專利名稱：一種測(cè)顆粒物濃度的方法及應(yīng)用該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大氣顆粒物濃度測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域，具體則涉及一種基于PIV測(cè)速方式來測(cè)顆粒物濃度的方法及應(yīng)用該方法的裝置。
背景技術(shù)：
作為測(cè)定大氣中微小顆粒狀物質(zhì)(Particulate Matter,以下簡(jiǎn)稱PM)濃度的裝置，其中有一 類裝置是將一定流量的大氣作為試樣氣體連續(xù)地吸入采樣管或大氣導(dǎo)入管內(nèi)，在設(shè)置于該采樣管下游側(cè)的收集區(qū)域用過濾帶等的捕集裝置連續(xù)地捕集前述試樣氣體中的PM，對(duì)所捕集的PM用β射線放射源(通常為C14放射源)照射β射線，由于C14放射源放射出的β射線照射到PM上時(shí)，β射線會(huì)被PM吸收從而導(dǎo)致β射線強(qiáng)度衰減，衰減后的β射線強(qiáng)度與PM相對(duì)密度呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此當(dāng)C14放射源放射出的β射線能量恒定時(shí)，利用檢測(cè)器檢測(cè)透過PM的β射線強(qiáng)度，最終實(shí)現(xiàn)用β射線吸收方式測(cè)定捕集到的PM的濃度。上述傳統(tǒng)的基于β射線吸收法的可吸入顆粒物測(cè)量裝置存在以下缺陷:其一，對(duì)β射線檢測(cè)器的恢復(fù)時(shí)間要求比較高；其二，難以甚至不能控制β射線總輻射量對(duì)周圍環(huán)境的影響，從而為周圍技術(shù)人員及相關(guān)環(huán)境均產(chǎn)生不利隱患；其三，目前市場(chǎng)上的β射線法測(cè)算PM的檢測(cè)設(shè)備，多只能針對(duì)ΡΜ2.5或PMlO的其中一種實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，如若實(shí)現(xiàn)對(duì)于兩者的同步同時(shí)測(cè)量，就必須另外安置一套專門的測(cè)算另一種PM濃度的測(cè)量機(jī)構(gòu)，這往往導(dǎo)致其占地面積的過大化和維護(hù)操作的繁冗性，這都是在實(shí)際操作時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量避免的；最重要的是，目前對(duì)于PM顆粒物濃度的測(cè)算方法過于單一，無非于上述幾種。因此，如何尋求一種突破現(xiàn)有枷鎖的，既能夠確保環(huán)境安全，又可保證對(duì)于PM濃度的測(cè)量的寬范圍和精確性的測(cè)量機(jī)構(gòu)，乃為本領(lǐng)域技術(shù)人員所迫待解決的技術(shù)難題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的在于提供一種基于PIV測(cè)速方式測(cè)顆粒物濃度的方法，該方法不但測(cè)算方便快捷，且計(jì)算精度均可得到有效保證。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種測(cè)顆粒物濃度的方法，其特征在于:包括以下步驟:I)、任取顆粒采樣機(jī)構(gòu)在某一時(shí)刻通過PIV測(cè)量橫截面的粒子圖像，通過數(shù)字圖像處理獲取每個(gè)粒子的大小，形狀以及體積，指定該地區(qū)氣溶膠成分變換不大，干燥大氣顆粒物物質(zhì)密度不變，則通過以下公式計(jì)算出每種粒子的質(zhì)量:Mi=Vi.δ j其中=Mi為每種粒子的質(zhì)量；Vi為每個(gè)粒子的體積；δ i為干燥大氣顆粒物物質(zhì)密度。2)、顆粒采樣機(jī)構(gòu)的流量是已知的，當(dāng)測(cè)量時(shí)間一定時(shí)，通過以下公式計(jì)算得出總共采樣的空氣體積:V=Q.T其中:V為總共采樣的空氣體積；Q為指定測(cè)量時(shí)間內(nèi)的顆粒采樣機(jī)構(gòu)的流量；T為測(cè)量時(shí)間。3)、由上述每種粒子的質(zhì)量以及總共采樣的空氣體積，就可以算出每個(gè)粒子的單位濃度:δ = Σ MiAδ也就是待測(cè)的PM顆粒物濃度。上述方案的主要優(yōu)點(diǎn)在于:突破了現(xiàn)有的傳統(tǒng)技術(shù)枷鎖，克服了如何以PIV檢測(cè)單元測(cè)算出的粒子流速進(jìn)而獲取其濃度數(shù)值這一難題，另辟蹊徑的依靠PIV類檢測(cè)儀器本身可自行測(cè)算粒子流速的特點(diǎn)，在獲取其流速并實(shí)際測(cè)算過程中，不僅能通過測(cè)算粒子速度而計(jì)算知道濃度，同時(shí)還能獲取粒子數(shù)量，粒子大小及形狀，從而可以根據(jù)粒子形狀判斷粒子來源，為PM的相關(guān)防治起到有利影響；該方法不但測(cè)算方便快捷，且計(jì)算精度均可得到有效保證。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種應(yīng)用上述方法的裝置，本裝置使用安全可靠，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而使用，占地面積及維護(hù)效率都可以相應(yīng)得到顯著增強(qiáng)，而且測(cè)量精度較高。為實(shí)現(xiàn)上述 目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種基于β射線和PIV法測(cè)顆粒物濃度的裝置，本裝置包括顆粒物采樣機(jī)構(gòu)、濾帶傳送機(jī)構(gòu)、β射線放射機(jī)構(gòu)以及β射線接收測(cè)量機(jī)構(gòu)；所述顆粒物采樣機(jī)構(gòu)包括大氣采樣器以及氣泵，所述氣泵進(jìn)氣口與大氣采樣器出氣口彼此順延對(duì)接設(shè)置且濾帶傳送機(jī)構(gòu)帶體穿設(shè)于其對(duì)接面處布置；所述β射線放射機(jī)構(gòu)包括β射線放射源；所述濾帶傳送機(jī)構(gòu)包括濾帶，濾帶傳送機(jī)構(gòu)還包括用于承托濾帶并使濾帶在大氣采樣器出氣口和β射線放射源放射出口之間往復(fù)移動(dòng)的第一濾帶輪和第二濾帶輪，本裝置還包括用于輔助測(cè)量顆粒物濃度的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，所述補(bǔ)償機(jī)構(gòu)包括厚度均勻連續(xù)變化的衰減控制部件，所述衰減控制部件緊靠在β射線放射源的放射出口端，所述補(bǔ)償機(jī)構(gòu)還包括驅(qū)動(dòng)衰減控制部件動(dòng)作以使得穿過衰減控制部件的β射線強(qiáng)度均勻連續(xù)變化的動(dòng)力單元；本裝置還包括布置于大氣采樣器出氣口與濾帶帶面之間間隙處的用于測(cè)算已通過粒子流速的PIV單元，所述PIV單元的光路照射方向與待測(cè)粒子行進(jìn)方向相交設(shè)置。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于:I)、本發(fā)明將衰減控制部件貼靠在β射線放射源射出口端，即相當(dāng)于在β射線放射源的放射出口處設(shè)置了一個(gè)控制β射線放射強(qiáng)度的閥門，由于衰減控制部件的厚度均勻連續(xù)變化，而在均質(zhì)材料中，在一定的厚度范圍內(nèi)，β射線強(qiáng)度的衰減量與入射射線強(qiáng)度和穿透物體的厚度成正比，因此若控制β射線的入射強(qiáng)度不變，則當(dāng)衰減控制部件在動(dòng)力單元的作用下動(dòng)作時(shí)，β射線強(qiáng)度的衰減量也隨之發(fā)生連續(xù)變化，從而穿過衰減控制部件的β射線強(qiáng)度也發(fā)生連續(xù)變化。2)、本裝置利用補(bǔ)償機(jī)構(gòu)降低了對(duì)蓋革計(jì)數(shù)器死時(shí)間(第一次計(jì)數(shù)到下一次計(jì)數(shù)之間的時(shí)間間隔)的要求，從而降低了成本。通過控制β射線強(qiáng)度，減少了 β射線放射源總輻射量對(duì)周圍環(huán)境的影響；同時(shí)也降低了蓋革計(jì)數(shù)器測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍，所以對(duì)PM濃度的測(cè)量范圍廣，測(cè)量精度較高。3)、類似雙通道的結(jié)構(gòu)方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)于PM2.5及PMlO濃度的同時(shí)在線監(jiān)測(cè)和測(cè)量，其共用一個(gè)濾帶的方式也保證了其整體結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化性，避免了傳統(tǒng)的如若同時(shí)檢測(cè)PM2.5及PMlO濃度時(shí)必須采用兩臺(tái)儀器檢測(cè)的缺陷，甚至可通過臨時(shí)變換檢測(cè)對(duì)象而對(duì)PMU PM2.5以及PMlO三者的任意兩種顆粒物濃度進(jìn)行在線測(cè)量；同時(shí)突破的傳統(tǒng)技術(shù)枷鎖，而另辟蹊徑的通過PIV單元本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在實(shí)際測(cè)算過程中，不僅能依靠上述方法來通過測(cè)算粒子速度而計(jì)算知道濃度，同時(shí)還能相應(yīng)獲取粒子數(shù)量，粒子大小及形狀，從而可以根據(jù)粒子形狀判斷粒子來源，為PM防治起到有利影響；其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而使用，占地面積及維護(hù)效率都可以相應(yīng)得到顯著增強(qiáng)。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為物質(zhì)吸收β射線的原理示意圖；圖3為某一時(shí)刻通過PIV單元測(cè)量其光路橫截面的粒子圖像；圖4為PIV測(cè)速技術(shù)的工作原理圖。
具體實(shí)施例方式粒子圖像測(cè)速技術(shù)(PIV)是一種瞬態(tài)流動(dòng)平面二維流速場(chǎng)測(cè)試技術(shù)，其基本原理如圖4所示，是選擇具有良好流動(dòng)跟隨性和光散射性的微小示蹤粒子播撒于流場(chǎng)中，然后用激光片光源(厚度約為1_)把被測(cè)流場(chǎng)的某一測(cè)試平面照明，通過圖像采集系統(tǒng)(如⑶D相機(jī)等)，分別記錄下tl、t2時(shí)刻的流場(chǎng)粒子圖像，經(jīng)過數(shù)字圖像處理，求出兩次拍攝時(shí)間間隔內(nèi)粒子的位移，即可算出速度場(chǎng)。然而，PIV技術(shù)時(shí)至今日雖然已經(jīng)為較為成熟的粒子測(cè)速方式，但是對(duì)于應(yīng)用于粒子濃度測(cè)算領(lǐng)域，尤其是應(yīng)用于PM的顆粒物濃度測(cè)算中仍是沒有先例的，關(guān)鍵就在于如何通過PIV檢測(cè)單元測(cè)算出的粒子流速進(jìn)而獲取其濃度數(shù)值；本發(fā)明就采用了一種新的由PIV測(cè)速方法來簡(jiǎn)單獲取PM顆粒物濃度的方式，其具體如下:一種測(cè)顆粒物濃度的方法，包括以下步驟:I)、任取顆粒采樣機(jī)構(gòu)在某一時(shí)刻通過PIV測(cè)量橫截面的粒子圖像，如圖3所示，通過數(shù)字圖像處理獲取每個(gè)粒子的大小，形狀以及體積，指定該地區(qū)氣溶膠成分變換不大，干燥大氣顆粒物物質(zhì)密度不變，則通過以下公式計(jì)算出每種粒子的質(zhì)量:Mi=Vi.δ j其中=Mi為每種粒子的質(zhì)量；Vi為每個(gè)粒子的體積；δ i為干燥大氣顆粒物物質(zhì)密度。2)、顆粒采樣機(jī)構(gòu)的流量是已知的，當(dāng)測(cè)量時(shí)間一定時(shí)，通過以下公式計(jì)算得出總共采樣的空氣體積:V=Q.T其中:V為總共采樣的空氣體積；Q為指定測(cè)量時(shí)間內(nèi)的顆粒采樣機(jī)構(gòu)的流量；T為測(cè)量時(shí)間 。
3)、由上述每種粒子的質(zhì)量Mi以及總的空氣V，就可以算出每個(gè)粒子的單位濃度δ:δ =ZMiAδ也就是待測(cè)的PM顆粒物濃度。通過上述測(cè)算方式，突破了現(xiàn)有的傳統(tǒng)技術(shù)枷鎖，克服了如何以PIV檢測(cè)單元測(cè)算出的粒子流速進(jìn)而獲取其濃度數(shù)值這一難題，通過現(xiàn)有儀器測(cè)算得出各基本參數(shù)，并另辟蹊徑的依靠PIV類檢測(cè)儀器本身可自行測(cè)算粒子流速的特點(diǎn)，在獲取其流速并實(shí)際測(cè)算過程中，不僅能通過測(cè)算粒子速度而計(jì)算知道濃度，同時(shí)還能獲取粒子數(shù)量，粒子大小及形狀，從而可以根據(jù)粒子形狀判斷粒子來源，為PM的相關(guān)防治起到有利影響；該方法不但測(cè)算方便快捷，且計(jì)算精度均可得到有效保證。由上述測(cè)算方法，顯然的可以引申出對(duì)于PM顆粒物濃度測(cè)算的新的測(cè)算體系，如下所述的為本發(fā)明通過PIV技術(shù)和β射線法的混合測(cè)算模式，從而即可實(shí)現(xiàn)對(duì)于ΡΜ2.5及PMlO濃度乃至PMl的同步在線測(cè)量，具體結(jié)構(gòu)如下:一種基于β射 線和PIV法測(cè)顆粒物濃度的裝置，本裝置包括顆粒物采樣機(jī)構(gòu)、濾帶傳送機(jī)構(gòu)、β射線放射機(jī)構(gòu)以及β射線接收測(cè)量機(jī)構(gòu)60 ;所述顆粒物采樣機(jī)構(gòu)包括大氣采樣器10以及氣泵20，所述氣泵20進(jìn)氣口與大氣采樣器10出氣口彼此順延對(duì)接設(shè)置且濾帶傳送機(jī)構(gòu)帶體穿設(shè)于其對(duì)接面處布置；所述β射線放射機(jī)構(gòu)包括β射線放射源30 ；所述濾帶傳送機(jī)構(gòu)包括濾帶40,濾帶傳送機(jī)構(gòu)還包括用于承托濾帶40并使濾帶40在大氣采樣器10出氣口和β射線放射源30放射出口之間往復(fù)移動(dòng)的第一濾帶輪41和第二濾帶輪42，本裝置還包括用于輔助測(cè)量顆粒物濃度的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，所述補(bǔ)償機(jī)構(gòu)包括厚度均勻連續(xù)變化的衰減控制部件50，所述衰減控制部件50緊靠在β射線放射源30的放射出口端，所述補(bǔ)償機(jī)構(gòu)還包括驅(qū)動(dòng)衰減控制部件50動(dòng)作以使得穿過衰減控制部件50的β射線強(qiáng)度均勻連續(xù)變化的動(dòng)力單元；本裝置還包括布置于大氣采樣器10出氣口與濾帶40帶面之間間隙處的用于測(cè)算已通過粒子流速的PIV單元60，所述PIV單元60的光路照射方向與待測(cè)粒子行進(jìn)方向相交設(shè)置。本發(fā)明具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，這樣，通過將衰減控制部件50貼靠在β射線放射源30放射出口端，即相當(dāng)于在β射線放射源30的放射出口處設(shè)置了一個(gè)控制β射線放射強(qiáng)度的閥門，由于衰減控制部件50的厚度均勻連續(xù)變化，而在均質(zhì)材料中，在一定的厚度范圍內(nèi)，β射線強(qiáng)度的衰減量與入射射線強(qiáng)度和穿透物體的厚度成正比；因此若控制β射線的入射強(qiáng)度不變，則當(dāng)衰減控制部件50在動(dòng)力單元的作用下動(dòng)作時(shí)，β射線強(qiáng)度的衰減量也隨之發(fā)生連續(xù)變化，從而穿過衰減控制部件的β射線強(qiáng)度也發(fā)生連續(xù)變化。此外，本裝置通過動(dòng)力單元以及可厚度均勻連續(xù)變化的衰減控制部件50的協(xié)同作用，從而起到了間接的控制β射線強(qiáng)度的作用，也就減少了 β射線放射源30總輻射量對(duì)周圍操作人員的影響，保證了環(huán)境安全，同時(shí)也降低了對(duì)蓋革計(jì)數(shù)器死時(shí)間(第一次計(jì)數(shù)到下一次計(jì)數(shù)之間的時(shí)間間隔)的要求，從而降低了成本。通過控制β射線強(qiáng)度，減少了 β射線放射源總輻射量對(duì)周圍環(huán)境的影響；同時(shí)也降低了蓋革計(jì)數(shù)器測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍，所以對(duì)PM濃度的測(cè)量范圍廣，測(cè)量精度較高。此外，依靠在大氣采樣器10出氣口與濾帶40帶面之間間隙處，也即大氣采樣器10出氣口的順延段與濾帶40的原始配合間隙處(或適當(dāng)擴(kuò)大該間隙而便于裝置放入)設(shè)置PIV單元60，利用PIV (粒子圖像測(cè)速技術(shù))本身的瞬時(shí)無接觸測(cè)量流場(chǎng)中一個(gè)截面上的速度分布的特性，采用與β射線補(bǔ)償法共用的類似雙通道的測(cè)量結(jié)構(gòu)方式，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)于ΡΜ2.5及PMlO濃度的同時(shí)在線監(jiān)測(cè)和測(cè)量，其共用一個(gè)濾帶40的方式也保證了其整體結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化性，避免了傳統(tǒng)的如若同時(shí)檢測(cè)ΡΜ2.5及PMlO濃度時(shí)必須采用兩臺(tái)儀器檢測(cè)的缺陷，甚至可通過臨時(shí)變換檢測(cè)對(duì)象而對(duì)ΡΜ1、ΡΜ2.5以及PMlO三者的任意兩種顆粒物濃度進(jìn)行在線測(cè)量；同時(shí)突破的傳統(tǒng)技術(shù)枷鎖，摒棄了傳統(tǒng)測(cè)算PM顆粒物濃度比如采用如β射線法等基本方式，而另辟蹊徑的通過PIV單元60本身的對(duì)于通過其流場(chǎng)粒子的高精度和高捕捉性，在實(shí)際測(cè)算過程中，不僅能通過測(cè)算其粒子速度而計(jì)算知道濃度，同時(shí)還能獲取粒子數(shù)量，粒子大小及形狀，從而可以根據(jù)粒子形狀判斷粒子來源，為ΡΜ2.5以及PMlO的防治也起到更為有利的影響；其整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而實(shí)用，占地面積及維護(hù)效率都可以較之傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相應(yīng)得到顯著增強(qiáng)。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，由于受相機(jī)分辨率影響，PIV技術(shù)目前只能分辨出粒子直徑在Ium以上的空氣粒子，也就是PMl以上的空氣粒子。此處采用β射線來測(cè)量ΡΜ2.5以下的顆粒物濃度，這是目前通用做法；同時(shí)再通過先用PIV單元60測(cè)算和獲取ΡΜ2.5-10之間的顆粒物濃度，結(jié)合采用用β射線所測(cè)量的ΡΜ2.5以下的顆粒物濃度，合起來后即為PMlO以下的顆粒物濃度，也即最終同步獲得ΡΜ2.5和PMlO的兩種區(qū)間范圍的顆粒物濃度了，其彼此互為補(bǔ)償，測(cè)算效果更佳。而對(duì)于PIV單元60的光路照射方向，此處優(yōu)選為平行濾帶40紙面方向布置，從而保證對(duì)于通過其流場(chǎng)的粒子的高效測(cè)算，以為其整體結(jié)構(gòu)的有效穩(wěn)定工作提供保證。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述衰減控制部件50為金屬制件；比如鋁或者銅或者鐵等常見的金屬材質(zhì)均可。當(dāng)然，為確保其材質(zhì)的均勻性和性能穩(wěn)定性，亦可優(yōu)選衰減控制部件50為耐腐蝕的不銹鋼制件，不銹鋼制件材料均勻，性能穩(wěn)定且不易腐蝕，使用壽命較長(zhǎng)，更能符合實(shí)際的生產(chǎn)加工以及使用需求；當(dāng)然，實(shí)際選用時(shí)亦可采用其他類似特性材料，以實(shí)現(xiàn)能夠?qū)е娄律渚€衰減功能為準(zhǔn)。進(jìn)一步的，所述衰減控制部件50呈板狀，且板狀衰減控制部件50的與β射線放射源20的放射出口端相貼靠的一端為平面，與β射線放射源10的放射出口端相背離的一端為斜面；所述動(dòng)力單元包 括自上而下穿過衰減控制部件50、并與衰減控制部件50固定聯(lián)接的軸部51,所述動(dòng)力單元還包括驅(qū)動(dòng)軸部51轉(zhuǎn)動(dòng)和/或平動(dòng)的電機(jī),其具體結(jié)構(gòu)可參照?qǐng)D1-2所示。對(duì)于衰減控制部件50的具體結(jié)構(gòu)及操作模式，此處圖示中給出兩種實(shí)施結(jié)構(gòu)，也即或采用電機(jī)M驅(qū)動(dòng)軸部51轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而起到使衰減控制部件產(chǎn)生沿該軸部軸心的垂直β射線照射方向的垂直方向的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作，此時(shí)該軸部51也即形成了類似轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)；同樣，此處亦可采用如圖1所示的電機(jī)M驅(qū)動(dòng)衰減控制部件沿β射線照射方向的垂直方向作往復(fù)直線動(dòng)作，而所述衰減控制部件50外形呈楔形塊狀且該楔形塊狀衰減控制部件50的厚度變化為由其沿其動(dòng)作方向漸厚或漸薄布置，從而依靠軸部51本身作為連接件的功用，最終起到連接電機(jī)與衰減控制部件50并最終實(shí)現(xiàn)β射線在其照射方向上的衰減目的。更進(jìn)一步的，所述衰減控制部件50的沿平行于軸部51軸線的平面上的投影為圓形，所述軸部51在圓形投影上的位置偏離該圓形的中心。換句話說，此處衰減控制部件50外形呈類似楔形板狀的圓板部件，而軸部51則與衰減控制部件50整體形成偏心輪式結(jié)構(gòu)，從而最終依靠軸部51的轉(zhuǎn)動(dòng)或平動(dòng)而起到驅(qū)動(dòng)衰減控制部件50產(chǎn)生厚薄變化的目的。
實(shí)際上，對(duì)于衰減控制部件50相對(duì)于β射線放射源10的動(dòng)作關(guān)系，可視情況而定，而并不拘泥于采用前述的軸部51結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)衰減控制部件50的平動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)操作；如采用楔形結(jié)構(gòu)的衰減控制部件50，并使用如電磁伸縮或機(jī)械拖拉的方式以使衰減控制部件50產(chǎn)生直線方向上的往復(fù)動(dòng)作，能實(shí)現(xiàn)衰減控制部件50的厚度在β射線放射源20照射路徑上的厚度變化；而如采用熱膨脹的方式，并使衰減控制部件50本身材質(zhì)為熱變形體，以通過加熱升溫或降溫操作而使該衰減控制部件50產(chǎn)生感溫后的厚度變化，同樣也可實(shí)現(xiàn)前述的通過改變穿透的物體厚度而實(shí)現(xiàn)對(duì)于PM濃度的測(cè)量效果。為便于讀者理解，此處對(duì)于前述的穿透的物體厚度與PM濃度的數(shù)字對(duì)應(yīng)及原理關(guān)系，作以下進(jìn)一步說明:此處考慮一束初始強(qiáng)度為Itl的單能電子束，當(dāng)穿過厚度為d的物質(zhì)時(shí)，強(qiáng)度減弱為I，其示意圖見圖3。強(qiáng)度I隨厚度d的增加而減小且服從指數(shù)規(guī)律，可表示為可表示為
權(quán)利要求
1.一種測(cè)顆粒物濃度的方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)、任取顆粒采樣機(jī)構(gòu)在某一時(shí)刻通過PIV測(cè)量橫截面的粒子圖像，通過數(shù)字圖像處理獲取每個(gè)粒子的大小，形狀以及體積，指定該地區(qū)氣溶膠成分變換不大，干燥大氣顆粒物物質(zhì)密度不變，則通過以下公式計(jì)算出每種粒子的質(zhì)量: Mi=Vi.δ j 其中=Mi為每種粒子的質(zhì)量； Vi為每個(gè)粒子的體積； δ i為干燥大氣顆粒物物質(zhì)密度。
2)、顆粒采樣機(jī)構(gòu)的流量是已知的，當(dāng)測(cè)量時(shí)間一定時(shí)，通過以下公式計(jì)算得出總共采樣的空氣體積:V=Q.T 其中:V為總共采樣的空氣體積； Q為指定測(cè)量時(shí)間內(nèi)的顆粒采樣機(jī)構(gòu)的流量； T為測(cè)量時(shí)間。
3)、由上述每種粒子的質(zhì)量(Mi)以及總共采樣的空氣體積(V)，就可以算出每個(gè)粒子的單位濃度(S): δ =ZMiA δ也就是待測(cè)的PM顆粒物濃度。
2.一種應(yīng)用如權(quán)利要求1所述方法測(cè)顆粒物濃度的裝置，包括顆粒物采樣機(jī)構(gòu)、濾帶傳送機(jī)構(gòu)、β射線放射機(jī)構(gòu)以及β射線接收測(cè)量機(jī)構(gòu)；所述顆粒物采樣機(jī)構(gòu)包括大氣采樣器(10 )以及氣泵(20 )，所述氣泵(20 )進(jìn)氣口與大氣采樣器(10 )出氣口彼此順延對(duì)接設(shè)置且濾帶傳送機(jī)構(gòu)帶體穿設(shè)于其對(duì)接面處布置；所述β射線放射機(jī)構(gòu)包括β射線放射源(30);所述濾帶傳送機(jī)構(gòu)包括濾帶(40),濾帶傳送機(jī)構(gòu)還包括用于承托濾帶(40)并使濾帶(40) 在大氣采樣器(10)出氣口和β射線放射源(30)放射出口之間往復(fù)移動(dòng)的第一濾帶輪(41)和第二濾帶輪(42)，其特征在于:本裝置還包括用于輔助測(cè)量顆粒物濃度的補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，所述補(bǔ)償機(jī)構(gòu)包括厚度均勻連續(xù)變化的衰減控制部件(50)，所述衰減控制部件(50)緊靠在β射線放射源(30)的放射出口端，所述補(bǔ)償機(jī)構(gòu)還包括驅(qū)動(dòng)衰減控制部件(50)動(dòng)作以使得穿過衰減控制部件(50)的β射線強(qiáng)度均勻連續(xù)變化的動(dòng)力單元； 本裝置還包括布置于大氣采樣器(10)出氣口與濾帶(40)帶面之間間隙處的用于測(cè)算已通過粒子流速、大小及形狀的PIV單元(60)，所述PIV單元(60)的光路照射方向與待測(cè)粒子行進(jìn)方向相交設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于β射線和PIV法測(cè)顆粒物濃度的裝置，其特征在于:所述PIV單元(60)的光路照射方向平行濾帶(40)紙面方向布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于β射線和PIV法測(cè)顆粒物濃度的裝置，其特征在于:所述衰減控制部件(50)為金屬制件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于β射線和PIV法測(cè)顆粒物濃度的裝置，其特征在于:所述衰減控制部件(50)為耐腐蝕的不銹鋼制件。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于β射線和PIV法測(cè)顆粒物濃度的裝置，其特征在于:所述衰減控制部件(50)呈板狀，且板狀衰減控制部件(50)的與β射線放射源(30)的放射出口端相貼靠的一端為平面，與β射線放射源(30)的放射出口端相背離的一端為斜面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于β射線和PIV法測(cè)顆粒物濃度的裝置，其特征在于:所述動(dòng)力單元包括自上而下穿過衰減控制部件(50)、并與衰減控制部件(50)固定聯(lián)接的轉(zhuǎn)軸(51),所述動(dòng)力單元還包括驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸(51)轉(zhuǎn)動(dòng)和/或平動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于β射線和PIV法測(cè)顆粒物濃度的裝置，其特征在于:所述衰減控制部件(50)的沿平行于轉(zhuǎn)軸(51)軸線的平面上的投影為圓形，所述轉(zhuǎn)軸(51)在圓形投影上的 位置偏離該圓形的中心。
全文摘要
本發(fā)明屬于大氣顆粒物濃度測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域，具體則涉及一種基于PIV測(cè)速方式來測(cè)顆粒物濃度的方法及應(yīng)用該方法的裝置。其方法包括以下步驟獲取每個(gè)粒子的大小，形狀以及體積，計(jì)算出每種粒子質(zhì)量；已知流量和測(cè)量時(shí)間，計(jì)算得出總共采樣空氣體積；計(jì)算出待測(cè)的PM顆粒物濃度。該方法不但測(cè)算方便快捷，且計(jì)算精度均可得到有效保證。其裝置包括顆粒物采樣機(jī)構(gòu)、濾帶傳送機(jī)構(gòu)、β射線放射機(jī)構(gòu)以及β射線接收測(cè)量機(jī)構(gòu)；本裝置還包括衰減控制部件和動(dòng)力單元，衰減控制部件緊靠在β射線放射源的放射出口端；本裝置還包括PIV單元。本裝置使用安全可靠，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而實(shí)用，占地面積及維護(hù)效率都可以相應(yīng)得到顯著增強(qiáng)，而且測(cè)量精度較高。
文檔編號(hào)G01N15/06GK103245601SQ20131014151
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月23日
發(fā)明者李保生, 鄧遷, 李正強(qiáng), 陳麗娟, 黃小濆 申請(qǐng)人:合肥福瞳光電科技有限公司
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