一种便携式大气颗粒物浓度的监测机构的制作方法

本实用新型属于大气颗粒物监测技术领域，尤其涉及一种便携式大气颗粒物浓度的监测机构。

背景技术：

近年来,伴随着城市化、工业化进程的不断推进,大气颗粒物已成为影响我国城市环境空气质量的首要污染物,尤其是春季浮尘天气,秋季秸秆焚烧期及冬季采暖期。颗粒物主要指可吸入颗粒物(pm10即空气动力学当量直径小于等于10μm的颗粒物)和细颗粒物(pm2.5即空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物),分为一次颗粒物和二次颗粒物。

目前市面上监测仪体型大、结构复杂、携带不方便，而且测试过程不稳定，导致测量误差。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种便携式大气颗粒物浓度的监测机构及监测方法，用于解决现有技术中大气颗粒物浓度的监测机构中的种种缺陷。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供了一种便携式大气颗粒物浓度的监测机构，所述监测机构包括采样杆和监测主机，所述采样杆的一端连接大气，另一端连接所述监测主机，所述监测主机包括：箱体,所述箱体表面具有一显示器；驱动装置，位于所述箱体内，所述驱动装置包括气口运动单元和纸带运动单元，用于形成气路；密封装置，位于所述箱体内，密封所述气路以形成连通的气路；流量控制装置，连接所述气路，用于控制大气颗粒物在所述气路内的流量；检测装置，连接所述驱动装置，检测所述气路内的所述大气颗粒物的浓度；其中，所述纸带运动单元包括，纸带、第一带盘、与所述第一带盘传动连接的第二带盘、支撑轮，以及第一电机，所述第一带盘的转轴连接所述第一电机，所述第二带盘与所述第一带盘传动连接，所述纸带经所述第二带盘、所述支撑轮、所述检测装置卷绕在所述第一带盘上，所述第一带盘与所述第二带盘之间具有5-15cm的间距，所述检测装置的表面具有圆弧面。

在本实用新型公开的一具体实施方式中，所述第一带盘的固定位置高于所述第二带盘。

在本实用新型公开的一具体实施方式中，所述第二带盘的转轴表面套设有弹簧。

在本实用新型公开的一具体实施方式中，所述气口运动单元包括第二电机、轴承、套设在所述轴承表面的连接套、升降单元，所述轴承通过所述第二电机和所述连接套带动所述升降单元上下运动。

在本实用新型公开的一具体实施方式中，所述第二电机和所述连接套之间具有限位块。

在本实用新型公开的一具体实施方式中，所述检测装置包括，β射线检测单元；数据处理单元，连接所述β射线检测单元；其中，所述β射线检测单元包括位于所述运动部腔内的β射线放射源和与β射线放射源相对设置的β射线接收测量单元，所述β射线放射源和所述β射线接收测量单元之间放置所述纸带。

在本实用新型公开的一具体实施方式中，所述密封装置为发泡的o型圈。

在本实用新型公开的一具体实施方式中，所述监测机构还包括动态加热装置，所述动态加热装置套设在所述采样杆上，用于对所述大气颗粒物进行加热。

本实用新型还公开一种大气颗粒物浓度的监测方法，所述方法包括使用如上所述的便携式大气颗粒物浓度的监测机构监测所述大气颗粒物的浓度。

本实用新型提供了一种便携式大气颗粒物浓度的监测机构及监测方法，根据本实用新型提供的便携式大气颗粒物浓度的监测机构，所述纸带运动单元利用所述第一带盘和所述第二带盘之间的高度差和间距差，以及所述检测装置表面圆弧面的设置，提高带盘在转动过程中纸带的稳定性，并提高所述检测主机内的容纳空间的容纳效率，缩小监测机构的体积。此外，所述驱动装置利用连接套和轴承的转动带动所述气口运动单元与纸带运动单元接触和分离，通过所述轴承驱动产生相对滚动，消除异声，不仅运动省力且效率高，本实用新型的便携式大气颗粒物浓度的监测机构，结构简单紧凑、携带方便。其他特征、益处和优势将通过本文详述的包括说明书和权利要求在内的本公开而显而易见。

附图说明

图1显示为本实用新型的便携式大气颗粒物浓度的监测机构一具体实施方式的结构示意图。

图2显示为图1中的监测机构的正向剖视图。

图3显示为图1中的监测机构的俯视图。

图4显示为本实用新型的便携式大气颗粒物监测机构的监测方法一具体实施方式的的流程示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

请参阅图1至图3，本实用新型提供一种便携式大气颗粒物浓度的监测机构的一具体实施方式。本实用新型的便携式大气颗粒物浓度的监测机构，用于检测空气中所含有的悬浮微粒浓度，所述悬浮微粒例如为，pm2.5大气颗粒物或pm10大气颗粒物。

具体地，请参阅图1，所述便携式大气颗粒物浓度的监测机构包括：采样杆(图中未示出)和监测主机100。所述采样杆的一端，例如，进气口，连接大气，另一端，即出气口，连接所述监测主机100。采样杆的形状和材料没有特别的限定，例如管状玻璃，用于采集并输送所述大气颗粒物至监控主机100内，进一步地，采样杆外面套设有例如不锈钢件，对所述采样杆进行保护。

需要说明的是，在实际使用过程中还可以设置一切割头(图中未示出)，所述切割头位于所述采样杆的顶端。通过更换切割头1的类型(如pm10、pm2.5、tsp)来切割不同粒径，测试不同粒径的大气颗粒物的浓度。

请接着参阅图1至图3，所述监控主机100包括，箱体101、驱动装置、密封装置、流量控制装置以及检测装置，用于接受并获取来自所采样杆的大气颗粒物的浓度。

请接着参阅图1，所述箱体101的顶端开设有连接所述采样杆出气端的开口10，所述箱体101的材料和形状没有特别的限定，例如具有一定强度和刚度的壳体，用于容纳所述驱动装置和所述检测装置，具体地，例如为钢铸箱体、钢板焊接的箱体、塑胶箱体。本实用新型提供的便携式大气颗粒物浓度的监测机构为便携式的装配机，所述箱体与所述箱体内的器件一体成型，不可拆卸，所述箱体101的尺寸具有例如的25-40cm长度、35-50cm的宽度、25-40cm的高度。

请接着参阅图1，所述箱体101的表面具有一显示器101a，例如液晶显示器。用于将实时反映测量的数据。

请接着参阅图1，所述箱体101内具有一固定板102，与所述箱体101一体成型，将检测主机100分为外侧单元和内侧单元，便于安装和固定所述监测主机100内的器件。

请参阅图2和图3，图2示出了透过所述箱体101的剖视图，所述驱动装置位于所述箱体101内，包括气口运动单元和纸带运动单元，通过所述气口运动单元与所述纸带运动单元的接触和分离，形成可供如下所述的检测装置进行检测的气路。具体地，在本实用新型公开的一具体实施方式中，所述纸带运动单元包括纸带201、第一带盘202、与所述第一带盘202传动连接的第二带盘203、支撑轮204，以及第一电机205。所述气口运动单元包括第二电机206、轴承207、套设在所述轴承表面的连接套(图中未示出)、升降单元。

需要说明的是，所述纸带201例如采用在50-100g/m2范围内的玻璃纤维膜或石英膜，用于富集来自所述采样杆和气口运动单元内的所述大气颗粒物，并为如下所述检测装置提供直接的测试对象。

请接着参阅图2，所述第一带盘202和第二带盘203，用于承托纸带201，所述第一带盘202的转轴202a连接所述第一电机205，所述第二带盘203与所述第一带盘202传动连接。例如，所述第二带盘203的转轴203a安装在所述固定板102上，在所述固定板102上自由转动，所述第一带盘202的转轴202a通过纸带201与所述第二带盘203上的转轴203a传动连接。所述纸带201经所述第二带盘203、所述支撑轮204、所述检测装置卷绕在所述第一带盘202上。

请接着参阅图2，需要说明的是，所述第一带盘202和所述第二带盘203具有不同的高度，例如所述第一带盘202在固定板102上的位置高于所述第二带盘203在固定板102上的的位置，使得所述纸带201经过所述检测装置卷绕在所述第一带盘202上时，所述纸带201的出口端与所述检测装置之间的角度α符合预期，进一步地，具有40-75度，避免在卷绕过程中纸带出现断裂情况。当所述角度低40度时，夹角过小，纸带受力不均，易出现断裂，当所述角度高于75度时，所述第一带盘202的位置过于靠近所述检测装置，所述第一带盘202卷绕过程中易碰到如下详述的所述检测装置，造成检测条件不稳定，且阻挡其他器件的装配。进一步地，所述第一带盘202与所述第二带盘203之间具有5-15cm，例如10cm的间距，所述第一带盘202和所述第二带盘203例如通过上述范围内的布置，可以良好地保证测试过程中的稳定性且避免纸带201在卷绕过程中出现断裂情况。

需要说明的是，所述检测装置的表面具有圆弧面，提高所述纸带201伸出时平缓的过度至所述第一带盘202上，进一步地避免纸带在卷绕过程中出现断裂。

所述第二带盘203的转轴203a表面套设有弹簧(图中未示出)，用于卡紧第二带盘203，使得所述第二带盘203在未进行转动时，可以张紧，从而避免第二带盘203不易控制而使纸带201松弛，导致无法进行测试的问题。

请接着参阅图2，所述支撑轮204通过转轴安装在所述固定板102上，所述支撑轮204与所述驱动装置的升降单元位于同一高度的位置，用于将纸带201顺利引入所述驱动装置的升降单元处，所述支撑轮204的材料例如为柱状的金属轮，所述支撑轮204的表面的磨砂的表面。

请参阅图1至图3，在本实用新型公开的一具体实施方式中，在所述箱体101内，所述第一电机205位于固定板102的一侧，即内侧单元，纸带201、第一带盘202、第二带盘203、支撑轮204位于固定板102的另一侧，即外侧单元，所述第一带盘202的转轴202a贯穿所述固定板102连接所述第一电机205。进一步地，所述固定板102上安装有多个支架，用于支撑纸带201、第一带盘202、第二带盘203、支撑轮204以及第一电机205。

需要说明的是，所述第一电机205和第二电机206，没有特别限定，例如可以采用爪极电机，分别通过布置在所述箱体101内的光电开关(图中未示出)控制所属第一电机205和第二电机206的转动步数。

请接着参阅图1和图3，所述轴承207，例如滚珠轴承，通过所述第二电机206和所述连接套208，进一步例如为偏心轴套，带动所述升降单元上下运动。具体地，轴承座内的滚珠轴承通过连接套208连接所述第二电机206，另一端连接所述升降单元，当所述第二电机206转动时，所述连接套208带动轴承绕第二电机206公转，同时所述轴承自转带动过所述升降单元上下往复运动，使得所述气口运动单元与所述纸带运动单元的接触和分离。

请返回参阅图2，在本实用新型公开的一具体实施方式中，所述固定部209和运动部210组成升降单元。所述固定部209例如固定在所述固定板102上，所述固定部203的端面上开设有连接所述轴承以及连接套的贯穿孔，所述固定部209内开设有连通所述采样杆的第一气路，用于接收并输送来自采样杆的大气颗粒物。所述运动部210，活动连接在所述固定板102上，并与所述固定部209传动连接，例如所述固定部209上设有主动轴并通过联轴器与所述运动部210上的从动轴传动连接，带动所述运动部210上下运动，所述运动部210内开设有与第一气路相对应的第二气路，用于接收并输送来自第一气路的大气颗粒物。所述固定部209与所述运动部210之间具有所述第一密封装置301，对固定部203与所述运动部204之间的气路进行密封，从而使得升降单元升降过程中形成连通的气路。应当理解，这里仅是列举了升降单元的一具体实施方式，任何能够实现将所述气口运动单元和所述纸带运动单元接触和分离的升降单元均应当涵盖在本实用新型要求保护的范围内。

请接着参阅图1至图3，所述第二电机206位于固定板102的一侧，即内侧单元，例如由固定部209和运动部210组成的升降单元，位于固定板102的另一侧，即外侧单元，所述连接套208贯穿所述固定板102连接所述升降单元的固定部209。进一步地，所述第二电机206和所述连接套208之间具有限位块206a，位于靠近所述固定板102的内侧单元处，使得所述第二电机206转动过程稳定，避免本实用新型提供的监测机构转动异常导致测量误差。进一步地，所述固定板102上安装有多个支架，用于支撑第二电机206、轴承207、连接套208、升降单元上的固定部209和运动部210。

在进行大气颗粒物浓度的监测作业时，所述第一电机205启动转动，所述第二带盘203随第一带盘202的转动而转动，带动所述第二带盘203上的空白纸带向前移动，并在一个测量周期内，空白纸带固定，经如下所述的检测装置检测所述空白纸带的数据；接着所述第二电机206a启动转动，所述气口运动单元的升降单元向下运动，所述气口运动单元的气口接触所述空白纸带，并经所述密封装置密封形成连通的气路，接着经如下所述的流量控制装置的控制，所述空白纸带吸附来自连通所述采样杆中的大气颗粒物，所述第二电机206再次转动，所述气口运动单元的升降单元向上运动，所述气口离开已吸附大气颗粒物的纸带，气路断开，并经如下所述的检测装置进行检测获取所述大气颗粒物的浓度，此时一个测量周期结束，所述第一电机205再次转动，所述吸附后的纸带继续前进，卷绕在第一带盘202上，同时带动第二带盘203上的下一段空白纸带前进，并进入下一个测量周期。

请返回参阅图2，所述密封装置位于所述箱体101内，用于形成连通的气路，具体地，在本实用新型公开的一具体实施方式，所述密封装置具有第一密封装置301和第二密封装置302，分别位于所述驱动装置和检测装置上，对所述大气颗粒物的进出监测主机100的气路进行密封，形成连通的气路。

请接着参阅图2，具体地，所述第一密封装置301位于所述驱动装置中的升降单元的固定部209和运动部210之间，在所述升降单元向下运动的过程中，所述运动部210远离固定部209，所述气口接触纸带，第一密封装置301膨胀密封，对上腔进行密封，气路连通；在所述升降单元向上运动的过程中，所述运动部210靠近固定部209，所述气口远离纸带，气路断开，第一密封装置301压缩。

请接着参阅图2，所述第二密封装置302位于所述检测装置的下端，从而对下腔进行密封。

需要说明的是，所述第一密封装置301和第二密封装置302例如为相同或不同的o型密封圈，例如发泡的o型圈，所述密封圈例如具有5mm-20mm直径。但应当理解，所述第一密封装置301和/或第二密封装置302包括但不限于o型密封圈，任何能够实现驱动装置在大气颗粒物浓度的测量过程中的形成连通的气路的密封装置均应当涵盖在本实用新型要求保护的范围内。

请接着参阅图1和图3，所述流量控制装置连接所述气路，用于控制大气颗粒物在所述气路内的流量。所述流量控制装置包括气泵(图中未示出)和固定在气泵进气口的流量阀401、流量传感器(图中未示出)、流量计(图中未示出)，气泵例如外置在监测主机100的附近，流量阀位于所述监测主机100的固定板102的内侧单元中，并通过阀管与所述监测主机100上的出气口402连通，进而连接所述气路，经气泵对体系进行抽气。流量阀例如使用偏心轮流量阀。在本实用新型提供的便携式大气颗粒物浓度的监测机构，所述流量控制装置对来自于整个体系的气路进行间歇性抽气，在进行监测作业时，形成测量周期，例如气泵不抽气时，颗粒物不流动，气泵抽气时，大气颗粒物按照预定的流量，例如1-10l/min，向纸带201的方向进行流动，并从气路中排出体系。

在进行大气颗粒物浓度的监测作业时，在一个测量周期内，空白纸带固定，气泵关闭，气泵不抽气，所述检测装置对空白纸带进行检测，获取第一监测浓度；所述气口运动单元的升降单元向下运动，所述气口接触所述空白纸带，并经所述密封装置密封形成连通的气路，气泵启动，气泵抽气，来自连通所述采样杆的气路中的大气颗粒物富集在所述空白纸带上，气泵关闭后，所述气口离开所述空白纸带，所述检测装置对吸附大气颗粒物的纸带进行检测，获取第二监测浓度，经预设的比值关系获取所述大气颗粒物的浓度。

请接着参阅图2，所述检测装置连接所述驱动装置，用于检测并获取大气颗粒物的浓度。在本实用新型公开的一具体实施方式中，所述检测装置包括，位于所述运动部210腔内的β射线放射源501、β射线放射源相对设置的β射线接收测量单元502，以及数据处理单元(图中未示出)。

请接着参阅图2，在本实用新型公开的一具体实施方式，由所述β射线放射源501和与β射线放射源相对设置的β射线接收测量单元502组成β射线检测单元，经所述β射线法监测所述大气颗粒物的浓度。所述β射线放射源501设置于所述驱动装置的运动部210腔内，靠近所述第二气路。β射线放射源501和与β射线接收测量单元502相对设置，二者之间放置所述纸带201。所述β射线放射源501、β射线放射源相对设置的β射线接收测量单元502和纸带201之间的相对位置保持不变，两次测量条件保持一致。

具体地，当β射线穿过一定厚度的吸收物质时，其强度随吸收层厚度增加而逐渐减弱，产生β吸收，当吸收物质的厚度比β粒子的射程小很多时，β射线在物质中的吸收，近似为：

式中，i0为没有吸收物质时的强度，i为β射线穿过厚度为tm的吸收物质后的强度，um称为质量吸收系数，单位为cm²/g；tm称为质量厚度，单位为g/cm²，

检测装置记录下β射线通过纸带201时强度i1，由式(1)得：

接着，经流量控制装置通过采样杆采集气路抽入一定量的空气，大气颗粒物富集在所述纸带上；

接着，检测装置记录下β射线通过滤纸时强度i2，由式(2)得：

式中，δm的单位为大气颗粒物的质量厚度g/m3，当所述检测条件保持一致时，i0在整个测量过程中保持不变，由式(2)和(3)得：

δm即，每立方米空气中大气颗粒物的含量密度，经所述数据处理单元计算所述空气中的大气颗粒物的浓度并显示。

具体地，数据处理单元包括采集器、处理器、存储器、电路控制系统，以及显示器503；采集器输入端与β射线接收测量单元502的输出端连接，采集β射线接收测量单元502的电信号，采集器的输出端连接处理器的输入端，处理后的测量数据经处理器的输出端存储于第一存储器内；存储器连接显示器，显示所述测量结果。

请返回参阅图1和图3，在进行大气颗粒物浓度的监测作业时，在一个测量周期内，空白纸带固定，所述气口运动单元的升降单元向下运动，所述气口接触所述空白纸带，并经所述密封装置密封形成连通的气路，接着经如下所述的流量控制装置的控制，将所述大气颗粒物富集在所述纸带201的表面，接着所述β射线放射源501分别依次照射所述纸带201，形成尘斑，并由β射线接收测量单元502接收，并传递至所述数据处理单元，进而获取所述空气中的大气颗粒物的浓度。

请返回参阅图1，所述便携式大气颗粒物浓度的监测机构还包括动态加热装置，所述动态加热装置包括固定在采样杆上的动态加热器(图中未示出)，用于监测采样杆内空气温湿度，该动态加热器检测的空气温湿度数据传输至检测装置并由检测装置控制其加热工作，如控制动态加热器启动、关闭、调节加热功率。所述动态加热系统例如可以包括保温棉，以及防水外壳，使得所述便携式大气颗粒物浓度的监测机构可以在室外使用。

请参阅图4，本实用新型也公开了一种空气中的大气颗粒物浓度的监测方法，所述方法包括：步骤s1-s2。

步骤s1，提供所述便携式大气颗粒物浓度的监测机构。

步骤s2，由所述便携式大气颗粒物浓度的监测机构以一定的流量采集所述空气中的大气颗粒物，并计算所述空气中的大气颗粒物的浓度。

具体地，在一个周期内，纸带固定：气口运动单元的气口位于原位，而远离所述纸带运动单元的空白纸带，所述气泵关闭，所述检测装置照射检测空白纸带表面，取测得表面数据作为检测数据。例如通过β射线放射源和β射线接收测量机构来取得检测数据，即β射线通过空白纸带时强度i1。

气口运动单元的气口接触所述纸带运动单元的纸带，气泵启动，使气体从流经采样杆进入监测主机100后，依次穿过纸带201，使大气颗粒物富集在可供检测的区域内，并经由气泵抽气排出监测主机100后。

气口运动单元的气口位于原位，而远离所述纸带运动单元的空白纸带，所述气泵关闭，所述检测装置照射检测富集有大气颗粒物的纸带表面，取测得表面数据作为检测数据。例如通过β射线放射源和β射线接收测量机构来取得检测数据，即β射线通过富集有大气颗粒物的纸带时强度i2。

根据所述数据处理单元内存储有预设的比值关系，即计算所述空气中的大气颗粒物的浓度，显示测量结果。

本实用新型通过便携式大气颗粒物浓度的监测机构，在预定周期内，保持检测装置的高度不变，并通过控制流量控制装置，在纸带的同一位置处分别检测未吸附的空白纸带处的光斑强度和已吸附大气颗粒物的纸带处的光斑强度，完成所述测试周期。通过这样的检测方法，测试灵敏、方便，数据可靠。

综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。