CN102890140A - 一种用于检测和识别空气中核生化气溶胶粒子的预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于检测和识别空气中核生化气溶胶粒子的预警方法，其包括以下步骤：将气溶胶粒子在基底上进行累积，并经过一定时间周期后达到动态平衡；由半导体探测器对核元素进行探测，当空气中含有放射性核元素时动态平衡被破坏，发出核预警信号；根据气溶胶粒子的设定参数建立浓度剂量模型，并根据实时测得的设定参数得到下个周期的预测浓度剂量；将预测浓度剂量与实际测得的下个周期的测量剂量进行比较，当二者的差值超过设定阈值时，发出一级预警信号；当发出一级预警信号后，根据生物粒子检测和化学毒剂检测确定生物粒子类型和/或化学毒剂类型，并发出生物和/或化学二级预警信号。

Description

一种用于检测和识别空气中核生化气溶胶粒子的预警方法
技术领域
本发明涉及气溶胶领域，具体而言，涉及一种用于检测和识别空气中核生化气溶胶粒子的预警方法。
背景技术
空气中悬浮着难以计数的气溶胶粒子，这些悬浮的颗粒极有可能存在或携带危害人类身体健康甚至生命安全的放射性物质、病原微生物粒子和化学毒气。监测空气中是否存在具有危害的气溶胶粒子，并检测其浓度及特性显得尤为重要。
现在的一些核生化联合监测系统只是对上述三种监测设备的简单集成，虽然能够实现对三种物质同时监测的功能，但操作不方便，效率低和信号干扰等问题。2003年，美国专利US6539311B1披露了一种用于环境气溶胶监测的化学/生物/核的探测器，不仅可以实时监测化学战剂、生物战剂、核元素，而且实现了系统集成运算、处理，可快速反应。该仪器存在的问题是监测预警条件采用气溶胶样品浓度变化率，这种报警条件存在着一定的误差，且器件故障也会引起浓度变化，增加了误报率。
发明内容
本发明提供一种用于检测和识别空气中核生化气溶胶粒子的预警方法，用以提高系统预警可靠性。
为达到上述目的，本发明提供了一种用于检测和识别空气中核生化气溶胶粒子的预警方法，其包括以下步骤：
将气溶胶粒子在基底上进行累积，并经过一定时间周期后达到动态平衡；
由半导体探测器对核元素进行探测，当空气中含有放射性核元素时动态平衡被破坏，发出核预警信号；
根据气溶胶粒子的设定参数建立浓度剂量模型，并根据实时测得的设定参数得到下个周期的预测浓度剂量；
将预测浓度剂量与实际测得的下个周期的测量剂量进行比较，当二者的差值超过设定阈值时，发出一级预警信号；
当发出一级预警信号后，根据生物粒子检测和化学毒剂检测确定生物粒子类型和/或化学毒剂类型，并发出生物和/或化学二级预警信号。
较佳的，当发出一级预警信号后，根据生物粒子检测和化学毒剂检测确定生物粒子类型和/或化学毒剂类型，并发出生物和/或化学二级预警信号步骤包括：
采集液体样品与已知生物特征反应物进行定量反应从而确定病源微生物类型；
对化学监测上传的离子漂移时间、温度、压力和漂移电场的电压值数据进行计算获得比迁移率，与预先植入的数据库数据进行配备，当相似度达到90％以上确定为哪种毒剂类型；以及
根据检测结果发出生物和/或化学二级预警信号。
较佳的，设定参数包括：
温度、压力和湿度。
在上述实施例中，将核生化检测信息整合在一个报警平台上进行处理，进行核检测信息预警判定，生物粒子检测信息和化学毒剂检测信息一级预警判定和二级预警判定，可直接判明气溶胶的性质和种类，增加了一级预警准确性，同时也提高了系统预警可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的用于检测和识别空气中核生化气溶胶粒子的预警方法原理图；
图2为本发明一优选实施例的用于检测和识别空气中核生化气溶胶粒子的预警方法流程图；
图3为本发明一实施例的浓度剂量动态模型检测图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
放射性元素的检测是将放射性气溶胶样品积累在检测基底上，由半导体探测器对核元素进行探测，经过一定时间后达到动态平衡，当空气中含有放射性核元素时动态平衡被破坏产生核预警信号。
生物粒子检测通过生物荧光检测技术对气溶胶样品中生物粒子进行识别，并记录荧光脉冲数获得生物粒子浓度，当空气中生物粒子浓超标后进行生物特征物特性检测获得生物粒子类型。
化学战剂或有毒有害气体检测采用粒子迁移技术获得离子迁移图谱，通过离子峰面积计算得到浓度，当空气中毒剂浓度超标后，利用漂移时间、温度、压力和漂移电场的电压值计算比迁移率，并与数据库进行配比达到90％以上相似后，确定毒剂类型并进行预警。
图1为本发明实施例的用于检测和识别空气中核生化气溶胶粒子的预警方法原理图。参见图1，首先采集气溶胶样品分别进入核、生、化检测区，核/放射性检测单元利用半导体探测器和核电子线路获得目标物质浓度剂量动态平衡数据，气溶胶样品在检测基底上进行累积，在无核元素污染的环境下，气溶胶累积效应是一致的，因此经过一定时间后达到一个动态平衡，由半导体探测器对样品进行检测并由核电子线路获得脉冲信号，对脉冲信号进行记录获得浓度剂量，当环境中出现核元素污染后，样品在检测基底的累积发生变化将打破动态平衡，发出核预警信号。
生物粒子检测通过生物荧光检测技术对气溶胶样品中生物粒子进行识别，采集到的气溶胶样品中同时包含有生物粒子和非生物粒子，生物气溶胶粒子在激光激发下发出荧光，通过光电接收器和生物电子线路获得荧光脉冲信号，一个荧光脉冲信号对应一个生物粒子，通过记录脉冲数获得生物粒子浓度，当空气中生物粒子浓超标后进行生物特征物特性检测获得生物粒子类型。
化学战剂或有毒有害气体检测采用粒子迁移技术，将气溶胶样品注入电离区进行电离后，在电场作用下到达俘获电极，获得离子迁移图谱，通过离子峰面积计算得到浓度，当空气中毒剂浓度超标后，利用漂移时间、温度、压力和漂移电场的电压值计算比迁移率，并与数据库进行配比达到90％以上相似后，确定毒剂类型并进行预警。
参见图1当一级预警后，生物监测开始采集液体样品与已知生物特征反应物进行定量反应从而确定病源微生物类型；报警平台对化学监测上传的离子漂移时间、温度、压力和漂移电场的电压值等数据进行计算获得比迁移率，与预先植入的数据库数据进行配备，当相似度达到90％以上确定为哪种毒剂类型。此时发出生物或化学二级预警信号。
核生化各种信号由一个报警平台进行整合处理，核监测、生物监测和化学监测同时对空气中的气溶胶颗粒进行检测并将检测信号上传到报警平台，由于核生化检测响应时间不同，报警平台将依次处理化学信号、核信号和生物信号，从而依次确定或排除化学、核和生物潜在威胁。
图2为本发明一优选实施例的用于检测和识别空气中核生化气溶胶粒子的预警方法流程图。如图2所示，其包括以下步骤：
S101，将气溶胶粒子在基底上进行累积，并经过一定时间周期后达到动态平衡；
S102，由半导体探测器对核元素进行探测，当空气中含有放射性核元素时动态平衡被破坏，发出核预警信号；
S103，根据气溶胶粒子的设定参数建立浓度剂量模型，并根据实时测得的设定参数得到下个周期的预测浓度剂量；
S104，将预测浓度剂量与实际测得的下个周期的测量剂量进行比较，当二者的差值超过设定阈值时，发出一级预警信号；
S105，当发出一级预警信号后，根据生物粒子检测和化学毒剂检测确定生物粒子类型和/或化学毒剂类型，并发出生物和/或化学二级预警信号。
在本实施例中，将核生化检测信息整合在一个报警平台上进行处理，进行核检测信息预警判定，生物粒子检测信息和化学毒剂检测信息一级预警判定和二级预警判定，可直接判明气溶胶的性质和种类，增加了一级预警准确性，同时也降低了由系统故障等引起的误报。
图3为本发明一实施例的浓度剂量动态模型检测图。参见图3，报警平台在接收到生物、化学第一个周期T1浓度剂量数据后，分别与相关参数建立浓度剂量模型，如图中曲线1所示，然后预判出第二个周期T2浓度剂量
Figure BDA0000077744050000061
此时探测器继续进行测试并通过测得的温度、压力、湿度等参数对计算出的浓度剂量模型进行修正获得第二周期的浓度剂量如图中曲线2所示，同时与实际测得的浓度剂量进行比较，如此周而复始形成动态浓度剂量模型。当实时测得的浓度剂量
Figure BDA0000077744050000064
与预判出的浓度剂量
Figure BDA0000077744050000065
进行求差超出设定阈值a后进行内部一级预警处理。图中最后一个周期T所示为浓度异常状态，曲线1所示实时监测数据大于曲线3所示浓度预警限值。
从上述实施例中可以看出，本发明的上述实施例实现了以下有益效果：
(1)检测识别空气中核生化气溶胶粒子采用两级预警算法，首先建立浓度剂量动态模型，通过实时监测相关温度、压力、湿度等参数对浓度剂量模型进行修正使得模型数据更加接近实际情况，增加了一级预警准确性；其次通过与目标物质一一对应的生物特征物和化学特征峰的测试使得结果更加可靠，同时也降低了由系统故障等引起的误报。
(2)将核生化检测信息整合在一个报警平台上，利用核、生、化检测响应时间的不同可依次排除或确定化学毒剂、放射性元素和病源微生物的潜在威胁，有利于指导有针对性地防护和处置。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种用于检测和识别空气中核生化气溶胶粒子的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
将气溶胶粒子在基底上进行累积，并经过一定时间周期后达到动态平衡；
由半导体探测器对核元素进行探测，当空气中含有放射性核元素时动态平衡被破坏，发出核预警信号；
根据气溶胶粒子的设定参数建立浓度剂量模型，并根据实时测得的所述设定参数得到下个周期的预测浓度剂量；
将所述预测浓度剂量与实际测得的下个周期的测量剂量进行比较，当二者的差值超过设定阈值时，发出一级预警信号；
当发出一级预警信号后，根据生物粒子检测和化学毒剂检测确定生物粒子类型和/或化学毒剂类型，并发出生物和/或化学二级预警信号。
2.根据权利要求1所述的预警方法，其特征在于，当发出一级预警信号后，根据生物粒子检测和化学毒剂检测确定生物粒子类型和/或化学毒剂类型，并发出生物和/或化学二级预警信号步骤包括：
采集液体样品与已知生物特征反应物进行定量反应从而确定病源微生物类型；
对化学监测上传的离子漂移时间、温度、压力和漂移电场的电压值数据进行计算获得比迁移率，与预先植入的数据库数据进行配备，当相似度达到90％以上确定为哪种毒剂类型；以及
根据检测结果发出生物和/或化学二级预警信号。
3.根据权利要求1所述的预警方法，其特征在于，所述设定参数包括：
温度、压力和湿度。
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