CN114965194A - 基于β射线法的大气颗粒物检测装置 - Google Patents

基于β射线法的大气颗粒物检测装置 Download PDF

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韩鹏
黄桂琼
徐炳权
彭力
邱健
骆开庆
刘冬梅
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Abstract

本发明涉及一种基于β射线法的大气颗粒物检测装置。本发明所述的基于β射线法的大气颗粒物检测装置包括：壳体、滤纸带传送单元、多个进气单元、β射线检测单元、上导轨、下导轨、驱动单元和计算单元。上导轨和下导轨平行设置于壳体内，滤纸带传送单元设置于上导轨和下导轨之间；壳体顶部和上导轨分别贯穿设置多个进气孔；进气单元设置于上导轨上方，进气单元包括升降组件、进气管道、阀门和喷嘴，进气管道的上端穿过壳体顶部的第一进气孔与外部气源连接；β射线检测单元包括相对设置于上导轨上的β射线源和设置于下导轨上的β射线探测器；计算单元用于获取并输出大气颗粒物检测结果。本发明减少了颗粒物残留和分布不均，提高了检测精准度。

Description

基于β射线法的大气颗粒物检测装置
技术领域
本发明涉及环境监测领域，特别是涉及一种基于β射线法的大气颗粒物检测装置。
背景技术
大气环境对人们的生活及健康有着至关重要的影响，因此对于大气环境中的颗粒物的监控也尤为重要。大气颗粒物是分散在大气中固态或液态颗粒状物质的总称。粒径为0.01um～100um的大气颗粒物，统称为总悬浮颗粒物TSP。而PM10和PM2.5分别指大气动力学直径小于或等于10um和2.5um的大气颗粒物。PM10也称为可吸入颗粒物，世界卫生组织(WHO)则称为之可进入胸部的颗粒物；PM2.5能够进入人体肺泡，被称为可入肺颗粒物。
β射线吸收法作为一种较为常见的用于大气颗粒物质量浓度测量的方法，其基本原理如下：随着大气颗粒物在滤膜上沉积量的增加，β射线穿透滤膜的强度呈指数衰减，根据探测器探测β射线强度的变化，计算得到一定取样体积内大气颗粒物的质量。
但现有的基于β射线吸收法的大气颗粒物检测装置，还存在如下问题：
1)检测过程分为取样与测量两个步骤，在取样滤膜的传送过程中，不可避免的会产生滤膜抖动，由此影响滤膜中采集颗粒物分布的均匀性，从而给最终测量结果带来不确定性；
2)气流通道靠近β射线源和β射线探测器，可能导致部分颗粒物残留在β射线源和β射线探测器等部位，导致测量结果不准确。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种基于β射线法的大气颗粒物检测装置，有效解决了滤膜抖动和颗粒物残留所带来的测量结果不准确的技术问题，从而提高检测结果的精准度。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种基于β射线法的大气颗粒物检测装置，包括壳体和设置于所述壳体内的滤纸带传送单元、多个进气单元、β射线检测单元、上导轨、下导轨、驱动单元和计算单元；
所述上导轨和所述下导轨平行设置于所述壳体内，所述滤纸带传送单元设置于所述上导轨和所述下导轨之间，所述进气单元设置于所述上导轨上方；
所述壳体顶部贯穿设置有多个第一进气孔，所述上导轨贯穿设置有与所述第一进气孔对应的多个第二进气孔；
所述进气单元包括升降组件、进气管道、设置于所述进气管道上的阀门和设置于所述进气管道下端部的喷嘴，所述进气管道的上端穿过对应的所述第一进气孔与外部的气源连接，所述升降组件用于使所述进气管道的下端位于所述上导轨的上方或穿过对应的所述第二进气孔并带动所述喷嘴压紧滤纸带的测量区域；
所述β射线检测单元包括相对设置于所述上导轨上的β射线源和设置于所述下导轨上的β射线探测器；
所述驱动单元用于驱动所述β射线源和所述β射线探测器移动至所述滤纸带上不同的所述测量区域的上下两端；
所述计算单元用于获取所述β射线探测器在不同的所述测量区域的测量结果，输出大气颗粒物检测结果。
本发明所述的基于β射线法的大气颗粒物检测装置，其进气管道为直管结构，减少气流中的颗粒物在管道中残留；气流通过滤纸带后直至检测结束，滤纸带不发生移动，降低传送过程中抖动带来的颗粒物分布不均问题；β射线源和β射线探测器可移动，与进气通道分离，不会导致颗粒物残留。通过解决上述技术问题，综合提高了大气颗粒物的检测精度。
进一步地，所述升降组件包括定位板和液压杆，所述液压杆的上端固定于所述壳体的顶部，所述液压杆的下端与所述定位板固定连接，所述进气管道穿过所述定位板并与所述定位板固定连接。
升降组件可使得进气管道在不需要采集气体时上升至β射线源上方，而不阻挡β射线源的滑动路径，保证β射线源可滑动至测量区域上方，对测量区域的大气颗粒物进行检测。
进一步地，所述进气管道包括相互套设并可相对移动的第一进气管道和第二进气管道，所述第一进气管道穿过第一进气孔与外部的气源连接，所述第二进气管道与所述定位板固定连接。
套设管道的设置，可使得所述第二进气管道在所述壳体内部升降时，所述第一进气管道保持固定，减少第一进气管道与气源相对移动带来的干扰和误差。
进一步地，第一进气管道的外径小于第二进气管道内径。待检测气体由第一进气管道进入第二进气管道时不会残留颗粒物。
进一步地，所述驱动单元包括第一驱动单元和第二驱动单元，所述第一驱动单元用于驱动所述β射线源移动至所述滤纸带上不同的所述测量区域的上端，所述第二驱动单元用于驱动所述β射线探测器移动至所述滤纸带上不同的所述测量区域的下端。
进一步地，所述第一驱动单元包括第一电机和第一丝杆，所述第一电机通过所述第一丝杆与所述β射线源连接，当所述第一电机带动所述第一丝杆旋转时，所述第一丝杆带动所述β射线源沿所述上导轨前后移动，以驱动所述β射线源在水平方向往复移动。
进一步地，所述第二驱动单元包括第二电机和第二丝杆，所述第二电机通过所述第二丝杆与所述β射线探测器连接，当所述第二电机带动所述第二丝杆旋转时，所述第二丝杆带动所述β射线探测器沿所述下导轨前后移动，以驱动所述β射线探测器在水平方向往复移动。
进一步地，所述计算单元为计算机。
所述计算机获取所述β射线探测器在不同的所述测量区域的测量结果后，根据预设算法对所述测量结果进行计算，并输出大气颗粒物检测结果。
进一步地，所述进气单元的数量为3个。
根据进气单元和检测单元的不同位置状态，可将3个进气单元及对应测量区域分为动态循环的采样模式、待检模式和检测模式。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的基于β射线法的大气颗粒物检测装置的结构示意图；
图2为本发明的一个实施例的基于β射线法的大气颗粒物检测装置的壳体俯视图；
图3为本发明的一个实施例的基于β射线法的大气颗粒物检测装置的上导轨的俯视图。
图中：1-壳体，11-第一进气孔，2-滤纸带，3-进气单元，31-进气管道，32-阀门，33-喷嘴，34-定位板，35-液压杆，4-β射线检测单元，41-β射线源，42-β射线探测器，51-上导轨，52-下导轨，511-第二进气孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以是直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
下面给出几个具体的实施例，用于详细介绍本申请的技术方案。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
针对背景技术中的技术问题，本发明提供一种基于β射线法的大气颗粒物检测装置，采用直管进气结构，气流通过滤纸带时β射线源和β射线探测器移动到远端，采样完毕至检测结束滤纸带均保持静止，能够有效提高大气颗粒物含量的检测精度。
如图1-3所示，图1是本发明的一个实施例的基于β射线法的大气颗粒物检测装置的结构示意图，图2为本发明的一个实施例的基于β射线法的大气颗粒物检测装置的壳体的俯视图，图3为本发明的一个实施例的基于β射线法的大气颗粒物检测装置的上导轨的俯视图。本发明的基于β射线法的大气颗粒物检测装置包括壳体1、设置于壳体内的滤纸带传送单元2、多个进气单元3、β射线检测单元4、上导轨51、下导轨52、驱动单元和计算单元，在图中，以进气单元3的数量为3个进行举例说明。
上导轨51和下导轨52平行设置于壳体1内，滤纸带传送单元设置于上导轨51和下导轨52之间，进气单元设置于上导轨51上方。
壳体1顶部贯穿设置有多个第一进气孔11，上导轨51贯穿设置有与第一进气孔11对应的多个第二进气孔511。
进气单元3包括升降组件35、进气管道31、设置于所述进气管道31上的阀门32和设置于所述进气管道下端部的喷嘴33，进气管道31的上端穿过对应的第一进气孔11与外部的气源连接，升降组件用于使进气管道31的下端位于上导轨51的上方或穿过对应的第二进气孔511并带动喷嘴32压紧滤纸带2的测量区域。其中，滤纸带的测量区域是指位于进气管道31正下方的滤纸的区域。
β射线检测单元4包括相对设置于上导轨51上β射线源41和设置于下导轨52上的β射线探测器42，β射线探测器42探测β射线源41的β射线强度的变化，计算得到测量区域内残留的大气颗粒物的含量。
驱动单元(图中未画出)用于驱动β射线源41和β射线探测器42同步移动至滤纸带2上不同的测量区域的上下两端，从而β射线源41和β射线探测器42可以检测滤纸带的不同测量区域的颗粒物浓度。
计算单元(图中未画出)用于获取所述β射线探测器42在不同的测量区域的测量结果，并根据预设的算法计算后，输出大气颗粒物检测结果，其中，预设的算法可以是取不同测量区域的测量结果的平均值，或者是取特定值、最大值、最小值等。
在一个优选的实施例中，升降组件包括定位板34和液压杆35，液压杆35的上端固定于壳体1的顶部，液压杆35的下端与定位板34固定连接，进气管道31穿过定位板34并与定位板34固定连接。
在另一个优选的实施例中，驱动单元包括第一驱动单元和第二驱动单元，第一驱动单元用于驱动β射线源41移动至滤纸带2上不同的测量区域的上端，第二驱动单元用于所述β射线探测器42移动至所述滤纸带2上不同的测量区域的下端。
第一驱动单元具体可以包括第一电机和第一丝杆，第一电机通过第一丝杆与β射线源41连接，当第一电机带动第一丝杆旋转时，第一丝杆带动β射线源41沿上导轨51前后移动，以驱动β射线源41在水平方向往复移动。
第二驱动单元具体可以包括第二电机和第二丝杆，第二电机通过第二丝杆与β射线探测器42连接，当第二电机带动第二丝杆旋转时，第二丝杆带动β射线探测器42沿所述下导轨52前后移动，以驱动β射线探测器42在水平方向往复移动。
在一个具体的实施例中，以任一进气单元为例，本发明提供的一种基于β射线法的大气颗粒物在线监测装置的检测过程如下：
1)采样模式：液压杆35控制定位板34下降，带动进气管道31穿过上导轨51下降至一定位置，喷嘴33压紧滤纸带2，阀门32打开，气流穿过滤纸带2并在滤纸带2上对应的测量区域形成待检测的颗粒物，阀门32关闭。
2)待检模式：液压杆35控制定位板34上升，带动进气管道31上升至上导轨51上方。
3)检测模式：第一电机带动第一丝杆旋转，进而带动β射线源41沿上导轨51水平移动至上述的测量区域正上方；第二电机带动第二丝杆旋转，进而带动β射线探测器42沿下导轨52水平移动至测量区域正下方。β射线源41充分对上述的测量区域照射，β射线探测器42对透过测量区域的β射线进行检测，得到该测量区域的颗粒物检测结果。
本申请实施例中，检测单元在多个进气单元及其对应的测量区域之间往复移动，得到不同测量区域的颗粒物检测结果，从而减小了测量误差。
一个优选实施例中，计算单元为计算机，计算机获取多个测量区域的β射线的损失值，通过预设的算法计算测量区域内的颗粒物含量，并取平均值减小误差，提高检测结果的精确性。
在一个实施例中，进气管道31包括相互套设并可相对移动的第一进气管道和第二进气管道，所述第一进气管道穿过第一进气孔与外部的气源连接，所述第二进气管道与所述定位板固定连接。
在液压杆35和定位板34带动第二进气管道升降时，第一进气管道保持固定，减少第一进气管道与气源相对移动带来的干扰和误差。
在另一个优选实施例中，第一进气管道的外径小于第二进气管道内径，保证待检测气体由第一进气管道进入第二进气管道时不会残留颗粒物。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于β射线法的大气颗粒物检测装置，其特征在于：
包括壳体和设置于所述壳体内的滤纸带传送单元、多个进气单元、β射线检测单元、上导轨、下导轨、驱动单元和计算单元；
所述上导轨和所述下导轨平行设置于所述壳体内，所述滤纸带传送单元设置于所述上导轨和所述下导轨之间，所述进气单元设置于所述上导轨上方；
所述壳体顶部贯穿设置有多个第一进气孔，所述上导轨贯穿设置有与所述第一进气孔对应的多个第二进气孔；
所述进气单元包括升降组件、进气管道、设置于所述进气管道上的阀门和设置于所述进气管道下端部的喷嘴，所述进气管道的上端穿过对应的所述第一进气孔与外部的气源连接，所述升降组件用于使所述进气管道的下端位于所述上导轨的上方或穿过对应的所述第二进气孔并带动所述喷嘴压紧滤纸带的测量区域；
所述β射线检测单元包括相对设置于所述上导轨上的β射线源和设置于所述下导轨上的β射线探测器；
所述驱动单元用于驱动所述β射线源和所述β射线探测器移动至所述滤纸带上不同的所述测量区域的上下两端；
所述计算单元用于获取所述β射线探测器在不同的所述测量区域的测量结果，输出大气颗粒物检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于β射线法的大气颗粒物检测装置，其特征在于：
所述升降组件包括定位板和液压杆，所述液压杆的上端固定于所述壳体的顶部，所述液压杆的下端与所述定位板固定连接，所述进气管道穿过所述定位板并与所述定位板固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于β射线法的大气颗粒物检测装置，其特征在于：
所述进气管道包括相互套设并可相对移动的第一进气管道和第二进气管道，所述第一进气管道穿过第一进气孔与外部的气源连接，所述第二进气管道与所述定位板固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于β射线法的大气颗粒物检测装置，其特征在于：
所述第一进气管道的外径小于所述第二进气管道内径。
5.根据权利要求1所述的一种基于β射线法的大气颗粒物检测装置，其特征在于：
所述驱动单元包括第一驱动单元和第二驱动单元，所述第一驱动单元用于驱动所述β射线源移动至所述滤纸带上不同的所述测量区域的上端，所述第二驱动单元用于驱动所述β射线探测器移动至所述滤纸带上不同的所述测量区域的下端。
6.根据权利要求5所述的一种基于β射线法的大气颗粒物检测装置，其特征在于：
所述第一驱动单元包括第一电机和第一丝杆，所述第一电机通过所述第一丝杆与所述β射线源连接，当所述第一电机带动所述第一丝杆旋转时，所述第一丝杆带动所述β射线源沿所述上导轨前后移动，以驱动所述β射线源在水平方向往复移动。
7.根据权利要求5所述的一种基于β射线法的大气颗粒物检测装置，其特征在于：
所述第二驱动单元包括第二电机和第二丝杆，所述第二电机通过所述第二丝杆与所述β射线探测器连接，当所述第二电机带动所述第二丝杆旋转时，所述第二丝杆带动所述β射线探测器沿所述下导轨前后移动，以驱动所述β射线探测器在水平方向往复移动。
8.根据权利要求1所述的一种基于β射线法的大气颗粒物检测装置，其特征在于：
所述计算单元为计算机。
9.根据权利要求1所述的一种基于β射线法的大气颗粒物检测装置，其特征在于：
所述进气单元的数量为3个。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116858737A (zh) * 2023-07-03 2023-10-10 中国矿业大学 一种粉尘中元素成分及质量浓度在线实时检测装置及方法

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