入光学检测室时，形成队列逐个通过光路系统。

专利号为201510130227.2的中国发明专利申请公布了一种双波长光学实时气溶胶粒子粒径检测装置，其主要是包括单粒子聚焦气路、两个光强度检测单元、两个光场分布检测单元、散射腔体、微机控制单元和电源供电系统。采用侧前向散射光场分布检测单元推算粒子折射率，通过单个气溶胶粒子的相同散射空间角度内的光场强度，基于接收散射光强与粒子粒径的理论和实际相应曲线，反演粒子的光学等效粒径，降低粒子折射率等因素的影响；通过检测两种波长条件下一定散射角度范围内的散射光场分布，估算粒子折射率数值范围，提高粒子粒径检测准确度。但在该专利技术中，在气溶胶进入样气进气口时，气溶胶粒子可能会由于风向杂乱，不一定都是朝向样气进气口方向，导致大粒子在惯性的作用下运动到其他方向不进入样气进气口，进入样气进气口的都是一些小的粒子，从而导致气溶胶粒子分布测量的不准确。因此，有必要提供一种能同时对气溶胶中大粒子和小粒子进行粒径测量分析的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在提供一种气溶胶粒子采集及进样系统，包括入口管道、光检测单元、样品室和出口管道；

所述入口管道包括样气腔和混合腔，所述样气腔和所述混合腔之间设置有通气孔，所述样气腔背向所述混合腔一侧开设有气溶胶进口，所述气溶胶进口的口径大于所述通气孔的孔径，所述混合腔与所述通气孔相对的一侧开设有喷嘴，与所述样品室连通；

所述入口管道的侧壁上开设有相互连通的样气流通口和鞘气进气口，所述样气流通口与所述样气腔连通，所述鞘气进气口与所述混合腔连通；

所述样气流通口和所述鞘气进气口之间设置有真空泵和过滤装置，所述真空泵配置成将所述样气腔内的样气有所述样气流通口处抽送至所述鞘气进气口处；所述过滤装置配置成将所述样气进行过滤形成鞘气；

所述样品室的侧壁上安装所述光检测单元，所述光检测单元配置成对进入所述样品室内的样气进行光学检测；

所述样品室内设置有真空泵，配置成将所述混合腔内的样气和鞘气抽送至样品室内进行检测；

所述出口管道与所述样品室连通，所述出口管道处安装有真空泵，用于将所述样品室内的样气和鞘气抽送至出口管道处。

进一步地，还包括用于流通样气的取样管，所述取样管设置在所述入口管道中，且所述取样管穿过所述通气孔穿插在所述样气腔和所述混合腔内，所述取样管的外径与所述通气孔相匹配。

进一步地，所述样品室的外侧设置有光学窗口，所述光学窗口观察方向与所述样气在所述入口管道内的流通方向垂直。

进一步地，所述样气流通口和所述鞘气进气口之间设置有压差计。

进一步地，所述样气流通口和所述鞘气进气口之间设置有温度传感器和压力检测传感器。

进一步地，所述出口管道上安装有过滤装置，所述过滤装置设置在所述出口管道上的所述真空泵和所述样品室之间。

本实用新型所述的气溶胶粒子采集与进样系统主要是通过真空泵，将样气采集到样品室内，一路样气通过气溶胶进口进入样气腔，然后经由通气孔进入混合腔内；一路样气通过样气流通口形成鞘气流通到鞘气进气口，然后进入混合腔内，该路气流通过差压式流量测量及闭环控制技术，可以精确控制样气的鞘气流量；整个系统进样时取样管在混合腔内位于鞘气流的中间，一方面，鞘气可以将样气与光检测单元进行隔离，防止光学元器件因附着病原体样本而导致光学性能改变；另一方面，鞘气对样气进行流动聚焦，使样品中气溶胶粒子群变成纤细的粒子束；同时，取样气流和周围环境气流方向相同，可实现等速采样，取样后进入样品室进行检测的气溶胶粒子更能反映真实的粒径分布，测量更具代表性。

附图说明

后文将参照附图以及实施例而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按照比例绘制的。

图1是本实用新型气溶胶粒子采集与进样系统的结构示意图；

图2是本实用新型气溶胶粒子采集与进样系统的剖视图；

图3是本实用新型气溶胶粒子采集与进样系统的工作原理图。

附图中，1、入口管道；11、样气腔；111、气溶胶进口；112、样气流通口；113、鞘气进气口；12、混合腔；13、通气孔；14、取样管；2、光检测单元；21、光学窗口；3、样品室；4、出口管道；5、真空泵；6、过滤装置；7、压差计；8、温度传感器；9、压力传感器。

具体实施方式

根据下文结合附图1至附图3对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

一种气溶胶粒子采集及进样系统，包括入口管道1、光检测单元2、样品室3和出口管道4。样品室3与光检测单元2连接，样品室3的外侧设置光学窗口21，通过光检测单元2内的光学窗口21可以对样品室3内的气溶胶粒子进行光学检测分析等。入口管道1和出口管道4均与样品室3连通。其中入口管道1包括样气腔11和混合腔12，样气腔11和混合腔12之间设置有通气孔13，样气腔11一端与混合腔12连通，另一端开设有气溶胶进口111，气溶胶进口111的口径大于样气腔11和混合腔12之间的通气孔13的孔径；混合腔12上开设有喷嘴121，且通气孔13和喷嘴121分别位于混合腔12相对的两侧，且混合腔12通过喷嘴121与样品室3连通。本实用新型优选设置为光学窗口21的观察方向与样气在入口管道1内的流通方向垂直。

本实用新型进一步的实施方式为，在入口管道1的侧壁上开设有相互连通的样气流通口112和鞘气进气口113，样气流通口112与样气腔11连通，鞘气进气口113与混合腔12连通。在样气流通口112和鞘气进气口113之间设置有真空泵5和过滤装置6。在入口管道1内安装有用于流通样气的取样管14，取样管14穿过通气孔13穿插在样气腔11和混合腔12内。气溶胶由气溶胶进口111进入，先进入到样气腔11内，一部分气溶胶经由取样管14流通至混合腔12内；一部分气溶胶在真空泵5的作用下被抽至样气流通口112处，流通至样气流通口112处的气溶胶被过滤装置6过滤，将气溶胶进行加工后形成鞘气，然后流通至鞘气进气口113处，鞘气经由鞘气进气口113进入到混合腔12内；进入到混合腔12内的气溶胶又由喷嘴121处喷入到样品室3内进行光学检测。进一步地，在样气流通口112和鞘气进气口113之间设置有压差计7、温度传感器8和压力传感器9，分别用于检测和调节鞘气流通的压差、温度以及压力等，通过压差式流量以及闭环控制技术，可以精确控制样气的鞘气流量。

由于取样管14的外径与通气孔13的孔径相匹配，保证了样气腔11内的气溶胶只能经由取样管14进入到混合腔12内，不能通过通气孔13直接流通，从而使得进入到混合腔12和由喷嘴121喷出的气溶胶粒子群能进行聚焦形成纤细的粒子束，使得气溶胶粒子形成队列逐一通过检测光路。而由鞘气进气口113流通进入混合腔12内的鞘气在对气溶胶粒子群进行聚焦的同时还可以形成环形的保护气，可以对光检测单元2内的光学器件进行气体保护，防止气溶胶粒子对光检测单元2的污染，进而可以提高光检测单元2的使用寿命。

本实用新型进一步的实施方式为，取样管14的一端位于混合腔12内，即取样管14位于鞘气中间，取样气流和周围环境气流以及鞘气气流方向相同。

样品室3内的气溶胶粒子在进行光学检测分析过程中，会通过出口管道4排出，在出口管道4处设置有真空泵5和过滤装置6，且过滤装置6位于样品室3和出口管道4上的真空泵5之间。在出口管道4上的真空泵5的作用下，气溶胶被抽送至入口管道1然后进入到样品室3内，最后经由出口管道4上的过滤装置6过滤后排出。

整个系统主要功能为将气溶胶粒子输送至样品室3内并聚焦成微束，鞘气既可以对光检测单元2进行保护；又可以对气溶胶样气进行流动聚焦，使气溶胶粒子群变成粒子束，便于光学检测；同时取样气流和鞘气气流同方向设置，可实现等速采样，取样后进入样品室3内的气溶胶粒子更能反映真实粒径分布，测量更具代表性。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，所作出的任何改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种气溶胶粒子采集与进样系统，其特征在于，包括入口管道、光检测单元、样品室和出口管道；

所述入口管道包括样气腔和混合腔，所述样气腔和所述混合腔之间设置有通气孔，所述样气腔背向所述混合腔一侧开设有气溶胶进口，所述气溶胶进口的口径大于所述通气孔的孔径，所述混合腔与所述通气孔相对的一侧开设有喷嘴，与所述样品室连通；

所述入口管道的侧壁上开设有相互连通的样气流通口和鞘气进气口，所述样气流通口与所述样气腔连通，所述鞘气进气口与所述混合腔连通；

所述样气流通口和所述鞘气进气口之间设置有真空泵和过滤装置，所述真空泵配置成将所述样气腔内的样气由所述样气流通口处抽送至所述鞘气进气口处；所述过滤装置配置成将所述样气进行过滤形成鞘气；

所述样品室的侧壁上安装所述光检测单元，所述光检测单元配置成对进入所述样品室内的样气进行光学检测；

所述样品室内设置有真空泵，配置成将所述混合腔内的样气和鞘气抽送至样品室内进行检测；

所述出口管道与所述样品室连通，所述出口管道处安装有真空泵，用于将所述样品室内的样气和鞘气抽送至出口管道处。

2.根据权利要求1所述的气溶胶粒子采集与进样系统，其特征在于，还包括用于流通样气的取样管，所述取样管设置在所述入口管道中，且所述取样管穿过所述通气孔穿插在所述样气腔和所述混合腔内，所述取样管的外径与所述通气孔相匹配。

3.根据权利要求1所述的气溶胶粒子采集与进样系统，其特征在于，所述样品室外侧设置有光学窗口，所述光学窗口观察方向与所述样气在所述入口管道内的流通方向垂直。

4.根据权利要求2所述的气溶胶粒子采集与进样系统，其特征在于，所述样气流通口和所述鞘气进气口之间设置有压差计。

5.根据权利要求2所述的气溶胶粒子采集与进样系统，其特征在于，所述样气流通口和所述鞘气进气口之间设置有温度传感器和压力检测传感器。

6.根据权利要求1所述的气溶胶粒子采集与进样系统，其特征在于，所述出口管道上安装有过滤装置，所述过滤装置设置在所述出口管道上的所述真空泵和所述样品室之间。

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