β射線法在大氣顆粒物檢測中的應用

王禮鵬，　單啟兵，　唐　振

(安徽水利水電職業技術學院，安徽 合肥　231603)

β射線法在大氣顆粒物檢測中的應用

王禮鵬，單啟兵，唐振

(安徽水利水電職業技術學院，安徽 合肥231603)

摘要:介紹了國家標準中大氣檢測中顆粒物的檢測方法和β射線法的實際應用，其中包括采樣、流量、計數模塊在檢測中的應用，β射線吸收法的可靠性、安全性應用，AQMS數據平臺在此項目中的應用。

關鍵詞:顆粒物檢測；β射線法；大氣檢測；顆粒物實時數據

0引言

近年來,我國城市局地性霧霾天氣頻發,特別是入冬以來全國范圍內霧霾頻發,且持續時間長,影響交通、危害人體安全、對人們的生活帶來較大影響。霧霾天氣主要污染物為可吸入顆粒物PM10及細顆粒物PM2.5,可吸入顆粒物含量指標是衡量空氣質量好壞的重要指標之一。本文結合國內外相關企業多年環境與安全檢測儀器的開發經驗以及國內外用戶的最新需求,采用了β射線技術,提出大氣顆粒物檢測系統方案,對PM10/PM2.5進行監測并發布預警信息,為人們出行提供可參考依據。檢測及控制系統設計了如下功能:①β射線法檢測大氣顆粒物PM10/PM2.5;②平臺軟件SYLPH1.0 branch、SYLPH1.0 center的應用。

1β射線法

C14同位素放射物發射出具有很強穿透力的β粒子,當β粒子穿過一定厚度的吸收物質時,β粒子的強度隨吸收物質的厚度增加而逐漸減弱,稱為β吸收。當β粒子的射程遠大于吸收物質的厚度時,吸收近似滿足式(1)

(1)

其中,I0為濾帶沒有吸附吸收物質時的β粒子計數值;I為β射線穿過帶有吸收物質的濾帶的β粒子計數值;μm為質量吸收系數或質量衰減系數, cm2/mg;xm為質量厚度,mg/cm2。

式(1)也可表示為

(2)

測量時,抽氣泵以一定的流量抽取被測空氣,用空氣切割器篩選出空氣動力學粒徑小于10μm的顆粒進入儀器,并沉積在濾帶上,則測量得到的粉塵濃度按式(3)計算

(3)

其中,Q為流量, m3/h, Δt為采樣時間,h。A為濾帶上粉塵沉積區域面積,cm2。

2檢測系統硬件設計

2.1檢測系統控制方案

多組實驗最終確定的控制方案:①β射線法實時監測大氣中的顆粒物PM10/PM2.5;()現場各子站采用單獨數采系統,帶網絡接口,保證檢測數據實時傳輸;②網絡組態采用沿管線光纖環網敷設,每個站點均配置UPS,保證網絡通訊正常;③現場檢測點位采用彩鋼板站房,站房設計有保溫,降噪功能,并配置防盜及故障報警裝置。

2.2檢測系統相關配置

圖1　控制系統圖

(1)數采控制機房。各配備1臺研華工控機,安裝有SYLPH1.0 branch上位組態軟件及相關數據庫軟件。

(2)中心控制端。配備1臺聯想揚天服務器,安裝有SYLPH1.0 center數據發布系統。

(3)中心端。設置各子站系統名稱,點擊各子站名稱可查看實時檢測數據

現場各子系統安裝有遠程控制軟件,并按各子站名稱編號,輸入各子站編號,遠程控制現場儀器,查看儀器運行情況,是否有報警,是什么報警等。

(4)儀器檢測方法及配置。系統配置如圖1所示。

3檢測系統的軟件設計

軟件設計分為上位軟件的設計和控制軟件的設計2部分:

(1)工控機及工作站的軟件設計。上位監控軟件采用了SYLPH1.0 branch軟件實現監控及記錄功能。首先通過TCP/IP協議驅動實現SYLPH1.0 branch與現場PC的網絡通訊連接,通訊連接后,在SYLPH1.0 branch軟件設置儀器配置,建立控制及監控所需儀器端口。如圖2所示。

圖2　主畫面導航圖

本系統畫面設置管理員2級權限,不同管理員登陸權限不同,使系統運行人員,管理人員,維護人員各司其職,保證系統的正常穩定運行。

此外,為方便管理人員對監測儀器的監控,系統對相關參數進行了報表記錄及趨勢顯示,數據保存有效期2年。

(2)控制軟件設計。SYLPH1.0 branch的編寫,其編程界面如圖3所示。

圖3　編程界面圖

現場軟件為自動獲取,數采系統僅參與設備數據獲取,故障及運行信號的采集顯示。

中心端,通過網絡自動獲取數采上的數據,操作人員通過軟件內設程序,完成對儀器數據統計、處理并以報表的形式導出。前提條件是現場設備無故障信號,網絡傳輸良好,有最低要求的統計數據等。

5結束語

本系統投入運行后,有效統計當地空氣質量情況,給當地環保部門提供真實有效的監測數據,為環保部門治理提供方向。另外,系統采用光纖環網的通訊方式及各站點配置UPS電源后,使系統運行即使遇到停電或者某點通訊中斷的情況,仍然正常運轉。突出顯示了該方案的可靠性、安全性,具有推廣應用價值。

[參考文獻]

[1]HJ 656-2013，環境空氣顆粒物(PM2.5)手工監測方法(重量法)技術規范[S].

[2]HJT 193-2005，環境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)連續自動監測系統安裝和驗收技術規范[S].

[3]HJ 93-2013，環境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)采樣器技術要求及檢測方法[S].

[4]HJ 653-2013，環境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)連續自動監測系統技術要求及檢測方法[S].

(責任編輯陳化鋼)

The application of β-ray method in atmospheric particulate detection

WANG Li-peng,SHAN Qi-bing,TANG Zhen

(Anhui Technical College of Water Resources and Hydroelectric Power,Hefei 231603,China)

Abstract:This paper introduces the detection method of atmospheric particulate and the practical application of β-ray method in the national standard. It also gives a detailed introducation of the application of sampling, flow, counting module in the detection, the reliablity and safety of β-ray absorption method, and the employment of AQMS data platform in this project.

Key words:particulate matter detection; β-ray method ; atmospheric detection; real time data of particle

收稿日期：2016-01-05；修回日期：2016-01-08

作者簡介：王禮鵬(1983-)，男，安徽滁州人，講師，主要從事檢測技術、傳感器等方面的教學與研究。

DOI：10.3969/j.issn.1671-6221.2016.02.019

中圖分類號：TP216

文獻標識碼：A

文章編號：1671-6221(2016)02-0065-03