CN114486655B - 基于β射线分析技术的颗粒物检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于β射线分析技术的颗粒物检测方法，具体为：不含颗粒物的零气进入采样管并穿过滤膜；同时，β射线穿过滤膜，获得计数的平均值I0；进入采样管的待测气体中颗粒物被滤膜截留；同时，获得多个时间段内计数的平均值Ii，i＝1,2···N；根据时间段内计数的平均值、平均值I0以及该时间段内的待测气体体积得到该时间段内的颗粒物含量；在滤膜富集颗粒物的同时，获得时间段[T1，T2]内与多个时间点ti分别对应的计数值Ai，i＝1,2···M，获得计数值Ai与时间点ti的映射关系A＝f(t)；根据所述映射关系计算得到时间段[T1，T2]内任意二个时间点t′1、t′2处的计数值A′1、A′2，根据计数值A′1、A′2以及时间点t′1、t′2间待测气体体积，得到时间点t′1、t′2间待测气体中颗粒物含量。本发明具有检测结果准确等优点。
Description
技术领域
本发明涉及颗粒物检测，特别涉及基于β射线分析技术的颗粒物检测方法。
背景技术
β射线法是大气颗粒物自动监测的一种推荐方法，可用于测量大气中的TSP、PM10、PM2.5等颗粒物浓度。基于该技术的监测装置利用抽气泵将一定流量的大气进行连续抽取，通过指定切割器将目标气体中不同粒径的颗粒物进行筛选。经过筛选的气体通过采样室被室内的滤纸带富集，之后滤纸带移出采样室下侧，然后用β射线照射富集颗粒物的滤纸带，此时β射线由于被颗粒物吸收从而导致强度衰减，而β射线的衰减量和穿过的吸收物质的量呈一定比例，可以通过射线衰减量来反演富集颗粒物的浓度。
现有的基于β射线法的监测装置具有如下几点不足：
1. 一般测量周期为1小时，无法实现实时测量，对滤纸带的利用率低，且即使缩短采样时间压缩测量周期，也会由于总抽气量变小导致数据波动变大；
2. 走纸精度要求高，走纸误差会对测量带来偏差；
3. 由于存在走纸动作，空白计数和测量计数两个位置的状态无法保持一致，会引入压纸误差，影响测量精度。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种基于β射线分析技术的颗粒物检测方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
基于β射线分析技术的颗粒物检测方法，所述基于β射线分析技术的颗粒物检测方法为：
通过切换，不含颗粒物的零气进入采样管，并穿过滤膜；同时，放射源发出的β射线穿过处于采样管下侧的滤膜，探测器计数，获得计数的平均值I0；
通过切换，待测气体进入采样管，待测气体中的颗粒物被滤膜截留；同时，放射源发出的β射线穿过富集有颗粒物的滤膜，探测器计数，获得多个时间段内计数的平均值Ii，i=1,2…N；根据每个时间段内计数的平均值、所述平均值I0以及该时间段内的待测气体体积得到该时间段内的颗粒物含量；
在所述滤膜富集待测气体中颗粒物的同时，放射源发出的β射线穿过富集有颗粒物的滤膜，探测器计数，获得时间段[T1, T2]内与多个时间点ti分别对应的计数值Ai，i=1,2…M，获得计数值Ai与时间点ti的映射关系A=f(t)；根据所述映射关系计算得到时间段[T1,T2]内任意二个时间点t1 ˊ、t2 ˊ处的计数值A1 ˊ、A2 ˊ，根据计数值A1 ˊ、A2 ˊ以及时间点t1 ˊ、t2 ˊ间待测气体体积，得到时间点t1 ˊ、t2 ˊ间待测气体中颗粒物含量。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1．检测准确性好；
每一个检测周期内，首先通入零气，原位空白计数，再通入待测气体，利用零气作为对比，提高了检测准确度；
在检测周期内不稳定的初期，先进行计数平均值，待达到稳定后，按照时间点计数，提高了检测的实时性；
按照时间点计数后，拟合出计数值和采样时间间的映射关系，再利用该映射关系去计算计数值，避免了计数值异常波动造成误差，提高了检测准确性；
2．降低了对滤膜移动要求；
本发明中，滤膜上颗粒物的富集和检测同时进行，无需通过滤膜二次移动的方式实现颗粒物富集和检测，显著地降低了对滤膜移动的要求。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例基于β射线分析技术的颗粒物检测方法的示意图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1
本发明实施例的基于β射线分析技术的颗粒物检测方法，如图1所示，所述基于β射线分析技术的颗粒物检测方法为：
通过切换，并在泵的抽吸下，不含颗粒物的零气进入采样管，并穿过滤膜，经过泵排往下游；同时，放射源发出的β射线穿过处于采样管下侧的滤膜，探测器实时计数，获得计数的平均值I0，实现了颗粒物富集和检测同时进行；
通过切换，并在泵的抽吸下，待测气体进入采样管，待测气体中的颗粒物被滤膜截留而富集在滤膜上；同时，放射源发出的β射线穿过富集有颗粒物的滤膜，探测器实时计数，从而获得多个时间段内计数的平均值Ii，i=1,2…N；根据每个时间段内计数的平均值、所述平均值I0以及该时间段内的待测气体体积得到该时间段内的颗粒物含量，具体计算方式是本领域的现有技术；可见在采样富集的初期，是利用计数值的平均值去计算颗粒物含量的，避免了不稳定而导致的检测波动；
在所述滤膜富集待测气体中颗粒物的同时，放射源发出的β射线穿过富集有颗粒物的滤膜，探测器计数，获得时间段[T1, T2]内与多个时间点ti分别对应的计数值Ai，i=1,2…M，获得计数值Ai与时间点ti的映射关系A=f(t)；根据所述映射关系计算得到时间段[T1,T2]内任意二个时间点t1 ˊ、t2 ˊ处的计数值A1 ˊ、A2 ˊ，根据计数值A1 ˊ、A2 ˊ以及时间点t1 ˊ、t2 ˊ间待测气体体积，得到时间点t1 ˊ、t2 ˊ间待测气体中颗粒物含量，具体计算方式是本领域的现有技术；可见在采样富集的中后期，是利用计数值的实时计算值（非实测值）去计算颗粒物含量的，避免了检测波动；
为了根据需要地移动滤膜，进一步地，当滤膜上富集的颗粒物达到阈值时，喷嘴抬起，滤膜移动，使得空白滤膜移动到所述喷嘴下侧；
所述喷嘴下移，压紧所述滤膜，零气和待测气体选择性地进入采样管。
实施例2
根据本发明实施例1的基于β射线分析技术的颗粒物检测方法在大气颗粒物监测中的应用例。
在该应用例中，如图1所示，基于β射线分析技术的颗粒物检测方法为：
首先，三通阀（二个进口分别连通零气和待测气体）切换，在泵的抽吸下，不含颗粒物的零气进入采样管，并穿过滤膜；同时，放射源C14发出的β射线穿过处于采样管下侧的滤膜，探测器计数，获得四分钟内计数的平均值I0；
接着，所述三通阀切换，待测气体进入采样管，在泵的抽吸下，待测气体中的颗粒物被滤膜截留而被富集；同时，放射源发出的β射线穿过富集有颗粒物的滤膜，探测器计数，获得5个时间段（每段为3分钟）内计数的平均值Ii， i=1,2…N；根据每个时间段内计数的平均值、所述平均值I0以及该时间段内的待测气体体积得到该时间段内的颗粒物含量，具体计算方式是本领域的现有技术；可见在采样富集的初期，是利用计数值的平均值去计算颗粒物含量的，避免了不稳定而导致的检测波动；
最后，在泵的抽吸下，待测气体继续进入采样管，在所述滤膜富集待测气体中颗粒物的同时，放射源发出的β射线穿过富集有颗粒物的滤膜，探测器计数，获得时间段[T1, T2]内与多个时间点ti分别对应的计数值Ai，i=1,2…M，利用二次幂函数拟合出计数值Ai与时间点ti的映射关系A=f(t)；根据所述映射关系计算得到时间段[T1, T2]内任意二个时间点t1 ˊ、t2 ˊ处的计数值A1 ˊ、A2 ˊ，根据计数值A1 ˊ、A2 ˊ以及时间点t1 ˊ、t2 ˊ间待测气体体积，得到时间点t1 ˊ、t2 ˊ间待测气体中颗粒物含量，如一分钟、五分钟、十分钟内待测气体中颗粒物含量，具体体计算方式是本领域的现有技术；可见在采样富集的中后期，是利用实时计数值去拟合，再利用拟合关系式计算得到时间点的计算值（非实测值），进而去计算颗粒物含量，避免了检测波动；
在所述探测器计数的同时，判断所述探测器输出的计数值是否低于阈值；
当计数值低于阈值，也即滤膜上富集的颗粒物达到阈值时，泵停止工作，喷嘴抬起，滤膜移动，使得空白滤膜移动到所述喷嘴下侧；
所述喷嘴下移，压紧所述滤膜，重复上述过程。
实施例3
根据本发明实施例1的基于β射线分析技术的颗粒物检测方法在大气颗粒物监测中的应用例，与实施例2不同的是：
颗粒物是否达到阈值的判断方式为：分别获得采样气路中滤膜上游和下游的压力，判断上游和下游压力差是否大于阈值；
如果压力差大于阈值，表明富集的颗粒物过多，不能被准确检测，需要更新滤膜，也即喷嘴抬起，泵停止工作，滤膜移动，使得空白滤膜移动到所述喷嘴下侧；
如果压力超不大于阈值，表明富集的颗粒物还能继续被准确检测。
Claims (3)
1.基于β射线分析技术的颗粒物检测方法，其特征在于，所述基于β射线分析技术的颗粒物检测方法为：
通过切换，不含颗粒物的零气进入采样管，并穿过滤膜；同时，放射源发出的β射线穿过处于采样管下侧的滤膜，探测器计数，获得计数的平均值I0；
通过切换，待测气体进入采样管，待测气体中的颗粒物被滤膜截留；同时，放射源发出的β射线穿过富集有颗粒物的滤膜，探测器计数，获得多个时间段内计数的平均值Ii，i=1,2…N；根据每个时间段内计数的平均值、所述平均值I0以及该时间段内的待测气体体积得到该时间段内的颗粒物含量；当滤膜上富集的颗粒物达到阈值时，喷嘴抬起，滤膜移动，使得空白滤膜移动到所述喷嘴下侧；所述喷嘴下移，压紧所述滤膜，零气和待测气体选择性地进入采样管；颗粒物是否达到阈值的判断方式为：分别获得采样气路中滤膜上游和下游的压力，判断上游和下游压力差是否大于阈值；或者，判断所述探测器输出的计数值是否低于阈值；
在所述滤膜富集待测气体中颗粒物的同时，放射源发出的β射线穿过富集有颗粒物的滤膜，探测器计数，获得时间段[T1, T2]内与多个时间点ti分别对应的计数值Ai，i=1,2…M，获得计数值Ai与时间点ti的映射关系A=f(t)；根据所述映射关系计算得到时间段[T1, T2]内任意二个时间点t1 ˊ、t2 ˊ处的计数值A1 ˊ、A2 ˊ，根据计数值A1 ˊ、A2 ˊ以及时间点t1 ˊ、t2 ˊ间待测气体体积，得到时间点t1 ˊ、t2 ˊ间待测气体中颗粒物含量。
2.根据权利要求1所述的基于β射线分析技术的颗粒物检测方法，其特征在于，利用二次幂函数拟合出所述映射关系A=f(t)。
3.根据权利要求1所述的基于β射线分析技术的颗粒物检测方法，其特征在于，利用切换模块，使得零气和待测气体选择性地进入采样管内。
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