[发明专利]一种可测量多种颗粒物质量浓度的方法和系统

说明书

本发明提供一种可测量多种颗粒物质量浓度的方法，包括如下步骤：获得大量设定直径的颗粒，并得到包含了上述颗粒的被测气体，用光电传感器测量被测气体中上述颗粒，得到对应的测量值和与所述设定直径对应的电压阈值；计算出其它直径所对应的电压阈值；对光电传感器设置测量不同颗粒物直径的电压阈值；用标准仪器测量上述被测气体中小于或等于设定直径的所有颗粒物的质量浓度，用光电传感器按照所述设定直径的颗粒对应的电压阈值测量被测气体，得到信号值，然后根据质量浓度和信号值算出光电传感器的测量参数；用测量参数对光电传感器进行设定，结合之前计算的不同颗粒物直径所对应的电压阈值，可用光电传感器测量不同颗粒物的质量浓度。

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，尤其涉及一种颗粒物质量浓度的测量方法及系统。

背景技术

随着城市人口的增长和工业化发展，例如工业锅炉、窑炉、机动车辆猛增、室内装修等，会导致空气中污染物排放和悬浮颗粒物大量增加，当人体吸入后，会引发很多病变，例如呼吸道感染，引发哮喘、肺炎及肺癌，对于一些如出灰、修炉、固体燃料粉碎、输送，木料加工、木型制作等生产过程中，现场作业人员长期吸入较高浓度粉尘，若不及时检测和有效预防，可引发尘肺病及其他职业病。因此，世界各国都对空气中颗粒物进行深入研究并加以控制，常用的检测方法有称重法、β射线吸收法、激光散射法等。

称重法是一种传统的对颗粒物测量方法，其利用空气流体力学的原理，将空气中颗粒物采集到已经恒重的滤膜上，根据采样前后的滤膜重量之差及采样总体积，计算出颗粒物的重量浓度。该方法是一种手工测量方法，其日均浓度检出限较低、准确度较高，滤膜可用于组分分析，但是对测量仪器维护工作量大，质控繁琐，也费事费力，成本高、仪器笨重，工作对象局限于一段时间内颗粒物质量总和，较难实现实时监测，不适和在民用领域应用。

β射线吸收法是依据β射线通过被测介质时，粒子与介质中的电子相互碰撞损失能量而被吸收，它测量的是β射线通过物质时的衰减特性，是一种间接的测量方法，但最小仅可测量到小时均值，无法实现在线实时监测，且滤膜无法用于组分分析，同时，由于β射线无法分辨水滴与固态颗粒物，通常仪器的工作湿度条件只能小于95％，对于潮湿多雨的环境下会严重影响测量结果。

为了满足实际测量要求，对颗粒物测量仪器的可重复性、精确性、低成本化等提出要求，近年来随着光电传感器、信号放大器等技术的发展，激光散射法成为人们的首选，其原理为：来自光源的光束照射到含有待测颗粒的某一空间(测量区)内，从而发生散射，散射光经光电接收器转换后变为电信号，经放大器放大后，可根据光散射理论计算出测量区内颗粒物的质量浓度。

光散射法测量准确、精度高、重复性好，测量速度快，为在线式直读测量方式，无需采样，可实时连续给出颗粒物浓度的瞬时值；但采用光散射法，受不同颗粒物的粒径分布、折射率等的影响，故需要研制样机、适时对参数进行校准，并开展多方面比对试验，便于检验和测试仪器性能，分析影响测量结果的干扰因子等。目前市场上的检测仪器，仅能实现单通道检测，文献：CN105092442A，提出一种细颗粒物测量装置及测量方法，仅能用于检测空气中粒径小于2.5μm的颗粒物含量，不能同时实现多通道检测；文献CN106290091A，提出一种激光粒子质量浓度检测仪的标定方法，采用向密闭校准空间内注入香烟，用风扇搅拌均匀，开启净化器，通过激光粒子计数器对密闭校准空间内气体中的粒子含量进行采样，将激光粒子计数器采样数据和各待定的检测仪采样数据进行线性拟合，将线性拟合参数写入各特标定的PM2.5检测仪，该方法也仅是对单通道PM2.5检测仪进行标定，不能解决在不同环境下一台测试仪器采用一个恒定的标定系数同时实现多通道检测。

综上，就现有技术来说，若想实现多通道、低成本检测，需分别对不同环境下、不同粒径空气中悬浮颗粒物进行检测、标定，受限于颗粒物的纯度及粒径大小，颗粒物的种类或粒径范围发生改变，都会导致参数值的变更，当测量环境发生改变时，需要分别对参数值进行修正，分析程序复杂，成本高，不适合在民用领域推广及应用。

发明内容