基于激光散射原理气溶胶浓度检测仪研制

贾日波，李 鑫，侯春彩，徐亚蛟

(中国船舶集团公司第七一八研究所，河北 邯郸 056027)

0 引 言

作为重污染天气的首要污染物，气溶胶粒子的监测一直是环境监测领域的研究热点。气溶胶是指悬浮在大气环境中的直径在0.001～100 μm的液体或固体颗粒物，气溶胶颗粒是大气污染物的主要成分，对人体健康和气候环境都有重要影响。目前常用的气溶胶检测方法主要包括称重法、β射线法、压电振动法、光吸收法、光散射法等[1]。其中称重法、β射线法和压电振动法需要采集定量的样气进行检测，精度高，但不能连续实时检测，且成本较高；光吸收法和光散射法由于其系统结构简单和实时性好的特点而成为环境在线监测的首选方法。

本文基于米氏散射原理，设计了一种气溶胶检测仪，采用光散射法收集气溶胶粒子颗粒信息，根据颗粒脉冲信号幅度分布反演气溶胶浓度，通过对比试验，证明该仪器能够对大气中的气溶胶浓度进行实时在线检测。

1 系统设计

气溶胶浓度检测系统由检测光路、信号采集处理和浓度显示三个部分组成。其中，检测光路包括激光器、光阑、光电探测器、球面反射镜、气室和光陷阱等部件，如图1所示。

图1 气溶胶检测光路

激光器发出的激光经准直透镜和聚焦镜后，经光阑进入散射腔，光阑可以有效降低激光源的杂散光造成的背景噪声，样气气路垂直于光路和探测器所在平面。当样气中的气溶胶颗粒通过气室时，探测器接收到颗粒造成的直接散射光，同时球面反射镜将气溶胶粒子引起的散射光收集起来反射到光电探测器的敏感面，以增强信号响应幅度，光陷阱利用Z字形消光光路吸收透射光，避免重复散射。……