王禮鵬，　單啟兵，　唐　振

(安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥　231603)

β射線法在大氣顆粒物檢測(cè)中的應(yīng)用

王禮鵬，單啟兵，唐振

(安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥231603)

摘要:介紹了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中大氣檢測(cè)中顆粒物的檢測(cè)方法和β射線法的實(shí)際應(yīng)用，其中包括采樣、流量、計(jì)數(shù)模塊在檢測(cè)中的應(yīng)用，β射線吸收法的可靠性、安全性應(yīng)用，AQMS數(shù)據(jù)平臺(tái)在此項(xiàng)目中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:顆粒物檢測(cè)；β射線法；大氣檢測(cè)；顆粒物實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

0引言

近年來(lái),我國(guó)城市局地性霧霾天氣頻發(fā),特別是入冬以來(lái)全國(guó)范圍內(nèi)霧霾頻發(fā),且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),影響交通、危害人體安全、對(duì)人們的生活帶來(lái)較大影響。霧霾天氣主要污染物為可吸入顆粒物PM10及細(xì)顆粒物PM2.5,可吸入顆粒物含量指標(biāo)是衡量空氣質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)多年環(huán)境與安全檢測(cè)儀器的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)以及國(guó)內(nèi)外用戶的最新需求,采用了β射線技術(shù),提出大氣顆粒物檢測(cè)系統(tǒng)方案,對(duì)PM10/PM2.5進(jìn)行監(jiān)測(cè)并發(fā)布預(yù)警信息,為人們出行提供可參考依據(jù)。檢測(cè)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了如下功能:①β射線法檢測(cè)大氣顆粒物PM10/PM2.5;②平臺(tái)軟件SYLPH1.0 branch、SYLPH1.0 center的應(yīng)用。

1β射線法

C14同位素放射物發(fā)射出具有很強(qiáng)穿透力的β粒子,當(dāng)β粒子穿過(guò)一定厚度的吸收物質(zhì)時(shí),β粒子的強(qiáng)度隨吸收物質(zhì)的厚度增加而逐漸減弱,稱為β吸收。當(dāng)β粒子的射程遠(yuǎn)大于吸收物質(zhì)的厚度時(shí),吸收近似滿足式(1)

(1)

其中,I0為濾帶沒有吸附吸收物質(zhì)時(shí)的β粒子計(jì)數(shù)值;I為β射線穿過(guò)帶有吸收物質(zhì)的濾帶的β粒子計(jì)數(shù)值;μm為質(zhì)量吸收系數(shù)或質(zhì)量衰減系數(shù), cm2/mg;xm為質(zhì)量厚度,mg/cm2。

式(1)也可表示為

(2)

測(cè)量時(shí),抽氣泵以一定的流量抽取被測(cè)空氣,用空氣切割器篩選出空氣動(dòng)力學(xué)粒徑小于10μm的顆粒進(jìn)入儀器,并沉積在濾帶上,則測(cè)量得到的粉塵濃度按式(3)計(jì)算

(3)

其中,Q為流量, m3/h, Δt為采樣時(shí)間,h。A為濾帶上粉塵沉積區(qū)域面積,cm2。

2檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1檢測(cè)系統(tǒng)控制方案

多組實(shí)驗(yàn)最終確定的控制方案:①β射線法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣中的顆粒物PM10/PM2.5;()現(xiàn)場(chǎng)各子站采用單獨(dú)數(shù)采系統(tǒng),帶網(wǎng)絡(luò)接口,保證檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸;②網(wǎng)絡(luò)組態(tài)采用沿管線光纖環(huán)網(wǎng)敷設(shè),每個(gè)站點(diǎn)均配置UPS,保證網(wǎng)絡(luò)通訊正常;③現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)點(diǎn)位采用彩鋼板站房,站房設(shè)計(jì)有保溫,降噪功能,并配置防盜及故障報(bào)警裝置。

2.2檢測(cè)系統(tǒng)相關(guān)配置

圖1　控制系統(tǒng)圖

(1)數(shù)采控制機(jī)房。各配備1臺(tái)研華工控機(jī),安裝有SYLPH1.0 branch上位組態(tài)軟件及相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件。

(2)中心控制端。配備1臺(tái)聯(lián)想揚(yáng)天服務(wù)器,安裝有SYLPH1.0 center數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)。

(3)中心端。設(shè)置各子站系統(tǒng)名稱,點(diǎn)擊各子站名稱可查看實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)

現(xiàn)場(chǎng)各子系統(tǒng)安裝有遠(yuǎn)程控制軟件,并按各子站名稱編號(hào),輸入各子站編號(hào),遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)儀器,查看儀器運(yùn)行情況,是否有報(bào)警,是什么報(bào)警等。

(4)儀器檢測(cè)方法及配置。系統(tǒng)配置如圖1所示。

3檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)分為上位軟件的設(shè)計(jì)和控制軟件的設(shè)計(jì)2部分:

(1)工控機(jī)及工作站的軟件設(shè)計(jì)。上位監(jiān)控軟件采用了SYLPH1.0 branch軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控及記錄功能。首先通過(guò)TCP/IP協(xié)議驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)SYLPH1.0 branch與現(xiàn)場(chǎng)PC的網(wǎng)絡(luò)通訊連接,通訊連接后,在SYLPH1.0 branch軟件設(shè)置儀器配置,建立控制及監(jiān)控所需儀器端口。如圖2所示。

圖2　主畫面導(dǎo)航圖

本系統(tǒng)畫面設(shè)置管理員2級(jí)權(quán)限,不同管理員登陸權(quán)限不同,使系統(tǒng)運(yùn)行人員,管理人員,維護(hù)人員各司其職,保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

此外,為方便管理人員對(duì)監(jiān)測(cè)儀器的監(jiān)控,系統(tǒng)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了報(bào)表記錄及趨勢(shì)顯示,數(shù)據(jù)保存有效期2年。

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

圖3　編程界面圖

現(xiàn)場(chǎng)軟件為自動(dòng)獲取,數(shù)采系統(tǒng)僅參與設(shè)備數(shù)據(jù)獲取,故障及運(yùn)行信號(hào)的采集顯示。

中心端,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)獲取數(shù)采上的數(shù)據(jù),操作人員通過(guò)軟件內(nèi)設(shè)程序,完成對(duì)儀器數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、處理并以報(bào)表的形式導(dǎo)出。前提條件是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無(wú)故障信號(hào),網(wǎng)絡(luò)傳輸良好,有最低要求的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。

5結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)投入運(yùn)行后,有效統(tǒng)計(jì)當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量情況,給當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門提供真實(shí)有效的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),為環(huán)保部門治理提供方向。另外,系統(tǒng)采用光纖環(huán)網(wǎng)的通訊方式及各站點(diǎn)配置UPS電源后,使系統(tǒng)運(yùn)行即使遇到停電或者某點(diǎn)通訊中斷的情況,仍然正常運(yùn)轉(zhuǎn)。突出顯示了該方案的可靠性、安全性,具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1]HJ 656-2013，環(huán)境空氣顆粒物(PM2.5)手工監(jiān)測(cè)方法(重量法)技術(shù)規(guī)范[S].

[2]HJT 193-2005，環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝和驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范[S].

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

[4]HJ 653-2013，環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法[S].

(責(zé)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(jiǎn)介：王禮鵬(1983-)，男，安徽滁州人，講師，主要從事檢測(cè)技術(shù)、傳感器等方面的教學(xué)與研究。

DOI：10.3969/j.issn.1671-6221.2016.02.019

中圖分類號(hào)：TP216

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-6221(2016)02-0065-03