专利名称：一种基于颗粒物飞行时间的大气颗粒物质量浓度反演方法
技术领域：
本发明涉及大气颗粒物质量浓度实时测量方法，属于大气环境监测技术领域。
背景技术：
近年来，随着我国大部分地区特别是发达城市和地区的雾霾天气频繁出现，人们对空气质量越来越重视。形成灰霾天气的主要原因是大气颗粒物浓度上升，特别是PM2.5浓度的上升，引起空气质量恶化和能见度急剧下降等不利影响。灰霾天气中颗粒物的粒径大小与人体健康有着密切的关系，它决定其最终进入呼吸道的部位及沉积量。灰霾天气中的有毒、有害颗粒物散播在空气中，对人类和生态系统会造成不同程度的危害。当前，大气颗粒物的检测已成为环境、气候和健康等领域的重要内容。目前，大气颗粒物监测的主要测量方法有:振荡天平法、Beta射线法、光散射法。振荡天平法可以直接测量颗粒物的浓度，与颗粒物粒径、颜色等无关，但是其受采样温度、湿度、振动、噪声等影响比较大，特别是采样过程中大气颗粒物中挥发性有机物损失引起测量误差较大。Beta射线法与颗粒物的种类、粒径、形状、颜色和化学组成等无关，只与粒子的质量有关，但受射线源、滤纸个体差别影响很大。另外，振荡天平法和Beta射线法都要配合PM10，PM2.5等切割器，由于切割器的误差也会造成测量结果误差。并且，振荡天平法和Beta射线法无法给出大气颗粒物各粒径的数浓度和粒径分布信息，而这两个参数都是影响人体健康的重要参数之一。光散射法是通过测量颗粒物受光照射后发出的散射光信号的强度大小来测量颗粒物的质量浓度。目前，基于光散射法的大气颗粒物计数仪较多，如德国Grimm公司的1.109、美国TSI公司的3330和美国Metone公司的3413等。光散射法测颗粒物的质量浓度主要是通过特定角度的散射光强大小来测量颗粒物光学粒径，并进一步反演颗粒物的质量浓度，激光器光 强的波动、粒子的折射率和几何形状的不同均会引起测量误差。

发明内容
本发明技术解决问题:克服上述的问题的不足，提供一种基于颗粒物飞行时间的大气颗粒物质量浓度反演方法，能实现准确、实时、在线、可连续的大气颗粒物质量浓度监测，能同时测量PM10、PM2.5、PMl的质量浓度，并给出大气颗粒物粒径分布。本发明的技术实施方案:在空气动力学粒径谱仪的基础上，一种基于颗粒物飞行时间的大气颗粒物质量浓度反演方法，实现步骤如下:(I)、由空气动力学粒径谱仪可以测出颗粒物在双光斑的飞行时间，根据双光斑的距离L计算出粒子的飞行速度，公式如下:
权利要求
1.一种基于颗粒物飞行时间的大气颗粒物质量浓度反演方法，其特征在于实现步骤如下: (1)通过空气动力学粒径谱仪测量得到的数据信息，根据动量守恒定律、空气动力学和流体力学原理得出粒子飞行速度与单个粒子的质量的关系式，公式如下:
2.根据权利要求书I所述的一种基于颗粒物飞行时间的大气颗粒物质量浓度反演方法，其特征在于:所述步骤(I)的系统标定系数方法如下: (11)用标准气溶胶粒子发生器产生标准颗粒物，标准气溶胶粒子发生器的小孔选择20 μ m,利用DOP溶液产生20组不同溶液浓度的标准颗粒物； (12)利用空气动力学粒径谱仪测量出步骤(11)所述得到的20组不同溶液浓度的标准颗粒物的飞行时间，由飞行时间计算出飞行速度，计算出步骤(11)中所述得到的20组不同溶液浓度的标准颗粒物的质量，粒子质量由下式计算:
全文摘要
一种基于颗粒物飞行时间的大气颗粒物质量浓度反演方法，在空气动力学粒谱仪的基础上根据飞行速度和采样流量可以反演出颗粒物的质量浓度。根据空气动力学粒谱仪的工作原理，颗粒通过加速喷口后，在气流轨迹上的任意一点，每种粒径的颗粒物都有唯一速度up，通过飞行时间可以得出粒子的飞行速度。由动量守恒定理、空气动力学和流体力学原理可以得出粒子的飞行速度与质量关系，因此通过飞行速度和采样流量可以反演出颗粒物的质量浓度。本发明根据颗粒物的动力学特征反演出大气颗粒物的质量浓度；提供一种能准确、实时、在线测量大气颗粒物质量浓度的反演算法。
文档编号G01N15/02GK103234882SQ20131013928
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月21日 优先权日2013年4月21日
发明者桂华侨, 李德平, 刘建国, 程寅, 王杰, 陆亦怀, 伍德侠 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院