β射線法大氣細顆粒物監測儀濾紙帶斷紙報警功能設計

潘煥雙 劉宏 張帥 魯愛昕 胡友寶

（安徽藍盾光電子股份有限公司，安徽合肥 230000）

β射線法大氣細顆粒物監測儀濾紙帶斷紙報警功能設計

潘煥雙 劉宏 張帥 魯愛昕 胡友寶

（安徽藍盾光電子股份有限公司，安徽合肥 230000）

在國務院印發的《大氣污染防治行動計劃》中明確要求建設城市站、背景站、區域站統一布局的國家空氣質量監測網絡，加強監測數據質量管理，客觀反映空氣質量狀況。到2015年，地級及以上城市全部建成細顆粒物監測點和國家直管的監測點。為此，大量的大氣細顆粒物監測儀器迅速涌入市場，進入環境監測及氣象監測部門。

大氣細顆粒物 β射線 探測器 光電開關

1 紙帶斷紙的位置及斷紙時間分析

圖1 紙帶傳送示意圖

圖2 具有斷紙報警功能的傳動結構示意圖

監測儀器在運行過程中，由于某些原因可能發生斷紙。也由于客觀原因必然引起斷紙，如一卷紙帶用完了。在設計斷紙報警功能方案之前，首先要確定斷紙的部位。在圖1中，線條代表紙帶，與紙帶平行的箭頭表示紙帶傳送方向。紙帶無論向何方向傳送，其圖一中的采樣管（7）均處于升起狀態（采樣管在電機的作用下可以升降）。壓帶輪始終壓在紙帶及主軸上，使紙帶被夾持在主軸和壓帶輪之間，除非更換紙帶時要將壓帶輪掛起。所以，在此接觸面處，紙帶是不會完全斷開的。在其它位置紙帶均沒有被夾持，剩下的只有三種情況：一是在主軸左側產生斷紙；二是在主軸右側產生斷紙；三是主軸左右兩側同時斷紙。其次是判斷斷紙時間，儀器在采樣和測量過程中是不會斷紙的，此時紙帶均在靜止狀態，只有紙帶在傳送過程中有可能被拉斷。根據前述兩點，對斷紙報警點的設置及斷紙判斷時間也就明確了。

2 斷紙報警結構設計

如圖1所示，左端輪（4）、右端輪（10）、收帶盤（1）、放帶盤（13）、主軸（5）及壓帶輪（6）其中心軸的位置均相對固定，只有左張緊輪（3）和右張緊輪（11）在濾紙帶的拉力作用下能夠左右擺動，其擺動的幅度均受其集成板（1）背面的光電開關一和光電開關二的限制。圖二是增加了斷紙報警功能的結構示意圖，正常工作時，定位片在光電開關一和光電開關二之間擺動，其光電開關三為報警觸發器（虛線部分安裝在集成架的背面）。當紙帶斷紙時，其張緊輪失去了紙帶的拉力，左、右擺桿在其扭簧的作用力下將擺向最大角度，使得定位片一或定位片二越過光電開關二，停在光電開關三的位置，此時發出斷紙報警信號。具體地說，如果主軸左側紙帶斷紙，則左側的定位片一（15）停在左側光電開關三（17）的位置，觸發報警信號；如果主軸右側紙帶斷紙，則右側的定位片二（22）擺動到右側光電開關三（20）的位置，觸發報警信號；當主軸左右兩側紙帶同時斷紙，則左右兩側的定位片一和定位片二均停在左右兩側的光電開關三的位置，觸發報警信號。這里再補充說明一點，每一側（左側或右側）張緊輪的中心軸及定位片均是與每一側的擺桿剛性地固定在一起，所以每一側定位片及張緊輪均與擺桿同步擺動；收帶盤（左側紙帶盤）、放帶盤（右側紙帶盤）及主軸均各自受集成板背面的電機控制；主軸旋轉時在摩擦力的作用下帶動壓帶輪旋轉，壓帶輪旋轉時在摩擦力的作用下帶動紙帶移動，三者在接觸面處的線速度被認為完全一致。讀者看到這里（結合圖2）對報警功能的結構（硬件）部分已一目了然了。

3 結語

該設計涉及到三個方面變化，一是從結構上看增加了兩個光電開關三，光電開關一、光電開關二及光電開關三相互之間的距離要調整合適，定位片形狀也作改變；二是由于增加了兩個光電開關三，所以控制電路也作相應的調整設計；三是由于測量流程重新設計了，所以其軟件也要更新。這三個方面說明了其硬件成本幾乎沒有增加多少，關鍵是將監測過程中各部件之間的邏輯關系理順，測量流程要合理。另外，該設計的真正意義不僅僅是有紙帶斷紙報警功能，而是讓相關工作人員實時了解斷紙狀態，及時修復紙帶及更換紙帶，確保《環境空氣質量標準》（GB 3095-2012）中數據統計的有效性規定。再次、該設計一開始是用在β射線法大氣細顆粒物PM2.5監測儀上，其實對大氣顆粒物PM10監測儀也適用。

［1］張玉均，劉劉清，鄭朝暉，蔣舸揚，王鋒平，周斌.《大氣中可吸入粉塵（PM10）β射線法測量的理論與數據處理》.中國科學院安徽光學精密機械研究所，2001年2月.

［2］《大氣污染防治行動計劃》.國務院，2013年9月10日.

基金項目：國家重大科學儀器設備開發專項（NO.2013YQ220643），國家科技支撐計劃項目（NO.2014BAC17B01）。