CN103245600B - 一种基于β射线补偿法测颗粒物浓度的装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于大气颗粒物浓度测量的技术领域，具体说涉及一种基于β射线补偿法测颗粒物浓度的装置。本装置包括颗粒物采样机构、滤带传送机构、β射线放射机构以及β射线接收测量机构；本装置还包括补偿机构，补偿机构包括厚度均匀连续变化的衰减控制部件，衰减控制部件紧靠在β射线放射源的放射出口端，所述补偿机构还包括驱动衰减控制部件动作以使得穿过衰减控制部件的β射线强度均匀连续变化的动力单元。本装置利用补偿机构降低了对盖革计数器死时间的要求，从而降低了成本。通过控制β射线强度，减少了β射线放射源总辐射量对周围环境的影响；同时也降低了盖革计数器测量的动态范围，所以对PM浓度的测量范围广，测量精度较高。

Description

一种基于β射线补偿法测颗粒物浓度的装置

技术领域

本发明属于大气颗粒物浓度测量的技术领域，具体说涉及一种基于β射线补偿法测颗粒物浓度的装置。

背景技术

作为测定大气中微小颗粒状物质（Particulate Matter，以下简称PM）浓度的装置，其中有一类装置是将一定流量的大气作为试样气体连续地吸入采样管或大气导入管内，在设置于该采样管下游侧的收集区域用过滤带等的捕集装置连续地捕集前述试样气体中的PM，对所捕集的PM用β射线源（通常为C14放射源）照射β射线，由于C14放射源放射出的β射线照射到PM上时，β射线会被PM吸收从而导致β射线强度衰减，衰减后的β射线强度与PM相对密度呈对应关系，因此当C14放射源放射出的β射线能量恒定时，利用检测器检测透过PM的β射线强度，最终实现用β射线吸收方式测定捕集到的PM的浓度。

但是上述传统的基于β射线吸收法的可吸入颗粒物测量装置存在以下缺陷：其一，对β射线检测器的恢复时间要求比较高；其二，难以甚至不能控制β射线总辐射量对周围环境的影响，从而为周围技术人员及相关环境均产生不利隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于β射线补偿法测颗粒物浓度的装置，本装置不但对PM浓度的测量范围较宽，而且测量精度较高。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于β射线补偿法测颗粒物浓度的装置，本装置包括颗粒物采样机构、滤带传送机构、β射线放射机构以及β射线接收测量机构；所述颗粒物采样机构包括大气采样器和气泵，所述气泵通过管路与大气采样器的出气口相连通；所述β射线放射机构包括β射线放射源；所述滤带传送机构包括滤带，滤带传送机构还包括用于承托滤带并使滤带在大气采样器出气口和β射线放射源放射出口之间往复移动的第一滤带轮和第二滤带轮，本装置还包括用于辅助测量颗粒物浓度的补偿机构，所述补偿机构包括厚度均匀连续变化的衰减控制部件，所述衰减控制部件紧靠在β射线放射源的放射出口端，所述补偿机构还包括驱动衰减控制部件动作以使得穿过衰减控制部件的β射线强度均匀连续变化的动力单元。

同时，本发明还可以通过以下技术措施得以进一步实现：

优选的，所述衰减控制部件为金属制件。

进一步的，所述衰减控制部件为耐腐蚀的不锈钢制件。

优选的，所述衰减控制部件呈板状，且板状衰减控制部件的与β射线放射源的放射出口端相贴靠的一端为平面，与β射线放射源的放射出口端相背离的一端为斜面。

优选的，所述动力单元包括自上而下穿过衰减控制部件、并与衰减控制部件固定联接的转轴，所述动力单元还包括驱动转轴转动和/或平动的电动机。

进一步的，所述衰减控制部件的沿平行于转轴轴线的平面上的投影为圆形，所述转轴在圆形投影上的位置偏离圆形的中心。

本发明的工作原理和有益效果在于：

1）、本发明将衰减控制部件贴靠在β射线放射源射出口端，即相当于在β射线放射源的放射出口处设置了一个控制β射线放射强度的阀门，由于衰减控制部件的厚度均匀连续变化，而在均质材料中，在一定的厚度范围内，β射线强度的衰减量与入射射线强度和穿透物体的厚度成正比，因此若控制β射线的入射强度不变，则当衰减控制部件在动力单元的作用下动作时，β射线强度的衰减量也随之发生连续变化，从而穿过衰减控制部件的β射线强度也发生连续变化。

2）、本装置利用补偿机构降低了对盖革计数器死时间（第一次计数到下一次计数之间的时间间隔）的要求，从而降低了成本。通过控制β射线强度，减少了β射线放射源总辐射量对周围环境的影响；同时也降低了盖革计数器测量的动态范围，所以对PM浓度的测量范围广，测量精度较高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2为物质吸收β射线的原理示意图。

图中标记的含义如下：

10—大气采样器  20—气泵  30—β射线放射源

40—滤带  41—第一滤带轮  42—第二滤带轮

50—衰减控制部件  51—转轴  60—β射线接收测量机构

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示的一种基于β射线补偿法测颗粒物浓度的装置，本装置包括颗粒物采样机构、滤带传送机构、β射线放射机构以及β射线接收测量机构60；所述颗粒物采样机构包括大气采样器10和气泵20，所述气泵20通过管路与大气采样器10的出气口相连通；所述β射线放射机构包括β射线放射源30；所述滤带传送机构包括滤带40，滤带传送机构还包括用于承托滤带40并使滤带40在大气采样器10出气口和β射线放射源30放射出口之间往复移动的第一滤带轮41和第二滤带轮42，本装置还包括用于辅助测量颗粒物浓度的补偿机构，所述补偿机构包括厚度均匀连续变化的衰减控制部件50，所述衰减控制部件50紧靠在β射线放射源30的放射出口端，所述补偿机构还包括驱动衰减控制部件50动作以使得穿过衰减控制部件50的β射线强度均匀连续变化的动力单元。

优选的，所述衰减控制部件50为金属制件，比如铝或者铜或者铁等常见的金属材质均可。

进一步的，所述衰减控制部件50为耐腐蚀的不锈钢制件，所述不锈钢制件材料均匀，性能稳定且不易腐蚀，使用寿命较长;当然，实际选用时亦可采用其他材料，只需实现能够导致β射线衰减功能即可。

优选的，如图1所示，所述衰减控制部件50呈板状，且板状衰减控制部件50的与β射线放射源30的放射出口端相贴靠的一端为平面，与β射线放射源30的放射出口端相背离的一端为斜面。

优选的，所述动力单元包括自上而下穿过衰减控制部件50、并与衰减控制部件50固定联接的转轴51，所述动力单元还包括驱动转轴51转动和/或平动的电动机。

进一步的，所述衰减控制部件50的沿平行于转轴51轴线的平面上的投影为圆形，所述转轴51在圆形投影上的位置偏离该圆形的中心。

实际上，对于衰减控制部件50相对于β射线放射源30的动作关系，可视情况而定，而并不拘泥于两者间的彼此转动配合；如采用楔形结构的衰减控制部件50，并使用如电磁伸缩或机械拖拉而不是轴部11拉伸的方式以使衰减控制部件50产生直线方向上的往复动作，同样亦能实现衰减控制部件50的厚度在β射线放射源30照射路径上的厚度变化；此外，如采用热膨胀的方式，并使衰减控制部件50本身材质为热变形体，以通过加热升温或降温操作而使该衰减控制部件产生感温后的厚度变化，同样可实现前述的通过改变穿透的物体厚度而实现对于PM浓度的测量效果；而衰减控制部件50的具体布置数目，一则可如图1-2所示的采用单个的楔形块布置，甚至还可采用两块彼此斜面贴合且另一相对面平行的双衰减控制部件50的布局方式，只需起到实际的对于β射线的衰减控制目的即可，此处就不再一一赘述。

为便于读者理解，此处对于前述的穿透的物体厚度与PM浓度的数字对应关系，作以下进一步说明：

此处考虑一束初始强度为I₀的单能电子束，当穿过厚度为d的物质时，强度减弱为I，其示意图见图2。

强度I随厚度d的增加而减小且服从指数规律，可表示为

可表示为

I＝I₀e^-μd    （1）

μ是该物质的线性吸收系数。

在本测量装置中，假设测试空白滤带时，强度为，测试含有PM尘斑滤带时强度为，通过补偿机构改变β射线穿过物体的厚度，使I₁＝I₂，即

$I_0{e}^{-{\mathrm{\μ}}_1{d}_1}=I_0{e}^{-({\mathrm{\μ}}_1{d}_2+{\mathrm{\μ}}_{m}M)}$

即：-μ₁d₁＝-(μ₁d₂+μ_mM)

则可以算出颗粒物浓度：

其中：μ₁为β射线对补偿机构衰减介质的线性吸收系数cm^-1

μ_m为β射线对尘斑的质量吸收系数cm²/g

d₁为测试空白滤带时补偿机构的厚度

d₂为测试含有PM尘斑时补偿机构的厚度

M为颗粒物的浓度，单位为g/cm²，根据滤带被探测面积和抽入空气的体积，可以换算成g/cm³，即单位体积空气中的颗粒物含量密度。

Claims (6)

1.一种基于β射线补偿法测颗粒物浓度的装置，本装置包括颗粒物采样机构、滤带传送机构、β射线放射机构以及β射线接收测量机构；所述颗粒物采样机构包括大气采样器（10）和气泵（20），所述气泵（20）通过管路与大气采样器（10）的出气口相连通；所述β射线放射机构包括β射线放射源（30）；所述滤带传送机构包括滤带（40），滤带传送机构还包括用于承托滤带（40）并使滤带（40）在大气采样器（10）出气口和β射线放射源（30）放射出口之间往复移动的第一滤带轮（41）和第二滤带轮（42），其特征在于：本装置还包括用于辅助测量颗粒物浓度的补偿机构，所述补偿机构包括厚度均匀连续变化的衰减控制部件（50），所述衰减控制部件（50）紧靠在β射线放射源（30）的放射出口端，所述补偿机构还包括驱动衰减控制部件（50）动作以使得穿过衰减控制部件（50）的β射线强度均匀连续变化的动力单元。

2.根据权利要求1所述的基于β射线补偿法测颗粒物浓度的装置，其特征在于：所述衰减控制部件（50）为金属制件。

3.根据权利要求2所述的基于β射线补偿法测颗粒物浓度的装置，其特征在于：所述衰减控制部件（50）为耐腐蚀的不锈钢制件。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于β射线补偿法测颗粒物浓度的装置，其特征在于：所述衰减控制部件（50）呈板状，且板状衰减控制部件（50）的与β射线放射源（30）的放射出口端相贴靠的一端为平面，与β射线放射源（30）的放射出口端相背离的一端为斜面。

5.根据权利要求4所述的基于β射线补偿法测颗粒物浓度的装置，其特征在于：所述动力单元包括自上而下穿过衰减控制部件（50）、并与衰减控制部件（50）固定联接的转轴（51），所述动力单元还包括驱动转轴（51）转动和/或平动的电动机。

6.根据权利要求4所述的基于β射线补偿法测颗粒物浓度的装置，其特征在于：所述衰减控制部件（50）的沿平行于转轴（51）轴线的平面上的投影为圆形，所述转轴（51）在圆形投影上的位置偏离该圆形的中心。