CN103913406B - β吸收式测尘仪用自动定标方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种β吸收式测尘仪用自动定标方法，包括：针对空白滤膜，通过探测器对β放射源穿过空白滤膜单位面积的辐射强度连续进行Q次脉冲个数计数；对Q次脉冲个数计数中任取次计数的脉冲个数求取平均值后记为Na，对其余次计数的脉冲个数求取平均值、再减去差值C后记为Nb；以标准膜片的单位面积质量Δm或质量吸收系数标准值k为工作精度确认基准，对β吸收式测尘仪的工作精度是否能满足使用要求进行判断。本发明方法在不增加人工和辅助设施的情况下，不用借助标准膜片便可实现对β吸收式测尘仪的自动定标作业，定标结果准确、可靠，无需人工定时为β吸收式测尘仪进行定标作业，省时省力。

Description

β吸收式测尘仪用自动定标方法

技术领域

本发明涉及一种用于β吸收式测尘仪的、不用基于标准膜片便可实现定标的方法，属于仪器设备定标领域。

背景技术

目前对空气中细颗粒物(如PM2.5)的监测通常使用β吸收式测尘仪来实现，β吸收式测尘仪利用的是低能β射线(豁免源，射线能量＜1MeV)穿过物质时其能量被物质吸收而产生衰减、能量衰减程度仅与其穿过的物质质量有关(与物质厚度、密度等特性无关)这一原理。如图1，该β吸收式测尘仪包括气路管道11，该气路管道11的顶部设有采样入口12，该气路管道11的采样出口连接有输出管道20，该输出管道20的出口处设有抽气泵16，该气路管道11内部设有β放射源13，该β放射源13的下方设有空白滤膜14，该空白滤膜14的下方设有探测器15，该探测器15与该β放射源13相对设置，且该探测器15、该β放射源13分别与该空白滤膜14相距一定距离，该探测器15与控制处理系统18连接，该抽气泵16经由泵控制器17与该控制处理系统18连接，且该控制处理系统18连接有显示器19。

检测时，先针对空白滤膜14，通过探测器15对β放射源13穿过空白滤膜14单位面积的辐射强度进行多次Ts时间(如2分钟)的脉冲个数计数，对所有计数的脉冲个数求取平均值后记为NA。然后启动抽气泵16，抽气一段时间后停止，该空白滤膜14上滞留下一层待检测的细颗粒物。然后针对带有待检测的细颗粒物的空白滤膜14，通过探测器15对β放射源13穿过带有待检测的细颗粒物的空白滤膜14单位面积的辐射强度进行多次Ts时间(如2分钟)的脉冲个数计数，对所有计数的脉冲个数求取平均值后记为NB。从而经由下式1)求出空白滤膜14单位面积上的细颗粒物质量Δmt，以完成对空气中该细颗粒物含量的检测。

$\mathrm{\Δmt}=\frac{1}{k}\ln \frac{\mathrm{NA}}{\mathrm{NB}}---1)$

在式1)中，NA＝Ts·I₀e^-Km ₀，NB＝Ts·I₀e^-k·(m ₀ ^+Δmt)，其中，m₀为空白滤膜单位面积质量，k为质量吸收系数标准值，式1)基于β射线辐射强度衰减公式I＝I₀e^-k·m以及公式N∝I∝I₀e^-k·m(脉冲个数N正比于β射线穿过质量为m的物质后的辐射强度I)给出，I₀为β放射源的辐射强度。

从实际实施中可以发现，β吸收式测尘仪的工作精度的保持对细颗粒物含量的检测至关重要，因此，为了确保β吸收式测尘仪的工作精度，用户需要定时对β吸收式测尘仪进行定标作业。

首先β吸收式测尘仪在出厂前会由厂家提供一个质量吸收系数标准值k，该质量吸收系数标准值k是厂家在手动定标作业中基于单位面积质量为Δm的标准膜片确定出的，此手动定标作业的实施过程与下述用户自行进行的定标过程一样。

用户对β吸收式测尘仪的定标过程为：先针对空白滤膜14，通过探测器15对β放射源13穿过空白滤膜14单位面积的辐射强度进行多次Ts时间(如2分钟)的脉冲个数计数，对该多次计量的脉冲个数求取平均值后记为N1’，然后将单位面积质量为Δm的标准膜片放在空白滤膜14上方，针对放有标准膜片的空白滤膜14，通过探测器15对β放射源13穿过标准膜片和空白滤膜14单位面积的辐射强度进行多次Ts时间(如2分钟)的脉冲个数计数，对该多次计量的脉冲个数求取平均值后记为N2’。从而经由下式2)求出质量吸收系数实际值k’，将该质量吸收系数实际值k’与厂家提供的质量吸收系数标准值k进行比较，以便确定β吸收式测尘仪的工作精度是否满足使用要求，若不满足使用要求，则应对β放射源13与探测器15之间的距离进行调整，或者对不均匀度过大的空白滤膜进行更换。

$k^{\′}=\frac{1}{\mathrm{\Δ}m}ln\frac{N{1}^{\′}}{N{2}^{\′}}---2)$

由此可见，在实际使用β吸收式测尘仪的过程中，为了保证β吸收式测尘仪的工作精度，对β吸收式测尘仪进行定时定标作业是一项十分重要的任务，这对于没有定标经验的用户来说无疑是一项繁重的工作，所以一般还是由厂家派专业人员前去为用户进行定标作业，但是，无人看守的β吸收式测尘仪一般都放置在偏远地区，且对其进行一次定标作业要花费大量时间，可见，定标是一项很繁琐、浪费人力和物力的工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种β吸收式测尘仪用自动定标方法，该方法不用借助标准膜片就可自动完成对β吸收式测尘仪的定标作业，省时省力。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种β吸收式测尘仪用自动定标方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：针对空白滤膜，通过探测器对β放射源穿过该空白滤膜单位面积的辐射强度连续进行Q次脉冲个数计数，其中，Q为偶数，每次脉冲个数计数时间为Tq；

步骤2：对该Q次脉冲个数计数中任取次计数的脉冲个数求取平均值后记为Na，然后对其余次计数的脉冲个数求取平均值、再减去差值C后记为Nb：

步骤3：选择工作精度确认基准，以进行定标：

若以标准膜片的单位面积质量Δm为工作精度确认基准，则根据质量吸收系数标准值k，通过公式计算出等效膜片的单位面积质量Δm’，对该等效膜片的单位面积质量Δm’与该标准膜片的单位面积质量Δm进行比较：若该标准膜片的单位面积质量Δm与该等效膜片的单位面积质量Δm’的差值百分比的绝对值超过3‰，则认为该β吸收式测尘仪的工作精度不能满足使用要求，反之，则认为该β吸收式测尘仪的工作精度能满足使用要求；

若以该质量吸收系数标准值k为工作精度确认基准，则根据该标准膜片的单位面积质量Δm，通过公式计算出质量吸收系数实际值k’，对该质量吸收系数实际值k’与该质量吸收系数标准值k进行比较：若该质量吸收系数标准值k与该质量吸收系数实际值k’的差值百分比的绝对值超过3‰，则认为该β吸收式测尘仪的工作精度不能满足使用要求，反之，则认为该β吸收式测尘仪的工作精度能满足使用要求；

其中：该差值C基于步骤a和步骤b，通过公式C＝Nc-Nd求出：

步骤a：针对该空白滤膜，通过该探测器对该β放射源穿过该空白滤膜单位面积的辐射强度连续进行R1次脉冲个数计数，每次脉冲个数计数时间为Tr，然后对该R1次计数的脉冲个数求取平均值后记为Nc，

步骤b：将单位面积质量为Δm的该标准膜片放在该空白滤膜上方，针对放有该标准膜片的该空白滤膜，通过该探测器对该β放射源穿过该标准膜片和该空白滤膜的单位面积的辐射强度连续进行R2次脉冲个数计数，每次脉冲个数计数时间为Tr，然后对该R2次计数的脉冲个数求取平均值后记为Nd。

所述次数Q大于等于6次，所述脉冲个数计数时间Tq的取值范围为2分钟～5分钟。优选地，在所述Q次脉冲个数计数中，对第奇数次计数的脉冲个数求取平均值后记为Na，对第偶数次计数的脉冲个数求取平均值、再减去所述差值C后记为Nb。

所述质量吸收系数标准值k通过手动定标作业求出。

所述质量吸收系数标准值k通过所述手动定标作业求出的步骤为：

步骤a：针对所述空白滤膜，通过所述探测器对所述β放射源穿过所述空白滤膜单位面积的辐射强度连续进行R1次脉冲个数计数，每次脉冲个数计数时间为Tr，然后对该R1次计数的脉冲个数求取平均值后记为Nc，

步骤b：将单位面积质量为Δm的所述标准膜片放在所述空白滤膜上方，针对放有所述标准膜片的所述空白滤膜，通过所述探测器对所述β放射源穿过所述标准膜片和所述空白滤膜的单位面积的辐射强度连续进行R2次脉冲个数计数，每次脉冲个数计数时间为Tr，然后对该R2次计数的脉冲个数求取平均值后记为Nd，

步骤c：经由下式5)求出所述质量吸收系数标准值k：

$k=\frac{1}{\mathrm{\Δ}m}ln\frac{Nc}{Nd}---5)$

所述次数R1、R2大于等于10次，所述脉冲个数计数时间Tr的取值范围为2分钟～5分钟。

所述标准膜片为聚酯膜片。优选地，所述标准膜片的质量为每平方厘米大于0且小于等于0.5毫克。

在实际实施中，若认为所述β吸收式测尘仪的工作精度不能满足使用要求，则需调整所述β吸收式测尘仪的所述β放射源与所述探测器之间的距离或者更换所述空白滤膜。

本发明的优点是：

在不增加人工和辅助设施的情况下，本发明自动定标方法不用借助标准膜片便可实现对β吸收式测尘仪的自动定标作业，定标结果准确、可靠，无需人工定时为β吸收式测尘仪进行定标作业，十分省时省力，节省了大量人工成本，提高了β吸收式测尘仪的工作效率。

附图说明

图1是现有β吸收式测尘仪的组成示意图。

图2是本发明的实施流程图。

具体实施方式

本发明β吸收式测尘仪用自动定标方法基于β吸收式测尘仪实现，如图1，该β吸收式测尘仪包括气路管道11，该气路管道11的顶部设有采样入口12，该气路管道11的采样出口连接有输出管道20，该输出管道20的出口处设有抽气泵16，该气路管道11内部设有β放射源13，该β放射源13的下方设有空白滤膜14，该空白滤膜14的下方设有探测器15，该探测器15与该β放射源13相对设置，且该探测器15、该β放射源13分别与该空白滤膜14相距一定距离，该探测器15与控制处理系统18连接，该抽气泵16经由泵控制器17与该控制处理系统18连接，且该控制处理系统18连接有显示器19。

如图2，本发明自动定标方法包括如下步骤：

步骤1：针对空白滤膜14(即探测器15与β放射源13之间仅放置一张空白滤膜14)，通过探测器15对β放射源13穿过该空白滤膜14单位面积的辐射强度连续进行Q次脉冲个数计数，其中，Q为偶数，每次脉冲个数计数时间为Tq；

步骤2：对该Q次脉冲个数计数中任取次计数的脉冲个数求取平均值后记为Na，然后对其余次计数的脉冲个数求取平均值、再减去差值C后记为Nb：

步骤3：选择β吸收式测尘仪的工作精度确认基准，以进行定标：

若以标准膜片的单位面积质量Δm为工作精度确认基准，则根据质量吸收系数标准值k，通过公式计算出等效膜片(虚拟出的膜片)的单位面积质量Δm’，对该等效膜片的单位面积质量Δm’与该标准膜片的单位面积质量Δm进行比较：若该标准膜片的单位面积质量Δm与该等效膜片的单位面积质量Δm’的差值百分比的绝对值超过3‰，则认为该β吸收式测尘仪的工作精度不能满足使用要求，反之，若该标准膜片的单位面积质量Δm与该等效膜片的单位面积质量Δm’的差值百分比的绝对值小于等于3‰，则认为该β吸收式测尘仪的工作精度能满足使用要求；

若以该质量吸收系数标准值k为工作精度确认基准，则根据该标准膜片的单位面积质量Δm，通过公式计算出质量吸收系数实际值k’，对该质量吸收系数实际值k’与该质量吸收系数标准值k进行比较：若该质量吸收系数标准值k与该质量吸收系数实际值k’的差值百分比的绝对值超过3‰，则认为该β吸收式测尘仪的工作精度不能满足使用要求，反之，若该质量吸收系数标准值k与该质量吸收系数实际值k’的差值百分比的绝对值小于等于3‰，则认为该β吸收式测尘仪的工作精度能满足使用要求。

在实际实施中，若认为β吸收式测尘仪的工作精度不能满足使用要求，则需调整该β吸收式测尘仪的该β放射源13与该探测器15之间的距离或者更换该空白滤膜14(认为该空白滤膜14的不均匀度过大)，反之，若认为该β吸收式测尘仪的工作精度能满足使用要求，则不用调整该β放射源13与该探测器15之间的距离，也不用更换该空白滤膜14，可继续使用该β吸收式测尘仪。

在实际应用中，β吸收式测尘仪的β放射源13的涨落现象会给细颗粒物的检测带来误差，因此为了消除涨落现象带来的误差，可对脉冲个数进行统计计数，较佳地，次数Q大于等于6次，脉冲个数计数时间Tq的取值范围为2～5分钟，取2分钟为宜。

为了提高精确性，对于步骤2，较佳地，在Q次脉冲个数计数中，可对第奇数次计数的脉冲个数求取平均值后记为Na，对第偶数次计数的脉冲个数求取平均值、再减去差值C后记为Nb。

例如，针对空白滤膜14，通过探测器15对β放射源13穿过该空白滤膜14单位面积的辐射强度连续进行2p次脉冲个数计数，p为大于2的正整数，该2p次计数的脉冲个数分别为n1，n2，n3，.....，n_2p-1，n_2p，于是可得下式3)、4)：

$Na=\frac{\underset{i=1}{\overset{p}{\Σ}}{n}_{2i-1}}{p}---3)$

$Nb=\frac{\underset{i=1}{\overset{p}{\Σ}}{n}_{2i}}{p}---4).$

在实际实施中，质量吸收系数标准值k、差值C通过预先进行的手动定标作业求出。

在实际中，质量吸收系数标准值k通过手动定标作业求出的具体步骤为：

步骤a：针对空白滤膜14(即探测器15与β放射源13之间仅放置一张空白滤膜14)，通过探测器15对β放射源13穿过该空白滤膜14单位面积的辐射强度连续进行R1次脉冲个数计数，每次脉冲个数计数时间为Tr，然后对该R1次计数的脉冲个数求取平均值后记为Nc，

步骤b：将单位面积质量为Δm的标准膜片放在该空白滤膜14上方，针对放有标准膜片的该空白滤膜14，通过探测器15对β放射源13穿过标准膜片和该空白滤膜14单位面积的辐射强度连续进行R2次脉冲个数计数，每次脉冲个数计数时间为Tr，然后对该R2次计数的脉冲个数求取平均值后记为Nd，

步骤c：经由下式5)求出质量吸收系数标准值k，

$k=\frac{1}{\mathrm{\Δ}m}ln\frac{Nc}{Nd}---5).$

而在实际实施中，基于上述该步骤a和该步骤b，差值C便可通过公式C＝Nc-Nd求出。可见，差值C的精度取决于统计时间Tr的长短。

在实际应用中，为了消除β放射源13的涨落现象带来的误差，可对脉冲个数进行统计计数，较佳地，次数R1、R2大于等于10次，脉冲个数计数时间Tr的取值范围为2～5分钟，例如取2分钟。

在本发明中，标准膜片为手动定标作业中需使用的膜片，其会提供给用户。较佳地，标准膜片选用聚酯膜片为宜。标准膜片为薄片状，一般地，其单位面积指每平方厘米，相应地，单位面积质量指每平方厘米多少毫克，即单位面积质量的单位为mg/cm²。较佳地，标准膜片的质量设定为每平方厘米大于0且小于等于0.5毫克，对标准膜片的厚度没有限制。

在实际使用中，若通过本发明方法定标后，对β吸收式测尘仪的β放射源13与探测器15之间的距离进行了调整或对空白滤膜14进行了更换，则需要再次执行步骤a-c，以重新进行手动定标作业，确定出新的质量吸收系数标准值k，然后基于该新的质量吸收系数标准值k，再次执行步骤1-3，以对β吸收式测尘仪重新进行定标作业。

在实际中，次数Q越多、脉冲个数计数时间Tq越长，本发明自动定标方法的准确性越高。而差值C的精度越高，本发明自动定标方法的准确性越高。经过大量试验，本发明自动定标方法可替代现有基于标准膜片实现的定标方法，经由本发明自动定标方法得出的定标结果准确、可靠，准确率接近100％。

对于β吸收式测尘仪，探测器15会将β放射源13的辐射强度转变为脉冲波，从而对脉冲波中的脉冲个数进行计数，便可实现对β放射源13的辐射强度的检测。

在本发明中，定标的对象为β吸收式测尘仪(已有仪器)的工作精度，此处的工作精度与β放射源与探测器之间的距离、空白滤膜的均匀度相关，而β吸收式测尘仪的抽气泵16的流量精度以及泵控制器17、控制处理系统18的电路精度忽略不计。

本发明在不增加人工和辅助设施的情况下，不用借助标准膜片便可实现对β吸收式测尘仪的自动定标作业，定标结果准确、可靠，无需人工定时为β吸收式测尘仪进行定标作业，十分省时省力，节省了大量人工成本，提高了β吸收式测尘仪的工作效率。

以上是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种β吸收式测尘仪用自动定标方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：针对空白滤膜，通过探测器对β放射源穿过该空白滤膜单位面积的辐射强度连续进行Q次脉冲个数计数，其中，Q为偶数，每次脉冲个数计数时间为Tq；

步骤2：对该Q次脉冲个数计数中任取次计数的脉冲个数求取平均值后记为Na，然后对其余次计数的脉冲个数求取平均值、再减去差值C后记为Nb：

步骤3：选择工作精度确认基准，以进行定标：

若以标准膜片的单位面积质量Δm为工作精度确认基准，则根据质量吸收系数标准值k，通过公式计算出等效膜片的单位面积质量Δm’，对该等效膜片的单位面积质量Δm’与该标准膜片的单位面积质量Δm进行比较：若该标准膜片的单位面积质量Δm与该等效膜片的单位面积质量Δm’的差值百分比的绝对值超过3‰，则认为该β吸收式测尘仪的工作精度不能满足使用要求，反之，则认为该β吸收式测尘仪的工作精度能满足使用要求；

若以该质量吸收系数标准值k为工作精度确认基准，则根据该标准膜片的单位面积质量Δm，通过公式计算出质量吸收系数实际值k’，对该质量吸收系数实际值k’与该质量吸收系数标准值k进行比较：若该质量吸收系数标准值k与该质量吸收系数实际值k’的差值百分比的绝对值超过3‰，则认为该β吸收式测尘仪的工作精度不能满足使用要求，反之，则认为该β吸收式测尘仪的工作精度能满足使用要求；

其中：该差值C基于步骤a和步骤b，通过公式C＝Nc-Nd求出：

步骤a：针对该空白滤膜，通过该探测器对该β放射源穿过该空白滤膜单位面积的辐射强度连续进行R1次脉冲个数计数，每次脉冲个数计数时间为Tr，然后对该R1次计数的脉冲个数求取平均值后记为Nc，

步骤b：将单位面积质量为Δm的该标准膜片放在该空白滤膜上方，针对放有该标准膜片的该空白滤膜，通过该探测器对该β放射源穿过该标准膜片和该空白滤膜的单位面积的辐射强度连续进行R2次脉冲个数计数，每次脉冲个数计数时间为Tr，然后对该R2次计数的脉冲个数求取平均值后记为Nd。

2.如权利要求1所述的自动定标方法，其特征在于：

所述次数Q大于等于6次，所述脉冲个数计数时间Tq的取值范围为2分钟～5分钟。

3.如权利要求2所述的自动定标方法，其特征在于：

在所述Q次脉冲个数计数中，对第奇数次计数的脉冲个数求取平均值后记为Na，对第偶数次计数的脉冲个数求取平均值、再减去所述差值C后记为Nb。

4.如权利要求1至3中任一项所述的自动定标方法，其特征在于：

所述质量吸收系数标准值k通过手动定标作业求出。

5.如权利要求4所述的自动定标方法，其特征在于：

所述质量吸收系数标准值k通过所述手动定标作业求出的步骤为：

步骤a：针对所述空白滤膜，通过所述探测器对所述β放射源穿过所述空白滤膜单位面积的辐射强度连续进行R1次脉冲个数计数，每次脉冲个数计数时间为Tr，然后对该R1次计数的脉冲个数求取平均值后记为Nc，

步骤b：将单位面积质量为Δm的所述标准膜片放在所述空白滤膜上方，针对放有所述标准膜片的所述空白滤膜，通过所述探测器对所述β放射源穿过所述标准膜片和所述空白滤膜的单位面积的辐射强度连续进行R2次脉冲个数计数，每次脉冲个数计数时间为Tr，然后对该R2次计数的脉冲个数求取平均值后记为Nd，

步骤c：经由下式5)求出所述质量吸收系数标准值k：

$k=\frac{1}{\mathrm{\Δ}m}ln\frac{Nc}{Nd}---5).$

6.如权利要求5所述的自动定标方法，其特征在于：

所述次数R1、R2大于等于10次，所述脉冲个数计数时间Tr的取值范围为2分钟～5分钟。

7.如权利要求1或5所述的自动定标方法，其特征在于：

所述标准膜片为聚酯膜片。

8.如权利要求7所述的自动定标方法，其特征在于：

所述标准膜片的质量为每平方厘米大于0且小于等于0.5毫克。

9.如权利要求1所述的自动定标方法，其特征在于：

若认为所述β吸收式测尘仪的工作精度不能满足使用要求，则需调整所述β吸收式测尘仪的所述β放射源与所述探测器之间的距离或者更换所述空白滤膜。