(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 202211036983.5 (22)申请日 2022.08.25 (71)申请人 西安理工大 学 地址 710048 陕西省西安市碑林区金花 南 路5号 (72)发明人 赵恒　张荣瑞　常琦　 (74)专利代理 机构 西安弘理专利事务所 61214 专利代理师 刘娜 (51)Int.Cl. G01N 15/06(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01N 21/51(2006.01) (54)发明名称 基于前向粒子计数器耦合侧向光度计的颗 粒物浓度检测系统及方法 (57)摘要 本发明公开了基于前向粒子计数器耦合侧 向光度计的颗粒物浓度检测系统， 包括光源模 块、 光敏区探测模块以及数据处理模块； 光源模 块包括外壳体， 外壳体内部设置有半导体激光器 和光陷阱， 半导体激光器发出的光束经过多级光 阑约束， 汇聚在光敏区， 进入光陷阱中； 光敏区探 测模块包括进气管和出气管， 进气管和出气管位 于光敏区的正上下方区域， 还包括前向硅光二极 管和侧向硅光二极管， 前向硅光二极管位于光敏 区右上方并与光束的夹角为20 °， 侧向硅光二极 管位于光敏区右下方与光束的夹角为45 °。 本发 明的颗粒物浓度检测系统， 在不使用粒子切割器 的情况下， 可 以根据颗粒物散射光信息， 实时输 出四种不同粒径大小的可吸入颗粒物质量浓度。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115389384 A 2022.11.25 CN 115389384 A 1.基于前向粒子计数器耦合侧向光度计的颗粒物浓度检测系统， 其特征在于， 包括光 源模块、 光敏区探测模块以及数据处理模块； 所述光源模块包括外壳体(8)， 所述外壳体(8) 内部并排设置有半导体激光器(1)和光陷阱(10)， 所述半导体激光器(1)发出的光束 经过多 级光阑(3)约束， 汇聚在光敏区(4)， 进入光陷阱(10)中； 所述光敏区探测模块包括进气管 (14)和出气管(12)， 所述进气管(14)和出气管(12)位于光敏区(4)的正上下方区域， 还包括 前向硅光二极管(11)和侧向硅光二极管(7)， 所述前向硅光二极管(11)位于光敏区(4)右上 方并与光束的夹角为20 °， 所述侧向硅光二极管(7)位于光敏区(4)右下方与光束的夹角为 45°； 所述数据处理模块包括电性连接的数据采集卡(6)和上位机Labview软件(9)； 所述数 据采集卡(6)还电性连接信号放大调制电路(5)， 所述信号放大调制电路(5)的输入端连接 侧向硅光 二极管(7)与前向硅光 二极管(1 1)， 输出端连接数据采集 卡(6)。 2.根据权利要求1所述的基于前向粒子计数器耦合侧向光度计的颗粒物浓度检测系 统， 其特征在于， 所述进气管(14)一端 连接主气泵(15)， 另一端通入光敏区(4)正上方； 还包 括鞘气管(13)， 所述鞘气管(13)一端连接鞘气泵(16)， 另一端连接进气管(14)中部 。 3.根据权利要求1所述的基于前向粒子计数器耦合侧向光度计的颗粒物浓度检测系 统， 其特征在于， 所述半导体激光器(1)通过夹持器(2)进行夹持固定 。 4.基于前向粒子计数器耦合侧向光度计的颗粒物浓度检测方法， 其特征在于， 具体按 照以下步骤实施： 步骤1， 将待测 气体通过主气泵(15)通入光敏区(4)中， 完成与 光束作用后， 待测颗粒物 通过出气管(12)排出， 将不含有颗粒物的纯 净气体， 通过鞘气泵(16)通入到光敏区(4)中； 步骤2， 将波段为650nm的半导体激光器(1)开启， 光束通过多级光阑(3)进行整形聚焦， 汇聚到光敏区(4)中， 经过光敏区(4)的光束被光陷阱(10)吸收； 将前向硅光二极管(11)、 侧 向硅光二极管(7)开启， 对颗粒物的光散射信号进行采集； 侧向硅光二极管(7)与前向硅光 二极管(11)经过信号放大调制电路(5)， 被数据采集卡(6)记录采集信息， 通至上位机 Labview软件(9)中进行处 理， 获得颗粒物的质量浓度信息 。 5.根据权利要求4所述的基于前向粒子计数器耦合侧向光度计的颗粒物浓度检测方 法， 其特征在于， 所述前向硅光 二极管(1 1)的探测器对颗粒物光散射信号的处 理过程为： 首先， 利用多个标准颗粒物样品进行 标定系数 K， 其计算公式如式(1)所示； 式(1)中， vi表示第i个标准颗粒物样品的脉冲电压， N(vi)为vi电压的数目， K为标定系 数， Cm.std为标准颗粒样品的质量浓度； 标准颗粒物样品分别为PM2.5、 PM4及PM10的颗粒物； 则不同粒径段 下颗粒质量浓度如式(2)所示； 式(2)中， Cm为待测颗粒物样品的质量浓度。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115389384 A 26.根据权利要求4所述的基于前向粒子计数器耦合侧向光度计的颗粒物浓度检测方 法， 其特征在于， 侧向硅光 二极管(7)的探测器对散射信号的处 理过程为： 首先， 利用PM1标准颗粒物样品， 获取不同气溶胶环境下的KPSC， 如式(3)所示； 式(3)中， Cm,PM1,std表示PM1标准颗粒物样品的质量浓度， UP表示侧向硅光二极管(7)的探 测器的光度电压； 进而得到PM1颗粒物的质量浓度 如式(4)所示： 权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115389384 A 3