CN113310861B - 基于电火花诱导击穿光谱的粉尘成分检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电火花诱导击穿光谱的粉尘成分检测装置及方法，包括粉尘收集器、微型控制器、高压脉冲发生器、光谱仪、过滤回收单元。装置运行原理为通过微型控制器控制粉尘收集器内部元件进行粉尘颗粒的收集，再通过步进电机使内部收集平板180°翻转与下部阳极针构成正负电极；在微型控制器的控制下，高压脉冲发生器对收集板上的粉尘颗粒进行电火花诱导击穿，与此同时由光谱仪通过光纤探头采集电火花诱导击穿过程中的发射光谱信号及数据；排出的含粉尘空气通过真空泵的抽吸进入过滤回收单元；光谱仪收集的光谱数据经过分析软件的分析处理之后，可以进一步得出所检测颗粒物的成分及浓度，从而实现粉尘成分及浓度的实时在线检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于电火花诱导击穿光谱的粉尘成分检测装置及方法，属于空气检测设备技术领域。
背景技术
近年来我国现代工业化水平不断提升，在提高丰富了我国人民的生活水平的同时也带来了工业粉尘所引发的工人职业病如尘肺病等问题。工业场所生产所产生的悬浮颗粒物的浓度通常作为生产场所污染严重程度的重要指标之一，然而尽管随着工业化和经济的快速发展，工业领域作业场所单位时间内生产、加工等过程中产生的粉尘量和粉尘种类却在不断增大和增多，其中的有害颗粒会对那些经常暴露在工业工作场所的人造成严重的健康风险。根据有关统计，仅煤矿这一行业，由粉尘引起的尘肺病就占到总新发职业病的70％，可见工作场所的粉尘类型和浓度对作业工人的影响是巨大的。
工业领域的常见粉尘主要为各类重金属如铬、铅等有害重金属粉尘，这类粉尘在冶金、电化学工艺、机械制造等领域最为常见。这种重金属粉尘会随着工作人员的呼吸通过口鼻进入人体，附着沉积在呼吸道和肺泡中，短期会使人体呼吸系统出现各类炎症，而长期吸入则会导致肺部组织的阻塞性病变，出现尘肺等症状。这类疾病不仅仅会影响人的呼吸系统，同样会破坏人体的心血管功能，而且由粉尘引起的心血管类疾病常常是不可逆的，很难有效做到将有毒有害粉尘成分从人体排出，最终甚至会导致癌症。因此空气中粉尘的化学成分和浓度的测量对于防止接触和保护工人的健康非常重要，准确测量工业领域作业场所粉尘种类和浓度不仅可以及时对工人提供相应的医学和健康保护，还有利于找到污染源，改进企业生产工序，从根源解决工业领域污染问题。
粉尘浓度和成分监测仪器通常简称为粉尘仪，其广泛应用于矿山、冶金、药品制造、化工生产、疾病预防、卫生监督与环境保护等领域。目前常用的粉尘仪在使用方法上主要分为：在线式连续监测粉尘仪与便携式粉尘仪；在测量原理上又可以分为：采样称重法、电荷感应原理法、光散射式法和激光检测法等等。然而这些方法如采样称重法只能提供时间平均浓度、电荷感应法依赖粉尘的静电特性、光散射式受到粉尘微粒粒径影响较大等原因，不能准确地获得气溶胶的瞬态事件和动态特征。另外，固定场所连续监测的方法得到的测量结果缺乏实时性和整体性，在污染防治和职业安全过程控制中的价值非常有限。因此开发一款低成本、便携、直读式的粉尘化学分析仪器是有效评估工人接触有害空气颗粒物的理想选择。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于电火花诱导击穿光谱的粉尘成分检测装置及方法，成本较低、体积小巧、便于携带，并且能实现粉尘成分的快速检测。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于电火花诱导击穿光谱的粉尘成分检测装置，包括粉尘收集器、高压脉冲发生器、光谱仪、过滤回收单元、微型控制器；所述粉尘收集器包括顶盖、筒体、底座、射流喷管、喷嘴、步进电机、翻转连杆、撞击收集板、阳极针；所述筒体固定在底座上，顶盖固定在筒体上端，筒体、顶盖和底座围成内部腔室；顶盖中心开设通孔，射流喷管与喷嘴位于顶盖内部，通向内部腔室；射流喷管与通孔相连，喷嘴位于射流喷管下部；通孔上端为气溶胶入口，气溶胶入口通过软管与外部空气连通；所述筒体侧部设有安装孔和装配孔，安装孔和装配孔相对设置，安装孔外部设有密封盖，翻转连杆一端穿过密封盖伸入内部空间、且翻转连杆与密封盖之间连接处可自由转动；翻转连杆一端设有撞击收集板，撞击收集板处于喷嘴正下方；翻转连杆另一端与步进电机传动连接，与光谱仪相连的光纤探头从翻转连杆另一侧筒体的装配孔处伸入内部空间，筒体侧部镶嵌有光学透镜；所述底座中心开设通道，阳极针一端通过通道伸入内部空间、且处于撞击收集板的正下方；阳极针另一端与高压脉冲发生器正极连接；撞击收集板的筒体外一端作为阴极与高压脉冲发生器负极连接；底座上开设气溶胶排出通道，气溶胶排出通道一端与内部空间连通、另一端设有气溶胶出口，通过管路与真空采样泵连接；所述微型控制器与步进电机、高压脉冲发生器、真空泵和光谱仪连接，分别用于控制步进电机、高压脉冲发生器和真空泵的工作状态及接收光谱仪反馈的光谱数据；所述高压脉冲发生器可提供最大脉冲输出电压为15kv，脉宽为100ns，输出频率1Hz，上升时间为1～5ns脉冲能量300mJ，所用输入电压为12V或24V，由微型电源提供输入电压，且其可以通过接收触发信号来控制脉冲电压的输出；所述光谱仪为微型光谱仪，通过光纤连入粉尘收集器，接收高压电火花击穿粉尘光谱数据并进行分析；所述过滤回收单元包括滤膜、壳体，滤膜位于壳体内部；壳体与粉尘收集器下端气溶胶排出通道相连，排出的含粉尘空气气溶胶进入该壳体；滤膜对排出空气所含粉尘进行过滤以便进行后续分析。
进一步，该粉尘检测装置总尺寸约为15cm×10cm×10cm，其中粉尘收集器外形尺寸约为10cm×5cm×5cm，微型控制器尺寸约为4cm×4cm×2cm，高压脉冲发生器尺寸约为10cm×5cm×5cm，光谱仪尺寸约为10cm×5cm×5cm，符合便携式和低成本要求。
进一步，所述光谱仪分辨率小于0.1nm，用于探测粉尘颗粒电火花击穿后等离子体释放的特征光谱，光谱测量范围至少覆盖200～900nm波段。
进一步，所述伸入内部空间的光纤探头对准撞击收集板与阳极针两者中间。
进一步，所述粉尘收集器筒体材料为乙缩醛树脂，撞击收集板与阳极针材料为钨，可满足耐高压，耐火花烧蚀及耐高温的电火花诱导击穿的技术要求。
进一步，所述射流喷管直径为0.3～1mm，撞击收集板宽为0.5～2mm，长为3～8mm。
进一步，所述翻转连杆与密封盖连接处设有旋转密封圈。通过设置旋转密封圈能提高内部空间的密封效果。
一种基于电火花诱导击穿光谱的粉尘成分检测装置的工作方法，具体步骤为：
A、将检测装置放置到所需检测的环境中，并使撞击收集板正对喷嘴；空气环境中的颗粒物通过气溶胶入口进入粉尘收集器，并经过射流喷管及喷嘴将颗粒物喷射到撞击收集板；
B、撞击收集板持续收集设定时间后，微型控制器控制步进电机工作，进而翻转连杆带动撞击收集板转动180°，使撞击收集板正对阳极针时停止步进电机工作，然后微型控制器释放触发信号控制高压脉冲发生器启动，通过阳极针对撞击收集板表面的粉尘颗粒物进行电火花诱导击穿，该信号将同时启动光谱仪，在等待设置的延迟时间后，通过光纤探头采集电火花诱导击穿过程中的光谱信号数据；
C、完成一次数据采集后，微型控制器控制步进电机工作，进而翻转连杆带动撞击收集板转动180°，使撞击收集板正对喷嘴时停止步进电机工作，此时喷嘴继续将颗粒物喷射到撞击收集板上；
D、每次采集时的含粉尘空气都将从粉尘收集器下端的气溶胶排出通道排入过滤回收单元，该单元中的滤膜将过滤所检测空气中的粉尘；
E、重复循环采集检测过程多次，使得光谱仪能获取多次电火花诱导击穿过程中的光谱数据，进而根据光谱数据通过分析软件得出每次颗粒物的成分及浓度，从而实现粉尘成分的实时检测过程。
与现有技术相比，本发明粉尘收集器部分采用顶盖、筒体、底座、射流喷管、喷嘴、翻转连杆、步进电机和微型控制器相结合方式，通过射流喷管和喷嘴将粉尘颗粒物喷射到撞击收集板上，通过惯性碰撞收集，将其收集为一个小点(<1mm直径)；然后微型控制器控制步进电机，使翻转连杆带动撞击收集板翻转180°正对下方阳极针，然后微型控制器释放触发信号控制高压脉冲发生器启动，通过阳极针对撞击收集板表面的粉尘颗粒物进行电火花诱导击穿，该信号将同时启动光谱仪，在等待设置的延迟时间后，通过光纤探头采集电火花诱导击穿过程中的光谱信号数据；电火花诱导击穿过程中不仅能产生所需的光谱数据，而且能对撞击收集板表面的粉尘颗粒物进行清除，便于后续的颗粒物收集检测，而收集的光谱数据通过分析软件分析处理后，能得出本次颗粒物的成分及浓度，从而实现粉尘成分的实时检测过程；
其中本发明采用的电火花诱导击穿等离子体光谱(SIBS)技术是目前物质元素分析的最新技术之一，其具有结构简单，成本较低、检测快速、操作简单等优势。该技术应用于粉尘成分检测方面的原理是：粉尘微粒在脉冲电源作用下被击穿后，其中的电子脱离原子核形成正负离子流，在电场作用下向两极运动，形成放电通道，运动过程中会生成大量的热，此时极间电阻瞬间降低，呈导通状态。而形成的热自由电子将会释放出相应粉尘元素的光谱连续体特征信号，此时通过光谱仪对该信号进行采集，再经过有关分析软件的进一步分析即可得到有关粉尘元素的成分及浓度信息。因此本发明的优势在于：
(1)可实现实时实地动态监测粉尘浓度；
(2)成本低廉，设备结构简单，尺寸小巧，能满足便携式要求；
(3)检测用时少，平均每次光谱采集时间可达毫秒级，分析用时短；
(4)可同时检测出多种粉尘成分及其对应的浓度，提高检测效率。
附图说明
图1是本发明的整体系统原理图。
图2是本发明中粉尘收集器的结构示意图；
图3是图2的左视图；
图1中各组成部分名称如图所示。
图2中：1、射流喷管，2、喷嘴，3、内部空间，4、装配孔，5、撞击收集板，6、阳极针，7、气溶胶排出通道，8、翻转连杆，9、密封盖，10、光学透镜。
具体实施方式
本发明提出的基于电火花诱导击穿光谱的粉尘成分检测装置的设计思路是，利用翻转连杆控制的撞击收集板完成环境粉尘的收集和电火花诱导击穿。撞击收集板翻转朝下与阳极针相对后，利用电火花对收集平板上的粉尘颗粒物进行诱导击穿，使其电离形成热自由电子并吸收相应元素的特征谱线，在此过程中释放的光谱信号由光谱仪接收。不同种类的粉尘元素具有不同的特征谱峰，经过光谱仪的软件分析后鉴别得到粉尘元素种类及浓度。通入电火花发生腔室的环境空气气流在底部真空泵的作用下进入过滤收集单元，将其中含有的粉尘进行过滤与收集。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例中提供的一种基于电火花诱导击穿光谱粉尘成分在线分析装置，如图1所示，包括粉尘收集器、微型控制器、高压脉冲发生器、光谱仪、过滤回收单元；
所述粉尘收集器如图2和图3所示，包括顶盖、筒体、底座、射流喷管1、喷嘴2、翻转连杆8，撞击收集板、阳极针；
所述筒体固定在底座上，顶盖固定在筒体上端，筒体、顶盖和底座围成内部空间3；顶盖中心开设通孔，射流喷管1与喷嘴2位于顶盖内部，通向内部腔室3；射流喷管1与通孔相连，喷嘴2位于射流喷管1下部；通孔上端为气溶胶入口，气溶胶入口通过软管与外部空气连通；
所述筒体侧部设有安装孔和装配孔4，安装孔和装配孔4相对设置，安装孔外部设有密封盖9，翻转连杆8一端穿过密封盖9伸入内部空间3、且翻转连杆8与密封盖9之间连接处可自由转动；翻转连杆8一端设有撞击收集板5，撞击收集板5处于喷嘴2正下方；翻转连杆8另一端与步进电机传动连接，与光谱仪相连的光纤探头从翻转连杆8另一侧筒体的装配孔4处伸入内部空间3，筒体侧部镶嵌有光学透镜10；
所述底座中心开设通道，阳极针6一端通过通道伸入内部空间3、且处于撞击收集板5的正下方；阳极针6另一端与高压脉冲发生器正极连接；撞击收集板的筒体外一端作为阴极与高压脉冲发生器负极连接；底座上开设气溶胶排出通道7，气溶胶排出通道7一端与内部空间3连通、另一端设有气溶胶出口，通过管路与过滤回收单元和真空泵连接；
所述微型控制器与步进电机、高压脉冲发生器、真空泵和光谱仪连接，分别用于控制步进电机、高压脉冲发生器和真空泵的工作状态及接收光谱仪反馈的光谱数据；
所述高压脉冲发生器尺寸为10cm×5cm×5cm，可提供最大脉冲输出电压为15kv，脉宽为100ns，输出频率1H，上升时间为1～5ns脉冲能量300mJ，所用输入电压为12V或24V，由微型电源提供输入电压，且其可以通过接收触发信号来控制脉冲电压的输出；
所述光谱仪分辨率小于0.1nm，用于探测粉尘颗粒电火花击穿后等离子体释放的特征光谱，光谱测量范围至少覆盖200～900nm波段。
所述伸入内部空间的光纤探头对准撞击收集板5与阳极针6两者中间。
所述粉尘收集器筒体材料为乙缩醛树脂，撞击收集板5与阳极针6的材料均为钨，可满足耐高压，耐火花烧蚀及耐高温的电火花诱导击穿的技术要求。
所述射流喷管1直径为0.35mm，撞击收集板5宽为1mm，长为6mm。
所述翻转连杆8与密封盖9连接处设有旋转密封圈。通过设置旋转密封圈能提高内部空间3的密封效果。
上述检测装置的工作方法，具体步骤为：
A、将检测装置放置到所需检测的环境中，并使撞击收集板5正对喷嘴2；空气环境中的颗粒物通过气溶胶入口进入粉尘收集器，并经过射流喷管1及喷嘴2将颗粒物喷射到撞击收集板5；
B、撞击收集板5持续收集3min后，微型控制器控制步进电机工作，进而翻转连杆8带动撞击收集板5转动180°，使撞击收集板5正对阳极针6时停止步进电机工作，然后微型控制器释放一个5V的触发信号控制高压脉冲发生器启动，通过阳极针6对撞击收集板5表面的粉尘颗粒物进行电火花诱导击穿，该信号将同时启动光谱仪，在等待5μs后，通过光纤探头采集电火花诱导击穿过程中的光谱信号数据；
C、完成一次数据采集后，微型控制器控制步进电机工作，进而翻转连杆8带动撞击收集板5转动180°，使撞击收集板5正对喷嘴2时停止步进电机工作，此时喷嘴2继续将颗粒物喷射到撞击收集板5上，再进行3min的收集过程；
D、每次采集时的含粉尘空气都将从粉尘收集器下端的气溶胶排出通道7在真空泵的抽吸作用下排入过滤回收单元，该单元中的滤膜将过滤所检测空气中的粉尘；
E、重复循环采集检测过程多次，使得光谱仪能获取多次电火花诱导击穿过程中产生的光谱数据，进而根据光谱数据通过分析软件得出每次颗粒物的成分及浓度，从而实现粉尘成分的实时检测过程。
Claims (7)
1.一种基于电火花诱导击穿光谱的粉尘成分检测装置的工作方法，其特征在于，采用的粉尘成分检测装置包括粉尘收集器、微型控制器、高压脉冲发生器、光谱仪、过滤回收单元；所述粉尘收集器包括顶盖、筒体、底座、射流喷管、喷嘴、步进电机、翻转连杆、撞击收集板，阳极针；所述筒体固定在底座上，顶盖固定在筒体上端，筒体、顶盖和底座围成内部腔室；顶盖中心开设通孔，射流喷管与喷嘴位于顶盖内部，通向内部腔室；射流喷管与通孔相连，喷嘴位于射流喷管下部；通孔上端为气溶胶入口，气溶胶入口通过软管与外部空气连通；所述筒体侧部设有安装孔和装配孔，安装孔和装配孔相对设置，安装孔外部设有密封盖，翻转连杆一端穿过密封盖伸入内部空间、且翻转连杆与密封盖之间连接处可自由转动；翻转连杆一端设有撞击收集板，撞击收集板处于喷嘴正下方；翻转连杆另一端与步进电机传动连接，与光谱仪相连的光纤探头从翻转连杆另一侧筒体的装配孔处伸入内部空间，筒体侧部镶嵌有光学透镜；所述底座中心开设通道，阳极针一端通过通道伸入内部空间、且处于撞击收集板的正下方；阳极针另一端与高压脉冲发生器正极连接；撞击收集板的筒体外一端作为阴极与高压脉冲发生器负极连接；底座上开设气溶胶排出通道，气溶胶排出通道一端与内部空间连通、另一端设有气溶胶出口；所述微型控制器分别用于控制步进电机、高压脉冲发生器和真空泵的工作状态及接收光谱仪反馈的光谱数据；所述高压脉冲发生器由微型电源提供输入电压，且其能通过接收触发信号来控制脉冲电压的输出；所述光谱仪接收光纤探头反馈的高压电火花击穿粉尘光谱数据；所述过滤回收单元包括滤膜、壳体、真空泵，滤膜位于壳体内部；真空泵与壳体的出气口连通，壳体的进气口与粉尘收集器下端的气溶胶出口相连，粉尘收集器排出的含粉尘空气通过真空泵的抽吸进入该壳体；滤膜对排出空气所含粉尘进行过滤并用于后续分析，具体步骤为：
A、将检测装置放置到所需检测的环境中，并使撞击收集板正对喷嘴；空气环境中的颗粒物通过气溶胶入口进入粉尘收集器，并经过射流喷管及喷嘴将颗粒物喷射到撞击收集板；
B、撞击收集板持续收集设定时间后，微型控制器控制步进电机工作，进而翻转连杆带动撞击收集板转动180°，使撞击收集板正对阳极针时停止步进电机工作，然后微型控制器释放触发信号控制高压脉冲发生器启动，通过阳极针对撞击收集板表面的粉尘颗粒物进行电火花诱导击穿，该信号将同时启动光谱仪，在等待设置的延迟时间后，通过光纤探头采集电火花诱导击穿过程中的光谱信号数据；
C、完成一次数据采集后，微型控制器控制步进电机工作，进而翻转连杆带动撞击收集板转动180°，使撞击收集板正对喷嘴时停止步进电机工作，此时喷嘴继续将颗粒物喷射到撞击收集板上；
D、每次采集时的含粉尘空气都将从粉尘收集器下端的气溶胶排出通道排入过滤回收单元，该单元中的滤膜将过滤所检测空气中的粉尘；
E、重复循环采集检测过程多次，使得光谱仪能获取多次电火花诱导击穿过程中的光谱数据，进而根据光谱数据通过分析软件得出每次颗粒物的成分及浓度，从而实现粉尘成分的实时检测过程。
2. 根据权利要求1 所述的一种基于电火花诱导击穿光谱的粉尘成分检测装置的工作方法，其特征在于，所述粉尘收集器筒体材料为乙缩醛树脂。
3. 根据权利要求1 所述的一种基于电火花诱导击穿光谱的粉尘成分检测装置的工作方法，其特征在于，所述射流喷管直径为0.3～1mm，撞击收集板宽为0.5～2mm，长为3～8mm。
4. 根据权利要求1 所述的一种基于电火花诱导击穿光谱的粉尘成分检测装置的工作方法，其特征在于，所述撞击收集板与阳极针的材料均为钨。
5. 根据权利要求1 所述的一种基于电火花诱导击穿光谱的粉尘成分检测装置的工作方法，其特征在于，所述光谱仪分辨率小于0.1nm，用于探测粉尘颗粒电火花击穿后等离子体释放的特征光谱，光谱测量范围至少覆盖200～900nm波段。
6. 根据权利要求1 所述的一种基于电火花诱导击穿光谱的粉尘成分检测装置的工作方法，其特征在于，所述伸入内部空间的光纤探头对准撞击收集板与阳极针两者中间。
7. 根据权利要求1 所述的一种基于电火花诱导击穿光谱的粉尘成分检测装置的工作方法，其特征在于，所述翻转连杆与密封盖连接处设有旋转密封圈。
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| Characterization of Spark-Produced Aerosols by Automated Electron Probe Micro-Analysis;B. RAEYMAEKERS et al.;《APPLIED SPECTROSCOPY》;19881231;第42卷(第1期);第142-150页 * |
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