β射线法在大气颗粒物检测中的应用

王礼鹏，　单启兵，　唐　振

(安徽水利水电职业技术学院，安徽 合肥　231603)

β射线法在大气颗粒物检测中的应用

王礼鹏，单启兵，唐振

(安徽水利水电职业技术学院，安徽 合肥231603)

摘要:介绍了国家标准中大气检测中颗粒物的检测方法和β射线法的实际应用，其中包括采样、流量、计数模块在检测中的应用，β射线吸收法的可靠性、安全性应用，AQMS数据平台在此项目中的应用。

关键词:颗粒物检测；β射线法；大气检测；颗粒物实时数据

0引言

近年来,我国城市局地性雾霾天气频发,特别是入冬以来全国范围内雾霾频发,且持续时间长,影响交通、危害人体安全、对人们的生活带来较大影响。雾霾天气主要污染物为可吸入颗粒物PM10及细颗粒物PM2.5,可吸入颗粒物含量指标是衡量空气质量好坏的重要指标之一。本文结合国内外相关企业多年环境与安全检测仪器的开发经验以及国内外用户的最新需求,采用了β射线技术,提出大气颗粒物检测系统方案,对PM10/PM2.5进行监测并发布预警信息,为人们出行提供可参考依据。检测及控制系统设计了如下功能:①β射线法检测大气颗粒物PM10/PM2.5;②平台软件SYLPH1.0 branch、SYLPH1.0 center的应用。

1β射线法

C14同位素放射物发射出具有很强穿透力的β粒子,当β粒子穿过一定厚度的吸收物质时,β粒子的强度随吸收物质的厚度增加而逐渐减弱,称为β吸收。当β粒子的射程远大于吸收物质的厚度时,吸收近似满足式(1)

(1)

其中,I0为滤带没有吸附吸收物质时的β粒子计数值;I为β射线穿过带有吸收物质的滤带的β粒子计数值;μm为质量吸收系数或质量衰减系数, cm2/mg;xm为质量厚度,mg/cm2。

式(1)也可表示为

(2)

测量时,抽气泵以一定的流量抽取被测空气,用空气切割器筛选出空气动力学粒径小于10μm的颗粒进入仪器,并沉积在滤带上,则测量得到的粉尘浓度按式(3)计算

(3)

其中,Q为流量, m3/h, Δt为采样时间,h。A为滤带上粉尘沉积区域面积,cm2。

2检测系统硬件设计

2.1检测系统控制方案

多组实验最终确定的控制方案:①β射线法实时监测大气中的颗粒物PM10/PM2.5;()现场各子站采用单独数采系统,带网络接口,保证检测数据实时传输;②网络组态采用沿管线光纤环网敷设,每个站点均配置UPS,保证网络通讯正常;③现场检测点位采用彩钢板站房,站房设计有保温,降噪功能,并配置防盗及故障报警装置。

2.2检测系统相关配置

图1　控制系统图

(1)数采控制机房。各配备1台研华工控机,安装有SYLPH1.0 branch上位组态软件及相关数据库软件。

(2)中心控制端。配备1台联想扬天服务器,安装有SYLPH1.0 center数据发布系统。

(3)中心端。设置各子站系统名称,点击各子站名称可查看实时检测数据

现场各子系统安装有远程控制软件,并按各子站名称编号,输入各子站编号,远程控制现场仪器,查看仪器运行情况,是否有报警,是什么报警等。

(4)仪器检测方法及配置。系统配置如图1所示。

3检测系统的软件设计

软件设计分为上位软件的设计和控制软件的设计2部分:

(1)工控机及工作站的软件设计。上位监控软件采用了SYLPH1.0 branch软件实现监控及记录功能。首先通过TCP/IP协议驱动实现SYLPH1.0 branch与现场PC的网络通讯连接,通讯连接后,在SYLPH1.0 branch软件设置仪器配置,建立控制及监控所需仪器端口。如图2所示。

图2　主画面导航图

本系统画面设置管理员2级权限,不同管理员登陆权限不同,使系统运行人员,管理人员,维护人员各司其职,保证系统的正常稳定运行。

此外,为方便管理人员对监测仪器的监控,系统对相关参数进行了报表记录及趋势显示,数据保存有效期2年。

(2)控制软件设计。SYLPH1.0 branch的编写,其编程界面如图3所示。

图3　编程界面图

现场软件为自动获取,数采系统仅参与设备数据获取,故障及运行信号的采集显示。

中心端,通过网络自动获取数采上的数据,操作人员通过软件内设程序,完成对仪器数据统计、处理并以报表的形式导出。前提条件是现场设备无故障信号,网络传输良好,有最低要求的统计数据等。

5结束语

本系统投入运行后,有效统计当地空气质量情况,给当地环保部门提供真实有效的监测数据,为环保部门治理提供方向。另外,系统采用光纤环网的通讯方式及各站点配置UPS电源后,使系统运行即使遇到停电或者某点通讯中断的情况,仍然正常运转。突出显示了该方案的可靠性、安全性,具有推广应用价值。

[参考文献]

[1]HJ 656-2013，环境空气颗粒物(PM2.5)手工监测方法(重量法)技术规范[S].

[2]HJT 193-2005，环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统安装和验收技术规范[S].

[3]HJ 93-2013，环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)采样器技术要求及检测方法[S].

[4]HJ 653-2013，环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)连续自动监测系统技术要求及检测方法[S].

(责任编辑陈化钢)

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

作者简介：王礼鹏(1983-)，男，安徽滁州人，讲师，主要从事检测技术、传感器等方面的教学与研究。

DOI：10.3969/j.issn.1671-6221.2016.02.019

中图分类号：TP216

文献标识码：A

文章编号：1671-6221(2016)02-0065-03