CN104502551A - 测量空气中可吸入颗粒物的在线监测*** - Google Patents

Abstract

本发明为了对可吸入颗粒物按照其微粒的体积进行计量和统计，提供了一种测量空气中可吸入颗粒物的在线监测***，包括空气样本采集单元、空气样本液化单元、酸碱度检测单元、吹风单元、一次计数单元、电离室、二次计数单元以及报警信息显示单元。通过酸碱度检测单元能够获得目前的空气质量是否达到必要的安全指标，并且通过图像处理法和电场偏离法得到了更加准确和全面的可吸入颗粒物指标，在报警显示单元上能够更加全面地显示出空气污染的第一手资料，有利于更准确地获得可吸入颗粒物的浓度信息，为人们的生产和日常生活提供可靠的出行参考。

Description

测量空气中可吸入颗粒物的在线监测***

技术领域

本发明涉及大气质量监测技术领域，更具体地，涉及一种测量空气中可吸入颗粒物的在线监测***。

背景技术

大气可吸入颗粒物对人类健康影响显著，特别是可以进入肺泡的空气动力学直径小于2.5微米(PM2.5)的大气可吸入颗粒物对人类可造成呼吸道疾病，肺功能损伤等危害。为了正确检测大气中可吸入颗粒物的浓度，近年来人们发明创造了多种检测方法和检测设备，其中包括传统经典的滤膜称重法：该方法以规定的流量采样，将空气中的颗粒物捕集于具有一定直径孔隙率的滤膜上，然后通过称量滤膜采样前后的质量，由其质量差求得捕集的大气颗粒物的质量，最后将这一质量与采样空气体积之比即为大气颗粒物的质量浓度。这种方法是目前国家标准方法。

随着科技进步，出现了许多新的现场实时检测方法和仪器，比较典型的代表是1)光散射法：该方法的基本原理是用一个激光光源发出的光照射至被测颗粒物上引起光散射，在一定的方向上用光电转换元件接收散射光的信号，包括散射光次数和光强。检测到的散射光的次数表示粒子数，光强信号代表粒子的大小(直径)。该方法可直接得到粒子数，但要通过统计计算换算成质量浓度。2)β射线吸收法：它是利用C14放射源放射出的β射线照射介质时被吸收导致其强度衰减的原理设计的。β射线法可间接获得可吸入颗粒物的质量浓度。3)微量振荡天平法：在以一定频率振动的锥形元件(TEOM)振荡天平顶端安装了一个可以更换的滤膜圆盘,当被采集的空气通过滤膜时,颗粒物沉积在滤膜上,随着滤膜重量增加,TEOM的振荡频率降低,通过频率变化可计算出单位时间内沉积到滤膜上颗粒质量.再根据采样流量,采样现场，空气温度和气压计算出这段时间内所采空气的标态体积,而得到颗粒物质量浓度。

滤膜称重法原理简单，测定数据可靠，为国家现行的标准方法，能够直接测得大气可吸入颗粒物的质量浓度。但在测定过程中，存在操作较复杂、费时、设备比较多等缺点，另外，不能立即显示测试结果，需要经过称重和计算等步骤。光散射法虽然能够实现在线、快速检测，但这种技术本身检测到的信号主要含有粒子数和粒子大小信息，而不含有颗粒物的质量信息，要得到大气可吸入颗粒物的质量浓度需要通过进一步实验得到被测颗粒物的密度，从而增加了测量的复杂度。β射线吸收法输出信号比较复杂，需要专业的人士才能较好地操作。

发明内容

本发明所要解决的问题是如何对可吸入颗粒物按照其微粒的体积进行计量和统计。为此，本发明提供了如下的技术方案：

一种测量空气中可吸入颗粒物的在线监测***，包括空气样本采集单元、空气样本液化单元、酸碱度检测单元、吹风单元、一次计数单元、电离室、二次计数单元以及报警信息显示单元，所述空气样本采集单元包括第一储气罐、第二储气罐和第三储气罐，用于获取预定体积的可能含有可吸入颗粒物的空气，所述空气样本液化单元用于对第一储气罐排出的气体进行液化，所述酸碱度检测单元包括酸碱度检测电极，用于测量空气样本液化后的酸碱度，提供给报警信息显示单元，所述吹风单元用于把第二储气罐中的空气样本送入一次计数单元，所述一次计数单元包括成像单元，用于通过图像处理的方式对空气样本中的可吸入颗粒物的数量进行检测，所述电离室用于使第三储气罐送出的空气样本中的可吸入颗粒带电，所述二次计数单元包括静电场和静电计，用于得到发生偏转并到达静电计的电极板的带电可吸入颗粒物产生的电量值，并将该电量值发送到报警信息显示单元。

进一步地，所述空气样本液化单元包括温度调整装置和空气压缩设备。

进一步地，所述酸碱度检测单元包括Pt电极和YSZ电极。

进一步地，所述的三个储气罐的体积相同。

进一步地，所述的吹风单元通过惰性气体将储气罐中的空气样本送入一次计数单元。

进一步地，所述一次计数单元还包括一个“Z”形气道，空气样本在惰性气体的吹送下依次经过分别位于“Z”形气道的两个转折位置设置的两块成像底板，成像单元位于成像底板的背面，该一次计数单元还包括计数装置，该计数装置对经过预定时间后的两个成像底板的成像进行暗点计数。

进一步地，所述电离室包括紫外光源、银网以及腔体，所述紫外光源发出紫外光光线照射银网，从而产生银离子，银离子与进入腔体的空气样本中的各种微粒结合，使得可吸入颗粒物带电。

进一步地，所述在线监测***还包括空气净化设备，用于对在线监测***排出的气体进行净化，并将净化后的气体排出到大气中。

本发明的有益效果是：通过酸碱度检测单元能够获得目前的空气质量是否达到必要的安全指标，并且通过图像处理法和电场偏离法得到了更加准确和全面的可吸入颗粒物指标，在报警显示单元上能够更加全面地显示出空气污染的第一手资料，有利于更准确地获得可吸入颗粒物的浓度信息，为人们的生产和日常生活提供可靠的出行参考。

附图说明

图1示出了本发明的测量空气中可吸入颗粒物的在线监测***的结构框图；

图2示出了本发明的一次计数单元的剖面图。

具体实施方式

一种测量空气中可吸入颗粒物的在线监测***，包括空气样本采集单元11、空气样本液化单元12、酸碱度检测单元15、吹风单元13、一次计数单元16、电离室14、二次计数单元17以及报警信息显示单元18。如图1所示。空气样本采集单元11的排出端分别与空气样本液化单元12、吹风单元13和电离室14相连接。空气样本液化单元12与酸碱度检测单元15相连接，吹风单元13的出口与一次计数单元16相连接，电离室14的出口与二次计数单元17连接。酸碱度检测单元15、一次计数单元16和二次计数单元17检测得到的信号分别输出到报警信息显示单元18。所述在线监测***还包括空气净化设备19，酸碱度检测单元15、一次计数单元16和二次计数单元17排出的气体均连接到空气净化设备19，参见图1中的虚线箭头，用于对在线监测***排出的气体进行净化，并将净化后的气体排出到大气中，避免污染大气。该空气净化设备19中，酸碱度检测单元15、一次计数单元16和二次计数单元17排出的气体依次经过高效空气滤网过滤杂质，使直径在0.1微米以上(含)的杂质过滤率达到99％；通过活性炭滤网过滤甲醛、苯、氨气等有害气体，过滤率≥99.8％；通过紫外线杀菌器发射的波长320到360mm的紫外线使杀菌率≥98％。

所述空气样本采集单元11包括第一储气罐、第二储气罐和第三储气罐，用于获取预定体积的可能含有可吸入颗粒物的空气，这三个储气罐的体积相同，都具有进气口和排气口。储气罐不对空气进行任何过滤和温度、湿度等处理。优选地，这三个储气罐均使用一次性的储气气囊。这种气囊可以采用内表面光滑的玻璃或塑料材料制成。气囊的形状优选为管状或圆柱体，进气口旁边设置有惰性气体进气口，用于在排出气囊内的空气样本时，吹送尽可能多的空气样本到气囊的排气口。

所述空气样本液化单元12用于对第一储气罐排出的气体进行液化。第一储气罐排出的空气进入空气压缩机，并在200pa空气压缩机的压缩下实现液化。液态空气进入空气冷却设备中，经过液氮换热器降温。在该空气样本液化单元12与酸碱度检测单元15之间，还包括蒸馏水添加入口，通过该入口向酸碱度检测单元15加入蒸馏水。

所述酸碱度检测单元15包括酸碱度检测电极，包括Pt电极和YSZ电极，根据电位势测量法测量空气样本液化后的酸碱度。该酸碱度被接下来提供给报警信息显示单元18。

所述吹风单元13通过氩气或氖气把第二储气罐中的空气样本送入一次计数单元16。因此，优选地，吹风单元13的进气口具有氩气气罐或氖气气罐的输出口。

所述一次计数单元16的结构如图2所示，还包括一个“Z”形气道，空气样本在惰性气体的吹送下依次经过分别位于“Z”形气道的两个转折位置设置的两块成像底板21，22，成像单元31，32位于成像底板21，22的背面，该一次计数单元16还包括计数装置，该计数装置对经过预定时间后的两个成像底板21，22的成像进行暗点计数。计数值等于两块成像底板21，22上的暗点总数之和的一半。

电离室14的进气口从第三储气罐获得空气样本，且该电离室14包括紫外光源、银网以及腔体，所述紫外光源发出紫外光光线照射银网，从而产生银离子，银离子与进入腔体的空气样本中的各种微粒结合，使得可吸入颗粒物带电。申请人在这一步骤中创造性地借用了IMS产生电离的原理并将其应用到解决可吸入颗粒物进入电场前使之带电的技术问题，相比通过电场等方式，极大地提高了可吸入颗粒物带电的效果，取得了意料不到的技术效果。

所述二次计数单元17包括静电场和静电计，用于得到发生偏转并到达静电计的电极板的带电可吸入颗粒物产生的电量值，并将该电量值发送到报警信息显示单元18。

报警显示单元包括报警器、显示屏、AD器件和控制单元，该控制单元包括处理器，例如MCU或DSP，用于驱动报警器和显示屏，AD器件对来自酸碱度检测单元15、一次计数单元16和二次计数单元17检测得到的信号的进行AD转换。报警器包括声报警器和振动报警器。经过AD转换的信息被按照预定的格式发送到显示屏上进行显示，并且当AD转换的信息超过预定的阈值时，报警器发出报警信号。作为本发明的优选实施例，检测得到的可吸入颗粒物的浓度等于一次计数单元16和二次计数单元17检测得到的信号的平均值。

这里的原理与静电场内带电体发生偏转的原理相同，在此不再给出附图和解释。

虽然以上仅描述了本发明的具体实施方式范例，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更或修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种测量空气中可吸入颗粒物的在线监测***，其特征在于，包括空气样本采集单元、空气样本液化单元、酸碱度检测单元、吹风单元、一次计数单元、电离室、二次计数单元以及报警信息显示单元，所述空气样本采集单元包括第一储气罐、第二储气罐和第三储气罐，用于获取预定体积的可能含有可吸入颗粒物的空气，所述空气样本液化单元用于对第一储气罐排出的气体进行液化，所述酸碱度检测单元包括酸碱度检测电极，用于测量空气样本液化后的酸碱度，提供给报警信息显示单元，所述吹风单元用于把第二储气罐中的空气样本送入一次计数单元，所述一次计数单元包括成像单元，用于通过图像处理的方式对空气样本中的可吸入颗粒物的数量进行检测，所述电离室用于使第三储气罐送出的空气样本中的可吸入颗粒带电，所述二次计数单元包括静电场和静电计，用于得到发生偏转并到达静电计的电极板的带电可吸入颗粒物产生的电量值，并将该电量值发送到报警信息显示单元。

2.根据权利要求1的在线监测***，其特征在于，所述空气样本液化单元包括温度调整装置和空气压缩设备。

3.根据权利要求1的在线监测***，其特征在于，所述酸碱度检测单元包括Pt电极和YSZ电极。

4.根据权利要求1的在线监测***，其特征在于，所述的三个储气罐的体积相同。

5.根据权利要求1的在线监测***，其特征在于，所述的吹风单元通过惰性气体将储气罐中的空气样本送入一次计数单元。

6.根据权利要求1的在线监测***，其特征在于，所述一次计数单元还包括一个“Z”形气道，空气样本在惰性气体的吹送下依次经过分别位于“Z”形气道的两个转折位置设置的两块成像底板，成像单元位于成像底板的背面，该一次计数单元还包括计数装置，该计数装置对经过预定时间后的两个成像底板的成像进行暗点计数。

7.根据权利要求1的在线监测***，其特征在于，所述电离室包括紫外光源、银网以及腔体，所述紫外光源发出紫外光光线照射银网，从而产生银离子，银离子与进入腔体的空气样本中的各种微粒结合，使得可吸入颗粒物带电。

8.根据权利要求1的在线监测***，其特征在于，所述在线监测***还包括空气净化设备，用于对在线监测***排出的气体进行净化，并将净化后的气体排出到大气中。