CN114965196A - 一种β射线法与激光法相结合的大气颗粒物监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种β射线法与激光法相结合的大气颗粒物监测装置，本发明的大气颗粒物监测装置包括，箱体，箱体内部通过隔板分为上检测箱和下气泵箱；β射线检测单元，β射线检测单元设置于上检测箱内；激光检测单元，激光检测单元设置于β射线检测单元一侧；采样单元，采样单元设置于箱体上方，采样单元通过导气管与激光检测单元和β射线检测单元连通；气泵，气泵设置于下气泵箱，气泵通过第一进气管与激光检测单元和β射线检测单元连通。本发明所述的大气颗粒物监测装置可同时得出大气颗粒物的小时数据和瞬时数据，提高了检测精度。

Description

一种β射线法与激光法相结合的大气颗粒物监测装置

技术领域

本发明涉及大气颗粒物检测器技术领域，特别是涉及一种β射线法与激光法相结合的大气颗粒物监测装置。

背景技术

大气颗粒物中含有的大量有害物质及微生物会危害人类健康，世界大多数发达国家都对大气中颗粒物进行检测以了解空气污染的情况。现有的监测大气颗粒物质量浓度的仪器有多种实现原理，包括重量法、微量振荡天平法、β射线法和光散射法等。重量法是所有监测颗粒物浓度中最直接、最可靠的方法，它的问题是测量速度太慢：采一个数据要至少几个小时。这种方法是无法进行在线即时测量的。微量振荡天平法的监测数据相比重量法有季节性差异，夏、秋两季振荡天平法监测的质量浓度高于重量法，冬、春两季则相反。

而在很多颗粒物浓度测量的场合，需要仪器能同时输出小时数据和瞬时数据，现有的β射线法只能出具小时数据，而对瞬时数据的测量并不准确。

发明内容

基于此，本发明提供了一种β射线法与激光法相结合的大气颗粒物监测装置通过结合β射线法和激光法，同时得出大气颗粒物的小时数据和瞬时数据，提高了检测精度。

本发明提供了一种β射线法与激光法相结合的大气颗粒物监测装置包括箱体，所述箱体内部通过隔板分为上检测箱和下气泵箱；β射线检测单元，所述β射线检测单元设置于所述上检测箱内；激光检测单元，所述激光检测单元设置于所述β射线检测单元一侧；采样单元，所述采样单元设置于所述箱体上方，所述采样单元通过导气管与所述激光检测单元和所述β射线检测单元连通；气泵，所述气泵设置于所述下气泵箱，所述气泵通过第一进气管与所述激光检测单元和所述β射线检测单元连通。

通过采样组件采集待测空气，随后经过气泵使被测空气流经β射线检测单元和激光检测单元，同时对空气中的颗粒物进行瞬时检测和小时检测，提高了检测精度。

可选的，所述β射线检测单元包括上气道座、下气道座和滤纸夹持组件，所述滤纸夹持组件设置于所述上气道座和所述下气道座之间；

所述上气道座、所述滤纸夹持组件与所述下气道座的内腔形成气道，所述上气道座上设置有与所述气道连通的第二进气管，所述下气道座上设置有与所述气道连通的第一出气管；

所述第二进气管与采样组件伸入至机箱内的导气管连通，所述第一出气管与所述气泵上的第一进气管连通。

上气道座、滤纸夹持组件与下气道座的内腔形成气道，待测空气经由第二进气管流经气道内的滤纸夹持组件后沿第一出气管流出，对流过滤纸夹持组件的待测空气进行检测。

可选的，所述滤纸夹持组件包括连接柱和相互叠加设置的第一固定环与第二固定环，所述第一固定环和所述第二固定之间形成用于安装滤纸的容置空间；

所述第一固定环和所述第二固环通过连接柱固定。

由于第一固定环和第二固定环相互叠加设置，并且通过连接柱连接，第一固定环和第二固定环之间夹设有滤纸，当滤纸夹持组件安装于上气道座和下气道座之间时，空气通过气道流经滤纸夹持组件上的滤纸，滤纸过滤空气中的颗粒物，用于进行采样和检测。

可选的，所述β射线检测单元还包括β射线发射器和β射线分析器，所述β射线发射器设置于所述上气道座的上方，所述β射线分析器设置于所述下气道座的下方；

所述β射线发射器和所述β射线分析器设置于同一轴线上，所述轴线与所述滤纸夹持组件的设置平面垂直。

由于β射线发射器和β射线分析器设置于同一轴线上，且所述轴线与所述滤纸夹持组件的设置平面垂直，当β射线发射器发射的β射线穿过滤纸后，由β射线分析器分析β射线的衰减程度，从而实现颗粒物浓度检测。

可选的，所述下气道座上设置有温度控制器，所述温度控制器包括第一加热单元和温度感应单元。所述温度控制器用于保持测试环境的恒温状态。

由于β射线检测法需要在一定温度下恒温工作，温度控制器用于保持测试环境的恒温状态。

可选的，所述激光检测单元包括：测量腔室、激光光源发生器、第一聚焦透镜、光陷阱、第二聚焦透镜和激光探测器；所述激光光源发生器和所述激光探测器相对设置在所述测量腔室的两端，所述第一聚焦透镜设置于靠近所述激光光源发生器一侧，所述光陷阱设置于所述第一聚焦透镜的正前方，两组所述第二聚焦透镜分别设置于所述光陷阱的两侧。

由激光光源发生器发射光源，通过第一聚焦透镜聚集光线，穿过被测空气后，经由光陷阱后，被两组第二聚焦透镜汇聚后到达激光探测器，分析光线的散射程度，从而完成颗粒物的检测。

可选的，所述测量腔室的进气口和出气口设置于所述测量腔室的上下两侧，所述进气口和所述出气口之间的工作区域位于所述第一聚焦透镜和所述第二聚焦透镜之间，且所述工作区域位于所述光陷阱的正前方和所述第一组第二聚焦透镜的焦平面上，所述激光探测器位于所述第二组第二聚焦透镜的焦平面上。

将待测空气由进气口导入测量腔室内，使得待测空气处于第一聚焦透镜和第二聚焦透镜之间，对激光光源发生器发出的光线进行散射，经由第二聚焦透镜汇聚后到达激光探测器，完成颗粒物的检测。

可选的，还包括第三进气管、第二出气管和加热单元，所述测量腔室的进气口通过所述第三进气管与所述采样组件伸入所述机壳内的导气管连通，所述出气口通过所述第二出气管与所述气泵的第一进气管连通，所述加热单元设置于所述第三进气管的外壁。

通过采样组件采集的空气样品由第三进气管流入测量腔室内，通过第三进气管的外壁上的加热单元加热空气，保证测量准确性，随后经由第二出气管流出。

可选的，所述采样组件包括采样头和颗粒物切割器，所述颗粒物切割器通过导气管连通所述箱体内部，所述采样头设置于所述颗粒物切割器上方，并通过导气管与所述颗粒物切割器连通。

采样组件中的颗粒物切割器可以有效的筛选颗粒物，从而对不同粒径的颗粒物进行检测。

可选的，所述流量计和所述流量控制阀设置于所述第一进气管上。

流量控制阀和流量计可以对流经两个检测组件的气体流量及流速进行控制，保证测试精度。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明的技术方案。

附图说明

图1为本发明一个实施例中的大气颗粒物监测装置示意图；

图2为本发明一个实施例中β射线检测单元示意图；

图3为本发明一个实施例中滤纸夹持组件示意图；

图4为本发明一个实施例中激光检测单元示意图。

附图标记：1-箱体；101-上检测箱；102-下气泵箱；2-β射线检测单元；201-上气道座；202-下气道座；203-滤纸夹持组件；2031-第一固定环；2032-第二固定环；2033-连接柱；204-第二进气管；205-第一出气管；206-β射线发射器；207-β射线分析器；208-温度控制器；3-激光检测单元；301-测量腔室；302-激光光源发生器；303-激光探测器；304-第一聚焦透镜；305-光陷阱；306-第二聚焦透镜；307-第三进气管；308-第二出气管；309-第二加热单元；4-采样组件；401-采样头；402-颗粒物切割器；5-气泵；501-流量控制阀；502-流量计；503-第一进气管；6-电路组件；7-控制面板。

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。

如图1所示，一实施例中的一种β射线法与激光法相结合的大气颗粒物监测装置，该大气颗粒物监测装置包括箱体1、β射线检测单元2、激光检测单元3、采样组件4和气泵5，箱体1内部通过隔板分为上检测箱101和下气泵箱102，β射线检测单元2设置于上检测箱101内部，激光检测单元3设置于β射线检测单元2的一侧，气泵5设置于下气泵箱102内部，采样组件4设置于箱体1上方，安装时，采样组件4通过导气管与箱体1内部的β射线检测单元2和激光检测单元3连通，气泵5通过第一进气管503与所述激光检测单元3和β射线检测单元2连接。

如图2所示，在一个实施例中，β射线检测单元2包括上气道座201和下气道座202，上气道座201和下气道座202之间形成气道，该气道内部设置有滤纸夹持组件203，优选地，在下气道座202上设置有温度控制器208，温度控制器208包括第一加热单元和温度感应单元，通过温度感应单元感应气道内的温度，从而控制第一加热单元的启动与停止，用以维持气道内温度恒定。

在上述实施例中，上气道座201上设置有第二进气管204，上气道座201内气道的进口端通过第二进气管204与采样组件4伸入至箱体1内的导气管连通，下气道座202上设置有第一出气管205，下气道座202内气道的出口端通过第一出气管205与所述气泵5上的第一进气管503连通。

优选地，在上气道座201的上方设置有β射线发射器206，在下气道座202的下方设置有β射线分析器207，β射线发射器207和β射线分析器208设置于同一轴线上，该轴线与滤纸夹持组件203的设置平面垂直，β射线发射器206发射的β射线通过气道穿过滤纸夹持组件203，到达β射线分析器207，由β射线分析器207分析β射线的衰减程度。

如图2和3所示，滤纸夹持组件203包括第一固定环2031、第二固定环2032和连接柱2033，第一固定环2031通过连接柱2033与第二固定环2032连接，第一固定环2031和第二固定环2032之间形成安装缝隙，该安装缝隙用于夹持滤纸，当滤纸安装于滤纸夹持组件203内部时，将滤纸夹持组件203安装于上气道座201和下气道座202之间，进行检测。在其他例子中，滤纸夹持组件203还可以是其他可以安装滤纸并保证滤纸可以被β射线穿过的其他结构。

如图4所示，在一个实施例中，激光检测单元3包括测量腔室301、激光光源发生器302、激光探测器303、第一聚焦透镜304、光陷阱305和第二聚焦透镜306，测量腔室301呈圆柱筒状结构，测量腔室301为不透光结构，用于保证测量准确性，激光光源发生器302和激光探测器303相对设置于测量腔室301的两端，在靠近激光光源发生器302侧设置第一聚焦透镜304，在第一聚焦透镜304的正前方设置有光陷阱305，在光陷阱305的两侧分别设置两组第二聚焦透镜306。

在上述实施例中，测量腔室301的上下两侧设置有进气口和出气口，进气口和出气口之间的工作区域位于第一聚焦透镜304和第二聚焦透镜306之间，优选地，该工作空间位于光陷阱305的正前方和第一组第二聚焦透镜306的焦平面上，激光探测器303位于第二组第二聚焦透镜306的焦平面上。

如图1和图4所示，在一个实施例中，测量腔室301的进气口处设置有第三进气管307，出气口处设置有第二出气管308，测量腔室301的进气口通过第三进气管307与采样组件4伸入所述箱体1内的导气管连通，出气口通过第二出气管308与气泵4的第一进气管403连通，在第三进气管307的外壁上还设置有加热单元309，加热单元309用于加热流入测量腔室301内的空气，从而保持测量的准确性。

如图1所示，在一个实施例中，采样组件4包括采样头401和颗粒物切割器402，采样头401设置于颗粒物切割器402的上方，并通过导气管与颗粒物切割器402连接，颗粒物切割器402用于过滤空气中不同粒径的颗粒物，将含有待测粒径颗粒物的空气通过导气管连接于上检测箱101内部，该导气管分别与第二进气管204和第三进气管307连通，将待测空气分别送入β射线检测组件2和激光检测组件3内完成检测。

如图1所示，在一个实施例中，气泵5通过第一进气管503，分别与β射线检测单元2和激光检测单元3连接，第一进气管503上设置有流量计502和流量控制阀501，从而控制吸入的空气流速，保证检测准确度。

在上述实施例中，箱体1的前方设置有箱门，该箱门与箱体1铰接，方便更换及维修，箱体1后方内侧设置有电路组件6，箱体1后方箱壁上设置有控制面板7，从而控制整个检测器工作。

当颗粒物检测装置开始检测之前，首先在滤纸夹持组件203内安装滤纸，并将滤纸夹持组件203安装于上气道座201和下气道座202之间，测量此时β射线穿过滤纸的衰减程度，作为初始值，随后开启气泵5，采样头401开始吸取空气，并将待测空气吸入颗粒物切割器402内，颗粒物切割器402过滤待测空气后将待测空气经由导气管导入上检测箱101内部，并分别进入β射线检测单元2和激光检测单元3内开始检测。

当待测空气通过第二进气管204进入上气道座201内部，待测空气通过上气道座201的气道，流过滤纸夹持组件203内的滤纸，滤纸过滤待测空气后，将颗粒物截留在滤纸上，过滤后的空气经由下气道座202的气道流入第一出气管205，随后经由第一进气管503流入气泵5，此时β射线发射器206向滤纸发射β射线，经由滤纸后到达β射线分析器207，通过分析β射线的衰减程度，得到小时颗粒物浓度数据。

当待测空气通过第三进气管307流入测量腔室301内时，待测空气充满测量腔室301的工作空间，此时激光光源发生器302发射激光，经由第一聚焦透镜304汇聚后射向工作空间内的待测空气，激光由于待测空气内的颗粒物发生散射，随后激光在光陷阱305处经由第二聚焦透镜306汇聚后射向激光探测器303，激光探测器303采集光信号后将其转化为带你信号穿出，通过分析激光散射情况得出瞬时颗粒物浓度数据，待测空气经由第二出气管308流出至第一进气管503，随后流入气泵。

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本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 (10)

1.一种β射线法与激光法相结合的大气颗粒物监测装置，其特征在于，包括：

箱体，所述箱体内部通过隔板分为上检测箱和下气泵箱；

β射线检测单元，所述β射线检测单元设置于所述上检测箱内；

激光检测单元，所述激光检测单元设置于所述β射线检测单元一侧；

采样单元，所述采样单元设置于所述箱体上方，所述采样单元通过导气管与所述激光检测单元和所述β射线检测单元连通；

气泵，所述气泵设置于所述下气泵箱，所述气泵通过第一进气管与所述激光检测单元和所述β射线检测单元连通。

2.根据权利要求1所述的一种β射线法与激光法相结合的大气颗粒物监测装置，其特征在于：

所述β射线检测单元包括上气道座、下气道座和滤纸夹持组件，所述滤纸夹持组件设置于所述上气道座和所述下气道座之间；

所述上气道座、所述滤纸夹持组件与所述下气道座的内腔形成气道，所述上气道座上设置有与所述气道连通的第二进气管，所述下气道座上设置有与所述气道连通的第一出气管；

所述第二进气管与采样组件伸入至机箱内的导气管连通，所述第一出气管与所述气泵上的第一进气管连通。

3.根据权利要求2所述的一种β射线法与激光法相结合的大气颗粒物监测装置，其特征在于：

所述滤纸夹持组件包括连接柱和相互叠加设置的第一固定环与第二固定环，所述第一固定环和所述第二固定之间形成用于安装滤纸的容置空间；

所述第一固定环和所述第二固环通过连接柱固定。

4.根据权利要求2所述的一种β射线法与激光法相结合的大气颗粒物监测装置，其特征在于：

所述β射线检测单元还包括β射线发射器和β射线分析器，所述β射线发射器设置于所述上气道座的上方，所述β射线分析器设置于所述下气道座的下方；

所述β射线发射器和所述β射线分析器设置于同一轴线上，所述轴线与所述滤纸夹持组件的设置平面垂直。

5.根据权利要求4所述的一种β射线法与激光法相结合的大气颗粒物监测装置，其特征在于：

所述下气道座上设置有温度控制器，所述温度控制器包括第一加热单元和温度感应单元。所述温度控制器用于保持测试环境的恒温状态。

6.根据权利要求1所述的一种β射线法与激光法相结合的大气颗粒物监测装置，其特征在于，所述激光检测单元包括：

测量腔室、激光光源发生器、第一聚焦透镜、光陷阱、第二聚焦透镜和激光探测器；

所述激光光源发生器和所述激光探测器相对设置在所述测量腔室的两端，所述第一聚焦透镜设置于靠近所述激光光源发生器一侧，所述光陷阱设置于所述第一聚焦透镜的正前方，两组所述第二聚焦透镜分别设置于所述光陷阱的两侧。

7.根据权利要求6所述的一种β射线法与激光法相结合的大气颗粒物监测装置，其特征在于：

所述测量腔室的进气口和出气口设置于所述测量腔室的上下两侧，所述进气口和所述出气口之间的工作区域位于所述第一聚焦透镜和所述第二聚焦透镜之间，且所述工作区域位于所述光陷阱的正前方和所述第一组第二聚焦透镜的焦平面上，所述激光探测器位于所述第二组第二聚焦透镜的焦平面上。

8.根据权利要求6所述的一种β射线法与激光法相结合的大气颗粒物监测装置，其特征在于：

所述测量腔室还包括第三进气管、第二出气管和第二加热单元，所述测量腔室的进气口通过所述第三进气管与所述采样组件伸入所述机壳内的导气管连通，所述出气口通过所述第二出气管与所述气泵的第一进气管连通，所述第二加热单元设置于所述第三进气管的外壁。

9.根据权利要求1所述的一种β射线法与激光法相结合的大气颗粒物监测装置，其特征在于：

所述采样组件包括采样头和颗粒物切割器，所述颗粒物切割器通过导气管连通所述箱体内部，所述采样头设置于所述颗粒物切割器上方，并通过导气管与所述颗粒物切割器连通。

10.根据权利要求1所述的一种β射线法与激光法相结合的大气颗粒物监测装置，其特征在于：

所述气泵还包括流量计和流量控制阀，所述流量计和所述流量控制阀设置于所述第一进气管上。

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