CN103623708B - 一种大气颗粒物采集滤膜针孔的检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种大气颗粒物采集滤膜针孔的检测装置，包括光源发光装置、滤膜针孔检测装置、光电接收装置和数据采集系统，光源发光装置由发光二极管和可调稳流源连接组成；滤膜针孔检测装置包括步进电机a、b、步进电机导轨a、b、步进电机驱动器、步进电机控制器、接受光导纤维、光导纤维支架、微位移调节装置、滤膜和滤膜固定支架并全部设置于避光室内；光电接收装置由光电接收器、I/V转换器、电源和输入光专用接口组成；数据采集系统包括数据采集卡和计算机。本发明的优点是：该检测装置利用光电检测原理，可精确检测采集滤膜上的细小针孔的数量和大小，方便质检人员进行质量管理和控制，提高滤膜产品质量，为大气颗粒物准确监测提供技术保障。

Description

一种大气颗粒物采集滤膜针孔的检测装置及其检测方法

技术领域

 本发明涉及大气颗粒物(PM)采集滤膜的检测设备，特别是一种大气颗粒物采集滤膜针孔的检测装置及其检测方法。

背景技术

PM2.5和PM10采集滤膜品质是保证PM监测结果准确性的关键技术之一，目前国内的PM2.5和PM10采集滤膜产品包括石英滤膜、纤维素滤膜、聚丙烯滤膜、特氟隆滤膜、尼龙膜、聚氯乙烯滤膜等。但目前国内的产品品质参差不齐，如采样滤膜上细小针孔的存在将直接导致监测数据的准确度下降。如何快速准确地检测出采样滤膜上细小针孔的数量及大小，是大气颗粒物采集滤膜领域至今未能解决的难题。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种大气颗粒物采集滤膜针孔的检测装置及其方法，该检测装置利用光电检测原理，可以精确检测采集滤膜上的细小针孔的数量和大小，方便质检人员进行质量管理和控制，进一步提高滤膜产品质量，为大气颗粒物准确监测提供技术保障。

本发明的技术方案：

一种大气颗粒物采集滤膜针孔的检测装置，包括光源发光装置、滤膜针孔检测装置、光电接收装置和数据采集系统，光源发光装置由发光二极管和可调稳流源连接组成，光源发光装置的专用接口通过入射光导纤维与滤膜针孔检测装置侧壁上的导入光专用接口连接；滤膜针孔检测装置包括步进电机a、步进电机b、步进电机导轨a、步进电机导轨b、步进电机驱动器、步进电机控制器、接受光导纤维、光导纤维支架、微位移调节装置、滤膜和滤膜固定支架并全部设置于避光室内，步进电机a、步进电机b分别与步进电机导轨a、步进电机导轨b滑动配合并水平、垂直移动，步进电机a、步进电机b通过导线分别与步进电机驱动器连接，步进电机驱动器与步进电机控制器相连，步进电机控制器通过导线与避光室侧壁上的232串口相连，进入避光室内入射光导纤维与光导纤维支架连接，光导纤维支架与步进电机导轨a相连，接收光导纤维的一端与光导纤维支架相连，另一端与避光室侧壁上的输出光专用接口相连，微位移调节装置固定在光导纤维支架上，微位移调节装置调节接收光导纤维在水平和垂直方向的位置并确保入射光导纤维与接收光导纤维在同一水平方向上，滤膜夹紧在滤膜固定支架上，滤膜固定支架与步进电机导轨b相连；光电接收装置由光电接收器、I/V转换器、电源和输入光专用接口组成，光电接收器为光电倍增管，从避光室引出的接收光导纤维与光电接收装置的输入光专用接口连接，进入光电接收装置的接受光导纤维将入射光照射到光电接收器的光感应窗口，光电接收器与I/V转换器相连，I/V转换器与电源相连；数据采集系统包括数据采集卡和计算机，光电接收装置的I/V转换器的输出信号和滤膜针孔检测装置的232串口分别通过数据线与数据采集系统的数据采集卡相连，数据采集卡与计算机相连，计算机设有LabVIEW控制软件，利用LabVIEW控制软件完成光信号信息采集、处理和存储，以及对步进电机a和步进电机b的控制。

一种所述大气颗粒物采集滤膜针孔的检测装置的检测方法，步骤如下：

1）通过手动调节，使连接在微位移调节装置上的接收光导纤维的入射光面与入射光导纤维同心同轴,入射光导纤维和接受光导纤维与检测的采样滤膜间空隙小于1mm；

2）利用计算机LabVIEW软件驱动步进电机精确步进移动，步进电机分别在水平方向和垂直方向做水平和垂直移动，水平方向的移动范围为0-50mm、移动步长0.3-5um，垂直方向的移动范围为0-50mm、移动步长0.3-5um，步进电机每一次垂直移动步长对应其水平移动全程，以此扫描整个大气颗粒物采集滤膜表面，

3）利用计算机LabVIEW软件处理采集、处理和存储信号，根据峰高和峰宽大小不同，计算出滤膜表面的针孔的个数和直径大小。

本发明的工作原理：

微位移调节装置具有水平方向和垂直方向位置调节功能。通过手动调节，使连接在微位移调节装置上的接收光导纤维的入射光面与入射光导纤维同心同轴。该大气颗粒物采集滤膜针孔检测装置在进行针孔检测时，光源发出均匀高亮度光线，该光线经光导纤维，照射采集滤膜上。当被检测的采集滤膜没有针孔时，滤膜吸收大部分光线，光电倍增管检测的光信号较弱；当被检测的采集滤膜上有针孔时，更多的光线穿过针孔，滤膜透过的光较强，光电倍增管检测的光信号较强；根据滤膜针孔大小不同会有不同光强的光透过，从而产生不同的光信号，利用LabVIEW软件处理采集信号，根据峰高和峰宽大小不同，给出滤膜表面的针孔的个数和直径大小。该装置中光导纤维的直径范围为10-75um，因而可以检测出滤膜表面针孔直径范围为10um以上。

本发明的优点是：该检测装置利用光电检测原理，可以精确检测采集滤膜上的细小针孔的数量和大小，方便质检人员进行质量管理和控制，进一步提高滤膜产品质量，为大气颗粒物准确监测提供技术保障。

附图说明

图1为该大气颗粒物采集滤膜针孔的检测装置结构示意图。

图中：1.发光二极管   2.可调稳流源   3.入射光导纤维    4.光源发光装置的专用接口5.导入光专用接口   6.避光室    7-Ⅰ.步进电机a    

7-Ⅱ.步进电机b   8-Ⅰ.步进电机导轨a    8-Ⅱ.步进电机导轨b

9.步进电机驱动器 10步进电机控制器  11.接受光导纤维 12.光导纤维支架 13.微位移调节装置  14.滤膜   15.滤膜固定支架   16.232串口

17.输出光专用接口  18.光电接收装置  19.光电接收器   20.I/V转换器

21.电源   22.输入光专用  23.数据采集系统   24.数据采集卡   25.计算机

    图2 为大气颗粒物采集滤膜针孔的检测结果示意图。

具体实施方式

实施例：

一种大气颗粒物采集滤膜针孔的检测装置，包括光源发光装置、滤膜针孔检测装置、光电接收装置和数据采集系统，光源发光装置由发光二极管1和可调稳流源2连接组成，光源发光装置的专用接口4通过入射光导纤维3与滤膜针孔检测装置侧壁上的导入光专用接口5连接；膜针孔检测装置包括步进电机a7-Ⅰ、步进电机b7-Ⅱ、步进电机导轨a8-Ⅰ、步进电机导轨b8-Ⅱ、步进电机驱动器9、步进电机控制器10、接受光导纤维11、光导纤维支架12、微位移调节装置13、滤膜14和滤膜固定支架15并全部设置于避光室6内，避光室6的大小为长500mm、宽400mm、高400mm，步进电机a7-Ⅰ、步进电机b7-Ⅱ分别与步进电机导轨a8-Ⅰ、步进电机导轨b8-Ⅱ滑动配合并水平、垂直移动，步进电机a7-Ⅰ、步进电机b7-Ⅱ通过导线分别与步进电机驱动器9连接，步进电机驱动器9与步进电机控制器10相连，步进电机控制器10通过导线与避光室6侧壁上的232串口16相连，进入避光室6内入射光导纤维3与光导纤维支架12连接，光导纤维支架12与步进电机导轨a8-Ⅰ相连，接收光导纤维11的一端与水平移动的光导纤维支架12相连，另一端与避光室6侧壁上的输出光专用接口17相连，微位移调节装置13固定在光导纤维支架12上，微位移调节装置13调节接收光导纤维11在水平和垂直方向的位置并确保入射光导纤维3与接收光导纤维11在同一水平方向上，滤膜14夹紧在滤膜固定支架15上，滤膜固定支架14与步进电机导轨b8-Ⅱ相连；光电接收装置18由光电接收器19、I/V转换器20、电源21和输入光专用接口22组成，光电接收器19为光电倍增管，从避光室6引出的接收光导纤维11与光电接收装置18的输入光专用接口22连接，进入光电接收装置18的接受光导纤维11将入射光照射到光电接收器19的光感应窗口，光电接收器19与I/V转换器20相连，I/V转换器20与电源21相连；数据采集系统23包括数据采集卡24和计算机25，光电接收装置18的I/V转换器20的输出信号和滤膜针孔检测装置的232串口16分别通过数据线与数据采集系统23的数据采集卡24相连，数据采集卡24与计算机25相连，计算机25设有LabVIEW控制软件，利用LabVIEW控制软件完成光信号信息采集、处理和存储，以及对步进电机a7-Ⅰ和步进电机b7-Ⅱ的控制。

该大气颗粒物采集滤膜针孔的检测装置的检测方法，步骤如下：

1）通过手动调节，使连接在微位移调节装置上的接收光导纤维的入射光面与入射光导纤维同心同轴,入射光导纤维和接受光导纤维与检测的采样滤膜间空隙为0.8mm；

2）利用计算机LabVIEW软件驱动步进电机精确步进移动，步进电机分别在水平方向和垂直方向做水平和垂直移动，水平方向的移动范围为0-50mm、移动步长0.3-5um，垂直方向的移动范围为0-50mm、移动步长0.3-5um，步进电机每一次垂直移动步长对应其水平移动全程，以此扫描整个大气颗粒物采集滤膜表面；

3）利用计算机LabVIEW软件处理采集、处理和存储信号，根据峰高和峰宽大小不同，计算出滤膜表面的针孔的个数和直径大小。

试验验证：

将已知针孔的个数为2个、其针孔直径分别约为25um和32um的采样滤膜，利用大气颗粒物采集滤膜针孔的检测装置检测该采样滤膜，图2 为大气颗粒物采集滤膜针孔的检测结果示意图，图中：Z轴为透光率，X和Y轴为孔径大小，透光率超过60%时有针孔存在，根据其超出部分的面积积分计算出其针孔直径大小，检测结果一致。

Claims (2)

1.一种大气颗粒物采集滤膜针孔的检测装置，其特征在于：包括光源发光装置、滤膜针孔检测装置、光电接收装置和数据采集系统，光源发光装置由发光二极管和可调稳流源连接组成，光源发光装置的专用接口通过入射光导纤维与滤膜针孔检测装置侧壁上的导入光专用接口连接；滤膜针孔检测装置包括步进电机a、步进电机b、步进电机导轨a、步进电机导轨b、步进电机驱动器、步进电机控制器、接收光导纤维、光导纤维支架、微位移调节装置、滤膜和滤膜固定支架并全部设置于避光室内，步进电机a、步进电机b分别与步进电机导轨a、步进电机导轨b滑动配合并水平、垂直移动，步进电机a、步进电机b通过导线分别与步进电机驱动器连接，步进电机驱动器与步进电机控制器相连，步进电机控制器通过导线与避光室侧壁上的232串口相连，进入避光室内入射光导纤维与光导纤维支架连接，光导纤维支架与步进电机导轨a相连，接收光导纤维的一端与水平移动的光导纤维支架相连，另一端与避光室侧壁上的输出光专用接口相连，微位移调节装置固定在光导纤维支架上，微位移调节装置调节接收光导纤维在水平和垂直方向的位置并确保入射光导纤维与接收光导纤维在同一水平方向上，滤膜夹紧在滤膜固定支架上，滤膜固定支架与步进电机导轨b相连；光电接收装置由光电接收器、I/V转换器、电源和输入光专用接口组成，光电接收器为光电倍增管，从避光室引出的接收光导纤维与光电接收装置的输入光专用接口连接，进入光电接收装置的接收光导纤维将入射光照射到光电接收器的光感应窗口，光电接收器与I/V转换器相连，I/V转换器与电源相连；数据采集系统包括数据采集卡和计算机，光电接收装置的I/V转换器的输出信号和滤膜针孔检测装置的232串口分别通过数据线与数据采集系统的数据采集卡相连，数据采集卡与计算机相连，计算机设有LabVIEW控制软件，利用LabVIEW控制软件完成光信号信息采集、处理和存储，以及对步进电机a和步进电机b的控制。

2.一种如权利要求1所述大气颗粒物采集滤膜针孔的检测装置的检测方法，其特征在于步骤如下：

1）通过手动调节，使连接在微位移调节装置上的接收光导纤维的入射光面与入射光导纤维同心同轴,入射光导纤维和接收光导纤维与检测的采样滤膜间空隙小于1mm；

2）利用计算机LabVIEW软件驱动步进电机精确步进移动，步进电机分别在水平方向和垂直方向做水平和垂直移动，水平方向的移动范围为0-50mm、移动步长0.3-5um，垂直方向的移动范围为0-50mm、移动步长0.3-5um，步进电机每一次垂直移动步长对应其水平移动全程，以此扫描整个大气颗粒物采集滤膜表面，入射光导纤维和接收光导纤维与检测的采样滤膜间空隙小于1mm；

3）利用计算机LabVIEW软件处理采集、处理和存储信号，根据峰高和峰宽大小不同，计算出滤膜表面的针孔的个数和直径大小。