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专利号: 2021105894458
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于SIBS和拉曼光谱的气溶胶颗粒快速检测装置的工作方法,其特征在于,采用的气溶胶颗粒快速检测装置包括电晕气溶胶微浓缩器、拉曼光谱装置、电火花光谱装置、高压脉冲发生器、电晕直流电源、数据采集系统、微控制器、高效过滤器、流量计和微型真空泵;

所述电晕气溶胶微浓缩器包括顶盖、筒体、底座和两个气溶胶入口;筒体固定在底座上,顶盖固定在筒体上端,筒体、顶盖和底座围成内部空腔;顶盖中心开设通孔Ⅰ,喷嘴处于内部空腔内、并固定在顶盖下部;喷嘴与通孔Ⅰ处于同一轴线,阳极针一端依次穿过通孔Ⅰ和喷嘴伸入内部空腔内,阳极针另一端分别与高压脉冲发生器和电晕直流电源正极连接,两个气溶胶入口对称装在顶盖上、且两个气溶胶入口与喷嘴连通;气溶胶入口通过管路与外界空气连通;

所述底座中心开设通孔Ⅱ,收集电极一端通过通孔Ⅱ伸入内部空腔并处于阳极针下方,且收集电极与阳极针处于同一轴线,收集电极与高压脉冲发生器和电晕直流电源的负极相连;底座上开设气溶胶排出通道,气溶胶排出通道一端与内部空腔连通、另一端通过管路与高效过滤器一端连通,高效过滤器另一端通过管路与微型真空泵连通;

所述筒体侧部设有光学透镜、拉曼探针安装孔和装配孔,拉曼光谱装置包括激光器、拉曼探针和拉曼光谱仪,拉曼探针一端通过拉曼探针安装孔伸入内部空腔,并对准收集电极;

拉曼探针另一端与激光器和拉曼光谱仪通过光纤连接;电火花光谱装置包括电火花光谱仪和SIBS探头,SIBS探头一端通过装配孔伸入内部空腔,并对准收集电极;SIBS探头另一端与电火花光谱仪通过光纤连接;所述电火花光谱仪和拉曼光谱仪均与数据处理系统连接;

所述微控制器与数据处理系统用于控制高压脉冲发生器、电晕直流电源、微型真空泵、电火花光谱仪、拉曼光谱仪、激光器和流量计的工作状态及接收数据处理系统反馈的光谱数据,具体步骤为:

A、将检测装置放置到所需检测的环境中,然后通过微控制器控制微型真空泵和电晕直流电源启动,此时微型真空泵将该空气环境中的气溶胶颗粒吸入,并经过气溶胶入口及喷嘴进入内部空腔,电晕直流电源对阳极针施加电压,从而在阳极针和收集电极之间产生电晕区域,进入内部空腔的气溶胶颗粒从电晕区域获取电荷,并向收集电极迁移,最终吸附在收集电极的表面,持续一段时间后,停止微型真空泵和电晕直流电源的工作;

B、微控制器控制激光器和拉曼光谱仪开始工作,激光器通过拉曼探针将产生的激光照射到收集电极表面的气溶胶颗粒上,同时拉曼探针将气溶胶颗粒被激光照射后产生的散射光收集并反馈给拉曼光谱仪,拉曼光谱仪经分析获得本次气溶胶颗粒的拉曼光谱数据,接着拉曼光谱仪将拉曼光谱数据反馈给微控制器与数据处理系统,获得本次气溶胶颗粒的成分数据,完成一次拉曼分析过程;

C、然后微控制器控制高压脉冲发生器开始工作,进而使阳极针对收集电极上的气溶胶颗粒发射多个电脉冲进行烧蚀;每个电脉冲的输出能量为200mJ;此时收集电极上的气溶胶颗粒被消融、汽化、离子化,产生原子发射光谱,此时控制电火花光谱仪开始工作,通过SIBS探头接收,并使电火花光谱仪记录该原子发射及光谱数据;接着电火花光谱仪将原子发射及光谱数据反馈给微控制器与数据处理系统进行分析,从而获得本次气溶胶颗粒元素成分及浓度数据;

D、最后微控制器控制微型真空泵开始启动,将内部空腔内的气溶胶颗粒通过气溶胶排出通道排出,并通过流量计控制排出流量,高效过滤器能防止颗粒物进入微型真空泵,通过光学透镜能观察整个检测过程中内部空腔的情况,最终完成气溶胶颗粒的元素成分、分子结构及其浓度的快速检测过程。

2. 根据权利要求1 所述的一种基于SIBS和拉曼光谱的气溶胶颗粒快速检测装置的工作方法,其特征在于,所述高效过滤器和微型真空泵之间的管路上装有流量计。

3. 根据权利要求1 所述的一种基于SIBS和拉曼光谱的气溶胶颗粒快速检测装置的工作方法,其特征在于,所述拉曼探针与收集电极所处轴线之间的夹角为40°至50°;所述SIBS探头与收集电极所处轴线之间的夹角为40°至50°。

4. 根据权利要求1 所述的一种基于SIBS和拉曼光谱的气溶胶颗粒快速检测装置的工作方法,其特征在于,所述气溶胶入口为粒径切割器。

5. 根据权利要求1 所述的一种基于SIBS和拉曼光谱的气溶胶颗粒快速检测装置的工作方法,其特征在于,所述阳极针与收集电极之间的距离为3~7mm。