CN110231260A - 基于β射线法的高时间分辨率颗粒物实时监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气体检测装置技术领域，尤其涉及一种基于β射线法的高时间分辨率颗粒物实时监测装置，包括颗粒物采样机构、滤纸带传送机构以及颗粒物采集检测机构；所述颗粒物采样机构和颗粒物采集检测机构在同一腔体内，所述颗粒物采样机构包括采样头和采样泵，所述滤纸带传送机构包括主动轮、被动轮、滤纸带和压纸杠杆，所述颗粒物采集检测机构包括β射线闪烁探测器、C14放射源、活动压块、固定压块和密封胶圈。本装置和方法可实现真正连续实时测量，且具有较高的稳定性和精确性。真正连续实时测量，且具有较高的稳定性和精确性。
Description
技术领域
本发明涉及气体检测装置技术领域，尤其涉及一种基于β射线法的高时间分辨率颗粒物实时监测装置及方法。
背景技术
作为测定大气中微小颗粒物浓度的装置，β射线法颗粒物检测装置是将一定流量的大气连续地吸入采样头内，经过指定切割器对气体进行切割筛选出目标组分的颗粒物。气体经过采样腔室时颗粒物被设置在腔室中间的滤纸带捕捉到，用β射线照射采集颗粒物之后的滤纸带，β射线会被颗粒物吸收导致β射线的衰减。β射线的衰减量与其穿透物质的质量成一定比例关系，固可以通过测量β射线衰减的量来测量颗粒物的浓度。
传统的基于β射线吸收法颗粒物检测装置存在以下缺陷：其一，无法实现实时测量。其二，对纸带转动距离控制精度要求较高，极其微小的距离误差就会导致测量结果的偏差。其三采样间隔越短数据波动性越大。传统方式采样部分和测量部分分别设置在两个腔室，采样和测量时纸带需要在采样腔室和测量腔室间来回移动，所以测出的数据是间隔不连续的且周期越短移动的频率越高测量波动性就越大，误差也越大。
发明内容
本发明的主要目的就是针对上述问题，提供一种反射式滤光装置，能够连续实时测量，并且具有较高的稳定性和准确性。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种基于β射线法的高时间分辨率颗粒物实时监测装置，其特征在于：包括颗粒物采样机构、滤纸带传送机构以及颗粒物采集检测机构；所述颗粒物采样机构和颗粒物采集检测机构在同一腔体内，所述颗粒物采样机构包括采样头和采样泵，所述滤纸带传送机构包括主动轮、被动轮、滤纸带和压纸杠杆，所述颗粒物采集检测机构包括β射线闪烁探测器、C14放射源、活动压块、固定压块和密封胶圈，所述采样头与所述活动压块的进气通道连通，所述β射线闪烁探测器固定在所述活动压块的上部，所述C14放射源与所述β射线闪烁探测器对应并安装在固定压块上，所述采样泵与所述固定压块一侧的出气口连通，所述主动轮和被动轮分别位于所述固定压块的两侧，率纸带绕在主动轮和被动轮上，滤纸带从β射线闪烁探测器、C14放射源指间穿过，所述密封胶圈设置在所述固定压块和活动压块之间，所述压纸杠杆于所述活动压块连接并与偏心轮配合。
优选地，所述进气通道与所述纸带成20°-30°夹角。
一种基于β射线法的高时间分辨率颗粒物实时监测方法，其特征在于：采用线性回归算法，将颗粒物质量与检测时间进行线性拟合，通过颗粒物质量和空气体积的比值计算出颗粒物的实时浓度：
M1--------首次测量物质的质量(mg)
M2--------第二次测量物质的质量(mg)
N1--------首次测量的β值计数(无量纲)
N2--------第二次测量的β值计数(无量纲)
μ/ρ-----质量衰减系数(无量纲)
A---------β射线穿过点面积默认为2(cm^2)。
本发明的有益效果是:相对于现有技术，本装置和方法可实现真正连续实时测量，且具有较高的稳定性和精确性。真正连续实时测量，且具有较高的稳定性和精确性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。如图1所示，一种基于β射线法的高时间分辨率颗粒物实时监测装置，包括颗粒物采样机构、滤纸带传送机构以及颗粒物采集检测机构；所述颗粒物采样机构和颗粒物采集检测机构在同一腔体内，所述颗粒物采样机构包括采样头7和采样泵4，所述滤纸带传送机构包括主动轮2、被动轮3、滤纸带11和压纸杠杆10，所述颗粒物采集检测机构包括β射线闪烁探测器1、C14放射源5、8活动压块、固定压块9和密封胶圈6，所述采样头与所述活动压块的进气通道连通，所述β射线闪烁探测器固定在所述活动压块的上部，所述C14放射源与所述β射线闪烁探测器对应并安装在固定压块上，所述采样泵与所述固定压块一侧的出气口连通，所述主动轮和被动轮分别位于所述固定压块的两侧，纸带与闪烁探测器之间的距离尽量小，且β射线垂直穿过纸带。C14放射源与闪烁探测器被平行放置在纸带两侧且尽量缩小间距，而进气通道则与纸带成20°角从侧面流入腔体，通过导流孔穿过纸带。空气中的颗粒物被过滤到纸带表面，与此同时β射线探测器会实时记录β射线穿过纸带的衰减量。率纸带绕在主动轮和被动轮上，滤纸带从β射线闪烁探测器、C14放射源指间穿过，所述密封胶圈设置在所述固定压块和活动压块之间，所述压纸杠杆于所述活动压块连接并与偏心轮配合。
空气由采样头进入系统，其中的颗粒物经过切割器筛选后随气流进入颗粒物采样机构，整个系统由气泵提供气动压力，系统运作时分为两个周期：采样检测周期和走纸周期。在采样检测周期中气泵一直处于吸气状态，颗粒物通过采样头被连续不断的吸入系统。颗粒物在经过采集检测装置时被滤纸带捕捉，滤纸带上采集的颗粒物质量随时间不断增加。因为纸带的空气透过率随着颗粒物的增加而减小，减小到一定程度时会影响气体的采样。这时便要移动纸带来更换新的采样点，此时进入走纸周期。走纸周期中气泵停止采样；压纸杠杆动作，将活动压块上提，使被活动压块与固定压块压紧的纸带处于松弛状态。之后主动轮转动，带动纸带向右移动。将前次采样过的纸带区域移动到采样区以外。走纸完成后活动压块与固定压块重新将纸带压紧保证密封后气泵开启恢复采样再次进入采样周期。采样周期内，β射线探测器在连续不断的检测穿过滤纸带的β射线变化量。由于β射线的衰减量与其穿过物质的质量存在一定关系，因此可通过检测到的β射线的变化量计算出滤纸带上颗粒物的质量变化。颗粒物质量的变化以每秒/次的频率被检测出，但由于C14放射源的β辐射量存在不稳定性且纸带上每秒的颗粒物变化量极其微小，在实时监测时会存在较大噪声。因此需要引入线性回归算法：将颗粒物质量与检测时间进行线性拟合，经过实验线性回归时间大于一小时时，回归曲线比较稳定。以扫描方式实时或许一小时内质量与时间的线性拟合斜率作为颗粒物质量单位时间的变化量。又因为采样流量为固定值则单位时间采样的空气体积可知，最终可通过颗粒物质量和空气体积的比值计算出颗粒物的实时浓度。
M1--------首次测量物质的质量(mg)
M2--------第二次测量物质的质量(mg)
N1--------首次测量的β值计数(无量纲)
N2--------第二次测量的β值计数(无量纲)
μ/ρ-----质量衰减系数(无量纲)
A---------β射线穿过点面积默认为2(cm^2)。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于β射线法的高时间分辨率颗粒物实时监测装置，其特征在于：包括颗粒物采样机构、滤纸带传送机构以及颗粒物采集检测机构；所述颗粒物采样机构和颗粒物采集检测机构在同一腔体内，所述颗粒物采样机构包括采样头和采样泵，所述滤纸带传送机构包括主动轮、被动轮、滤纸带和压纸杠杆，所述颗粒物采集检测机构包括β射线闪烁探测器、C14放射源、活动压块、固定压块和密封胶圈，所述采样头与所述活动压块的进气通道连通，所述β射线闪烁探测器固定在所述活动压块的上部，所述C14放射源与所述β射线闪烁探测器对应并安装在固定压块上，所述采样泵与所述固定压块一侧的出气口连通，所述主动轮和被动轮分别位于所述固定压块的两侧，率纸带绕在主动轮和被动轮上，滤纸带从β射线闪烁探测器、C14放射源指间穿过，所述密封胶圈设置在所述固定压块和活动压块之间，所述压纸杠杆于所述活动压块连接并与偏心轮配合。
2.根据权利要求1所述的基于β射线法的高时间分辨率颗粒物实时监测装置，其特征在于：所述进气通道与所述纸带成20°-30°夹角。
3.一种如权利要求1和2任意一项所述的基于β射线法的高时间分辨率颗粒物实时监测方法，其特征在于：采用线性回归算法，将颗粒物质量与检测时间进行线性拟合，通过颗粒物质量和空气体积的比值计算出颗粒物的实时浓度：
式中:
M1--------首次测量物质的质量(mg)
M2--------第二次测量物质的质量(mg)
N1--------首次测量的β值计数(无量纲)
N2--------第二次测量的β值计数(无量纲)
μ/ρ-----质量衰减系数(无量纲)
A---------β射线穿过点面积默认为2(cm^2)。
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