潘煥雙 劉宏 張帥 魯愛昕 胡友寶

（安徽藍(lán)盾光電子股份有限公司，安徽合肥 230000）

β射線法大氣細(xì)顆粒物監(jiān)測儀濾紙帶斷紙報(bào)警功能設(shè)計(jì)

潘煥雙 劉宏 張帥 魯愛昕 胡友寶

（安徽藍(lán)盾光電子股份有限公司，安徽合肥 230000）

在國務(wù)院印發(fā)的《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》中明確要求建設(shè)城市站、背景站、區(qū)域站統(tǒng)一布局的國家空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量管理，客觀反映空氣質(zhì)量狀況。到2015年，地級(jí)及以上城市全部建成細(xì)顆粒物監(jiān)測點(diǎn)和國家直管的監(jiān)測點(diǎn)。為此，大量的大氣細(xì)顆粒物監(jiān)測儀器迅速涌入市場，進(jìn)入環(huán)境監(jiān)測及氣象監(jiān)測部門。

大氣細(xì)顆粒物 β射線 探測器 光電開關(guān)

1 紙帶斷紙的位置及斷紙時(shí)間分析

圖1 紙帶傳送示意圖

圖2 具有斷紙報(bào)警功能的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖

監(jiān)測儀器在運(yùn)行過程中，由于某些原因可能發(fā)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(shè)計(jì)斷紙報(bào)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(tài)（采樣管在電機(jī)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(shí)要將壓帶輪掛起。所以，在此接觸面處，紙帶是不會(huì)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(cè)產(chǎn)生斷紙；二是在主軸右側(cè)產(chǎn)生斷紙；三是主軸左右兩側(cè)同時(shí)斷紙。其次是判斷斷紙時(shí)間，儀器在采樣和測量過程中是不會(huì)斷紙的，此時(shí)紙帶均在靜止?fàn)顟B(tài)，只有紙帶在傳送過程中有可能被拉斷。根據(jù)前述兩點(diǎn)，對(duì)斷紙報(bào)警點(diǎn)的設(shè)置及斷紙判斷時(shí)間也就明確了。

2 斷紙報(bào)警結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(duì)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(dòng)，其擺動(dòng)的幅度均受其集成板（1）背面的光電開關(guān)一和光電開關(guān)二的限制。圖二是增加了斷紙報(bào)警功能的結(jié)構(gòu)示意圖，正常工作時(shí)，定位片在光電開關(guān)一和光電開關(guān)二之間擺動(dòng)，其光電開關(guān)三為報(bào)警觸發(fā)器（虛線部分安裝在集成架的背面）。當(dāng)紙帶斷紙時(shí)，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(guān)二，停在光電開關(guān)三的位置，此時(shí)發(fā)出斷紙報(bào)警信號(hào)。具體地說，如果主軸左側(cè)紙帶斷紙，則左側(cè)的定位片一（15）停在左側(cè)光電開關(guān)三（17）的位置，觸發(fā)報(bào)警信號(hào)；如果主軸右側(cè)紙帶斷紙，則右側(cè)的定位片二（22）擺動(dòng)到右側(cè)光電開關(guān)三（20）的位置，觸發(fā)報(bào)警信號(hào)；當(dāng)主軸左右兩側(cè)紙帶同時(shí)斷紙，則左右兩側(cè)的定位片一和定位片二均停在左右兩側(cè)的光電開關(guān)三的位置，觸發(fā)報(bào)警信號(hào)。這里再補(bǔ)充說明一點(diǎn)，每一側(cè)（左側(cè)或右側(cè)）張緊輪的中心軸及定位片均是與每一側(cè)的擺桿剛性地固定在一起，所以每一側(cè)定位片及張緊輪均與擺桿同步擺動(dòng)；收帶盤（左側(cè)紙帶盤）、放帶盤（右側(cè)紙帶盤）及主軸均各自受集成板背面的電機(jī)控制；主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)在摩擦力的作用下帶動(dòng)壓帶輪旋轉(zhuǎn)，壓帶輪旋轉(zhuǎn)時(shí)在摩擦力的作用下帶動(dòng)紙帶移動(dòng)，三者在接觸面處的線速度被認(rèn)為完全一致。讀者看到這里（結(jié)合圖2）對(duì)報(bào)警功能的結(jié)構(gòu)（硬件）部分已一目了然了。

3 結(jié)語

該設(shè)計(jì)涉及到三個(gè)方面變化，一是從結(jié)構(gòu)上看增加了兩個(gè)光電開關(guān)三，光電開關(guān)一、光電開關(guān)二及光電開關(guān)三相互之間的距離要調(diào)整合適，定位片形狀也作改變；二是由于增加了兩個(gè)光電開關(guān)三，所以控制電路也作相應(yīng)的調(diào)整設(shè)計(jì)；三是由于測量流程重新設(shè)計(jì)了，所以其軟件也要更新。這三個(gè)方面說明了其硬件成本幾乎沒有增加多少，關(guān)鍵是將監(jiān)測過程中各部件之間的邏輯關(guān)系理順，測量流程要合理。另外，該設(shè)計(jì)的真正意義不僅僅是有紙帶斷紙報(bào)警功能，而是讓相關(guān)工作人員實(shí)時(shí)了解斷紙狀態(tài)，及時(shí)修復(fù)紙帶及更換紙帶，確?！董h(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095-2012）中數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的有效性規(guī)定。再次、該設(shè)計(jì)一開始是用在β射線法大氣細(xì)顆粒物PM2.5監(jiān)測儀上，其實(shí)對(duì)大氣顆粒物PM10監(jiān)測儀也適用。

［1］張玉均，劉劉清，鄭朝暉，蔣舸揚(yáng)，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(shù)據(jù)處理》.中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所，2001年2月.

［2］《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》.國務(wù)院，2013年9月10日.

基金項(xiàng)目：國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)（NO.2013YQ220643），國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（NO.2014BAC17B01）。