CN103760076A

CN103760076A - 一种气溶胶监测报警仪及其检测方法

Info

Publication number: CN103760076A
Application number: CN201410010208.1A
Authority: CN
Inventors: 肖存杰; 鲁毅钧; 张建; 潘沪湘; 陈茜; 许林军; 徐新宏; 燕锐; 方晶晶; 袁海霞
Original assignee: Navy Medicine Research Institute of PLA
Current assignee: Navy Medicine Research Institute of PLA
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2014-04-30

Abstract

本发明涉及一种气溶胶监测报警仪及其检测方法。本发明公开了一种气溶胶监测报警仪，其特征在于其包括光学池、光电转换系统和电路系统；所述光电转换系统包括光电倍增管和连接座；所述光学池为一气密暗室，内部装有光源灯、气体粒子切割器、标准散射板、校正测量旋钮和抽气泵，所述光源灯与气体粒子切割器位于光学池两侧且处于同一高度，所述校正测量旋钮位于光学池外壁，通过旋转结构与所述标准散射板连接；所述光电转换系统位于光学池外壁，其中所述光电倍增管的光窗通过光学池外壁上狭缝与所述光源灯的光路垂直，所述电路系统包括供电电路系统、光电转换及量程转换电路系统、单片机控制电路系统。

Description

一种气溶胶监测报警仪及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种气溶胶监测报警仪及其检测方法。

背景技术

气溶胶是液态或固态微粒在空气中的悬浮体系。大气气溶胶是指悬浮在大气中粒径大小在0.01～100微米之间的固态和液态微粒共同组成的多相体系，主要是包括六大类7种粒子：沙尘气溶胶、碳气溶胶（黑碳和有机碳气溶胶）、盐气溶胶等。

气溶胶对人体健康具有一定的威胁，粒径大于5微米的气溶胶粒子易被呼吸道阻留，部分由咳嗽、吐痰等排出体外，但对局部黏膜产生刺激作用，可引起慢性鼻炎、咽喉炎。而小于5微米的气溶胶粒子可直接进入肺部使人致病，特别是0.01—0.1微米粒径的粒子有50％会沉积在肺中造成肺部硬化，对人体健康造成极大的威胁。因此，人们越来越重视气溶胶的监测。

滤膜称重法检测空气中气溶胶浓度值，是经典的方法，但由于存在操作繁琐、费时、采样仪器笨重、噪音大以及不能及时得到现场测量结果等缺点，而不适用气溶胶浓度的现场监测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种气溶胶监测报警仪，以解决气溶胶检测设备不便携带，无法进行现场监测的问题。

为此，本发明公开了一种气溶胶监测报警仪，其特征在于其包括光学池、光电转换系统和电路系统；所述光电转换系统包括光电倍增管和连接座；所述光学池为一气密暗室，内部装有光源灯、气体粒子切割器、标准散射板、校正测量旋钮和抽气泵，所述光源灯与气体粒子切割器位于光学池两侧且处于同一高度，所述校正测量旋钮位于光学池外壁，通过旋转结构与所述标准散射板连接；所述光电转换系统位于光学池外壁，其中所述光电倍增管的光窗通过光学池外壁上狭缝与所述光源灯的光路垂直，所述电路系统包括供电电路系统、光电转换及量程转换电路系统、单片机控制电路系统。

在一实施例中，所述光学池内壁具有无光黑涂层。

在一实施例中，所述光源主要由带有聚光镜的白炽灯及Φ20凸透镜构成，要求光源能发出直径为Φ20的平行光束，无杂散光。

在一实施例中，所述气体粒子切割器，其特征在于其包括引气口、冲击咀、第一冲击室、第二冲击室；所述冲击咀固定与第一冲击室的冲击壁中央且所述冲击咀与引气口为同一轴线；所述第一冲击室的冲击壁与第二冲击室的冲击壁相互垂直，第一冲击室与第二冲击室通过气道相通。所述引气口内径为7.8mm，所述冲击咀为半球体形，其直径为8mm；所述气道宽度为2mm。

在一实施例中，所述标准散射板由乳白板、乳白柱、多种滤光片(1/2、1/4、1/8)组成。对照检验表记载的调整灵敏度值(s)，可对仪器进行自校，免去了仪器带标准气的复杂过程。

在一实施例中，所述光电倍增管其外壁上除感光面外具有石墨涂层。优选一实施例中，所述石墨涂层厚度为0.1-0.5mm。再优选一实施例中，所述光电倍增管还具有导磁材料制成的管套，增加光电倍增管抗噪声干扰能力。

另一方面，本发明还公开了气溶胶的检测方法，包括下列步骤：

开机预热5min；

旋转校正测量旋钮至自校标志，对照检验表记载的调整灵敏度值进行自校；

抽气泵启动，抽气检测1-2h;

显示气溶胶浓度数据。

本发明的技术原理先进，设计合理，使用维护方便，标准化、通用化程度高，同时体积小，便于携带，适用气溶胶浓度的现场监测。

附图说明

图1光学池及光电转换系统结构示意图；

图2气体粒子切割器结构示意图；

图3气溶胶监测报警仪的电路框图；

图4供电电路框图；

图5电流脉冲转换器原理图；

图6单片机控制系统的功能简易框图；

具体实施方式

以下结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

一种气溶胶监测报警仪，其包括光学池、光电转换系统和电路系统；所述光电转换系统包括光电倍增管7和连接座8；所述光学池为一气密暗室1，内部装有光源灯2、气体粒子切割器3、标准散射板4、校正测量旋钮5和抽气泵6，所述光源灯与气体粒子切割器位于光学池两侧且处于同一高度，所述校正测量旋钮位于光学池外壁，通过旋转结构与所述标准散射板连接；所述光电转换系统位于光学池外壁，其中所述光电倍增管的光窗通过光学池外壁上狭缝与所述光源灯的光路垂直，所述电路系统包括供电电路系统、光电转换及量程转换电路系统、单片机控制电路系统。

本仪器尺寸为229X84X198mm，重量3.3Kg。

空气中的盐雾通过气泵进入光学池，会不同程度的粘附于气室内壁，造成气室污染，使得仪器的基底值增加，气室反射光减弱，影响测量的准确度和气室寿命。因此，必须对气室内部进行相应的处理，保证气室有较高的防腐性能和应有的光反射性能。我们选择了防腐性能好、不吸光的高性能涂料在气室内部涂覆，进行防盐雾性能试验。将气室放在饱和盐水中浸泡两个月，以观察盐雾对气室的腐蚀及涂料的防腐性能，结果证明所选用的涂料能够达到性能要求。

光学池及光电转换系统见图1。

气体粒子切割器见图2，其包括引气口31、冲击咀32、第一冲击室33、第二冲击室34；所述冲击咀32固定与第一冲击室33的冲击壁331中央且所述冲击咀32与引气口31为同一轴线；所述第一冲击室33的冲击壁331与第二冲击室34的冲击壁341相互垂直，第一冲击室33与第二冲击室34通过气道35相通。所述引气口内径为7.8mm，所述冲击咀为半球体形，其直径为8mm；所述气道宽度为2mm。

当含尘气流通过吸引口时，大于切割粒径的粒子由于惯性大不随气流向两侧偏转而撞击到挡板上，（气流中尘粒的速度与气流速度相等，当含尘气流冲击到挡板上，气流方向发生急剧改变，大颗粒借助本身的惯性力作用与挡板撞击，方向发生改变，由于重力的作用从气流中分离出来），小于切割粒径的粒子（小直径的粉尘颗粒）则随气流经两次90度偏转进入检测腔内（粉尘仪本体内，接受光照产生散射光，测得PM10粉尘浓度）。

电路系统的设计

电路的设计工作是根据任务书提出的战术技术指标和各项功能进行的，主要有供电系统、光学系统、光电转换及量程转换、单片机控制四大部分。气溶胶监测报警仪的电路框图见图3。

1）供电电路

该系统包括整机工作需要的全部电源，供电系统见图4。

供直流电机+6V稳压电源。

供光源灯泡用4.2V。

供系统用6V直流稳压电源。

2）光电流脉冲转换及量程转换电路

电源接通后，氖管两端电压　VAB=150V，氖管击穿，电容充电。A点电位由0逐渐上升，当VA=80V，VAB=70V时，氖管截止(R=∞)，电容器C对光电倍增管放电。照射到光电阴极上的散射光越强，光电倍增管的光电流越大，则C放电速度越快，脉冲的频率越高，从而实现了将光电流转换成与散射光成正比的计数脉冲。图5是以光电流积分电路为主体的电流脉冲转换器原理图。

3）单片机控制电路

该仪器的单片机控制系统设计选择了单片机PIC16F887微处理器，外围电路包括信号输入电路、LED显示电路、数据存贮器、键盘、电池读出、K值调整、报警、串行通讯电路和测量状态指示电路。

信号输入电路是将气溶胶输出的相对质量浓度CPM值作为数据输入信号，传到微处理器。

LED显示电路由PIC16F887的两个I/O口控制串行LED驱动芯片MM5453(MM5453可控制33段LED显示)，再控制LED。

串行通讯电路(RS232)采用MAX202E芯片完成TTL到RS232的电平转换，MAX202E芯片的输入输出口可抵抗小于15kV的静电。

键盘含9个触摸键：K值、温度、存储、电池、报警、调整、读出及数字加减键。

测量状态指示电路由PIC16F887的两个I/O口分别控制两个发光二极管。

单片机控制系统可执行的任务和实现的功能简易框图见图6。

本发明的范围不受所述具体实施方案的限制，所述实施方案只作为阐明本发明各个方面的单个例子，本发明范围内还包括功能等同的方法和组分。实际上，除了本文所述的内容外，本领域技术人员参照上文的描述和附图可以容易地掌握对本发明的多种改进。所述改进也落入所附权利要求书的范围之内。上文提及的每篇参考文献皆全文列入本文作为参考。

Claims

1.一种气溶胶监测报警仪，其特征在于其包括光学池、光电转换系统和电路系统；所述光电转换系统包括光电倍增管和连接座；所述光学池为一气密暗室，内部装有光源灯、气体粒子切割器、标准散射板、校正测量旋钮和抽气泵，所述光源灯与气体粒子切割器位于光学池两侧且处于同一高度，所述校正测量旋钮位于光学池外壁，通过旋转结构与所述标准散射板连接；所述光电转换系统位于光学池外壁，其中所述光电倍增管的光窗通过光学池外壁上狭缝与所述光源灯的光路垂直，所述电路系统包括供电电路系统、光电转换及量程转换电路系统、单片机控制电路系统。

2.如权利要求1所述的气溶胶监测报警仪，其特征在于所述光学池内壁具有无光黑涂层。

3.如权利要求1所述的气溶胶监测报警仪，其特征在于所述光源灯主要由带有聚光镜的白炽灯及Φ20凸透镜构成。

4.如权利要求1所述的气溶胶监测报警仪，其特征在于所述气体粒子切割器，其包括引气口、冲击咀、第一冲击室、第二冲击室；所述冲击咀固定与第一冲击室的冲击壁中央且所述冲击咀与引气口为同一轴线；所述第一冲击室的冲击壁与第二冲击室的冲击壁相互垂直，第一冲击室与第二冲击室通过气道相通。

5.如权利要求4所述的气溶胶监测报警仪，其特征在于所述引气口内径为7.8mm，所述冲击咀为半球体形，其直径为8mm；所述气道宽度为2mm。

6.如权利要求1所述的气溶胶监测报警仪，其特征在于所述标准散射板由乳白板、乳白柱、1/2、1/4、1/8滤光片组组成。

7.如权利要求1所述的气溶胶监测报警仪，其特征在于所述光电倍增管其外壁上除感光面外具有石墨涂层。

8.如权利要求1所述的气溶胶监测报警仪，其特征在于所述石墨涂层厚度为0.1-0.5mm。

9.如权利要求1所述的气溶胶监测报警仪，其特征在于所述光电倍增管还具有导磁材料制成的管套。

10.一种气溶胶的检测方法，包括下列步骤：

a.开启权利要求1所述气溶胶监测报警仪，预热5min；

b.旋转校正测量旋钮至自校标志，对照检验表记载的调整灵敏度值进行自校；

c.抽气泵启动，抽气检测1-2h;

d.显示气溶胶浓度数据。