用于判定氣溶膠顆粒尺寸的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于判定氣溶膠顆粒尺寸分布的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 大氣或其他氣體中的顆粒公知為氣溶膠或氣溶膠顆粒。它們可能通過自然和人為 的氣態(tài)前體的化學(xué)反應(yīng)形成在大氣中，或者它們可能通過發(fā)動機或發(fā)電廠中的燃燒形成或 者可能起源于像使用或生成氣溶膠顆粒的油漆車間的設(shè)施的排放。這些氣溶膠顆粒在空氣 污染（煙霧）和氣候平衡（云團(tuán)形成、吸收、排放和輻射的散射）兩方面起到重要角色。此 外，例如微細(xì)顆粒的一些形式氣溶膠可能威脅健康。因此，具有廣為興趣的是，提供用于有 效并且高靈敏度地測量氣溶膠顆粒的尺寸和組分的方法和裝置。
[0003] 已知屬于上述技術(shù)領(lǐng)域的方法和設(shè)備。例如，US 6, 040, 574 (Jayne, Worsnop, Kolb)描述一種用于判定親合到質(zhì)譜儀的用于判定氣溶膠顆粒 的尺寸的設(shè)備以及對應(yīng)的測量方法。在此設(shè)備中，氣溶膠顆粒束通過將具有攜帶氣溶膠顆 粒的氣體穿過諸如US 6, 040, 574 (Jayne, Worsnop, Kolb)中所描述的一個單元形成。結(jié)果， 由氣溶膠顆粒形成脈沖并測量氣溶膠顆粒的飛行時間，以判定氣溶膠顆粒的尺寸。
[0004] 這樣已知設(shè)備和方法的缺點在于，為了測量氣溶膠顆粒的飛行時間，生成氣溶膠 顆粒的一個脈沖并測量氣溶膠顆粒的飛行時間。接著，生成氣溶膠顆粒的下一個脈沖并測 量此下一個脈沖中的氣溶膠顆粒的飛行時間。從連續(xù)氣溶膠顆粒束形成這樣的脈沖式氣溶 膠顆粒束的結(jié)果，不能夠同時優(yōu)化測量的分辨率和靈敏度。僅僅可以形成氣溶膠顆粒束的 窄脈沖，以通過降低工作循環(huán)和因此降低靈敏度的代價提供更高的飛行時間分辨率?；蛘?僅僅可以形成氣溶膠顆粒束的寬脈沖，以通過由于寬脈沖降低飛行時間分辨率的代價來提 供更短的工作循環(huán)和提高靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種有關(guān)最初提及的技術(shù)領(lǐng)域的方法和設(shè)備，其能夠確定 具有更高信噪比的氣溶膠顆粒尺寸分布，同時提供與現(xiàn)有技術(shù)相同的測量速度和尺寸分辨 率。
[0006] 本發(fā)明的解決方案是通過獨立權(quán)利要求的特征限定。根據(jù)本發(fā)明，此方法包括如 下步驟：使用受控于調(diào)制函數(shù)的氣溶膠顆粒門調(diào)制氣溶膠顆粒束，從而生成氣溶膠顆粒束； 導(dǎo)引調(diào)制氣溶膠顆粒束穿過漂移區(qū)域；在調(diào)制氣溶膠顆粒束已通過漂移區(qū)域后測量調(diào)制氣 溶膠顆粒束的信號；以及計算調(diào)制函數(shù)和信號的相關(guān)性以確定氣溶膠顆粒的尺寸分布。此 外，根據(jù)本發(fā)明，該設(shè)備包括氣溶膠顆粒門；可導(dǎo)引調(diào)制氣溶膠顆粒束穿過其中的漂移區(qū) 域；在調(diào)制氣溶膠顆粒束已經(jīng)通過漂移區(qū)域后可測量調(diào)制氣溶膠顆粒束信號的檢測器；以 及可計算調(diào)制函數(shù)和信號的相關(guān)性以確定氣溶膠顆粒的尺寸分布的計算單元。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明，可以使用不同的調(diào)制函數(shù)。例如，諸如掃頻或"線性調(diào)頻"的連續(xù)函 數(shù)可以用作調(diào)制函數(shù)。作為另一示例，不連續(xù)的二進(jìn)制函數(shù)可以用作調(diào)制函數(shù)。在另一情 況下，調(diào)制函數(shù)可以呈現(xiàn)自相關(guān)性，其在零點時具有高值，而在所有其他點（shift)時具有 少許或低值。在例如不連續(xù)的二進(jìn)制函數(shù)情況下，調(diào)制函數(shù)可以說巴克碼（Barker code)， 其自相關(guān)性是三值函數(shù)，與在所有其他點時的值相比，在零點時具有非常高的峰。
[0008] 將氣溶膠顆粒束調(diào)制成調(diào)制函數(shù)的形狀并且計算調(diào)制函數(shù)與信號的相關(guān)性的優(yōu) 點在于，多于一個脈沖的氣溶膠顆粒可以同時通過漂移區(qū)域，同時其仍可以獲得漂移時間 分布以及由此的氣溶膠顆粒的尺寸分布。因此，本發(fā)明的優(yōu)點在于，能夠允許形成窄脈沖的 氣溶膠顆粒束，以提供更高的飛行時間分辨率并且同時提供更短工作循環(huán)以及因此增強靈 敏度。
[0009] 優(yōu)選地，調(diào)制函數(shù)的自相關(guān)性是雙值函數(shù)。此優(yōu)點在于，計算自相關(guān)性不將額外特 征引入到尺寸分布。
[0010] 在一種變化形式中，調(diào)制函數(shù)的自相關(guān)性可以包括具有低邊帶的陡峰。例如，編帶 可以包括兩個、三個或更多值。此優(yōu)點在于，計算相關(guān)性不將顯著的額外特征引入到尺寸分 布。
[0011] 可選地，調(diào)制函數(shù)的自相關(guān)性可以既不是二值函數(shù)，也不包括陡峰和低邊帶。
[0012] 優(yōu)選地，調(diào)制函數(shù)是二進(jìn)制函數(shù)（binary function)。因此，調(diào)制函數(shù)可以由成行 的位來表示。其優(yōu)點在于，易于使用氣溶膠顆粒門調(diào)制氣溶膠顆粒束，使得調(diào)制氣溶膠顆粒 束沿氣溶膠顆粒飛行方向具有調(diào)制函數(shù)的形狀。在一種變化形式中，調(diào)制函數(shù)基于二進(jìn)制 函數(shù)，但在二進(jìn)制函數(shù)的位之間提供平滑階躍（step)。其優(yōu)點在于，在計算相關(guān)性之前，通 過將調(diào)制函數(shù)適用于氣溶膠顆粒門后區(qū)域中的氣溶膠顆粒耗盡（depletion)或累積以及 調(diào)制氣溶膠顆粒束中的氣溶膠顆粒拖尾或擴散，從而能夠?qū)⑦@些效應(yīng)考慮到調(diào)制氣溶膠顆 粒束中。在又一個變化形式中，調(diào)制函數(shù)基于二進(jìn)制函數(shù)，但進(jìn)行過采樣。也就是說，在二 進(jìn)制函數(shù)的每個"〇"和"1"過程中進(jìn)行多次測量?？蛇x地，調(diào)制函數(shù)是非二進(jìn)制函數(shù)，并且 其也可以進(jìn)行過采樣。
[0013] 在下文的一些段落中，調(diào)制函數(shù)被描述為二進(jìn)制函數(shù)或序列。在這些段落中，調(diào)制 函數(shù)其實可以是所描述的二進(jìn)制函數(shù)或序列。但它不妨可以是基于所描述的二進(jìn)制函數(shù)或 序列的函數(shù)。在后一種情況下，該調(diào)制函數(shù)可以在所描述的二進(jìn)制函數(shù)或序列的位之間提 供平滑階躍和/或可以被過采樣。
[0014] 優(yōu)選地，調(diào)制函數(shù)是偽隨機序列。其優(yōu)點在于，調(diào)制函數(shù)的特性近似于隨機序列的 特性。因此，如果相應(yīng)選擇偽隨機序列的長度，能夠避免調(diào)制函數(shù)中導(dǎo)致氣溶膠顆粒的尺寸 分布中額外峰的重復(fù)（repetitions)。此外，偽隨機序列作為調(diào)制函數(shù)的優(yōu)點在于，例如用 線性反饋移位寄存器可以容易地產(chǎn)生調(diào)制函數(shù)。
[0015] 如果調(diào)制函數(shù)是已知最大長度序列的類型或可以由一個或多個最大長度序列來 表示的類型的偽隨機序列，優(yōu)選使用線性反饋移位寄存器來產(chǎn)生調(diào)制函數(shù)。在這樣的線性 反饋移位寄存器中，許多反饋模式是可行的，此反饋模式即被稱為線性反饋移位寄存器的 抽頭組?？尚谐轭^組的數(shù)量取決于特定線性反饋移位寄存器的長度。通過選擇抽頭組和初 始值組，線性反饋移位寄存器生成調(diào)制函數(shù)。該初始值組被提供到線性反饋移位寄存器。基 于該初始值組，然后由線性反饋移位寄存器基于抽頭組來生成調(diào)制函數(shù)。因此，調(diào)制函數(shù)取 決于抽頭組以及該初始值組。
[0016] 作為一種變化形式，可以不同方式生成調(diào)制函數(shù)。例如，一個或多個已知的偽隨機 序列或其他調(diào)制函數(shù)可以存儲在數(shù)據(jù)存儲器中。對于每一測量，可以使用存儲在數(shù)據(jù)存儲 中的特定調(diào)制函數(shù)。
[0017] 在另一變化形式中，調(diào)制函數(shù)可以是偽隨機序列之外的不同函數(shù)。例如，其可以是 隨機序列。其優(yōu)點在于，函數(shù)具有對應(yīng)的性能?？蛇x地，調(diào)制函數(shù)也可以是非隨機函數(shù)。
[0018] 如果調(diào)制函數(shù)是偽隨機序列，優(yōu)選為最大長度序列、GW序列、Welch-Gong變換序 列、二次剩余序列、六次剩余序列、孿生素數(shù)序列、Kasami冪函數(shù)序列、Hyperoval序列或由 3或5個最大長度序列派生的序列。其優(yōu)點在于，調(diào)制函數(shù)是具有公知性能的序列。如果該 序列是從3或5個最大長度序列派生的序列，則其可以例如通過將3或5個最大長度序列 的對應(yīng)位的內(nèi)容相加而獲得。在此情況下，兩個Is或兩個Os相加可以得到0,而0和1或 1和0相加可以得到1 (逐位進(jìn)行與非（NAND)操作）。
[0019] 作為一種變化形式，調(diào)制函數(shù)可以是不屬于這些類中一類的偽隨機序列。
[0020] 優(yōu)選地，如果調(diào)制函數(shù)是二進(jìn)制函數(shù)或序列，則其具有超過15位、優(yōu)選多于50位、 特別是多于100位的長度。其優(yōu)點在于，調(diào)制函數(shù)的長度足以能夠進(jìn)行這樣的測量：其中測 量充足的氣溶膠顆粒，以獲得有意義的尺寸分布。
[0021] 可選地，調(diào)制函數(shù)可以具有15位或更小的長度。如果測量的時間短并且如果具有 充足的氣溶膠顆?？捎糜讷@得有意義