CN107063954B - 一种误差校正控制系统、β测尘仪消除滤带误差的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种误差校正控制系统以及消除滤带质量误差的方法。该系统包括定标模块(11)、空白基准确认模块(12)、校正值计算模块(13)、单位面积集尘量计算模块(14)、颗粒物浓度输出模块(15)：定标模块(11)对空白滤带计数值和标准膜片计数值的处理，将定标数据储存；空白基准确认模块(12)确定空白计数基准值及基准点；校正值计算模块(13)将采样前的空白滤带质量计数值与基准点的质量差设为校正值；单位面积集尘量计算模块(14)对采样后的质量增量校正；颗粒物浓度输出模块(15)计算校正后的可吸入颗粒物浓度。本发明的系统和方法在不增加任何外部条件情况下，解决了因滤带质量不均匀造成β吸收式测尘仪输出误差的问题。

Description

一种误差校正控制系统、β测尘仪消除滤带误差的方法

技术领域

本发明涉及β吸收式测尘仪误差校正领域，尤其涉及一种误差校正控制系统、测尘仪以及消除滤带质量误差的方法。

背景技术

利用射线传感器和相关的电子学电路，可将放射源辐射的β射线转换成电子脉冲(频率)。由于低能(<1MeV)β射线穿过物质时其能量被物质吸收而衰减，且研究表明衰减的程度和穿过物质的质量有关，因此，脉冲频率的变化也就和穿透物质的质量有关。“β吸收式测尘仪”即利用了这一原理进行测量。

为了消除因放射源的涨落现象引起的误差，“β吸收式测尘仪”在工作时需对脉冲频率进行计数统计(一般为2分钟)。

β射线衰减关系由下式描述：

其中：I₀：β源的辐射强度

I：β辐射穿过物质后的强度

K:仪器修正系数(cm²/mg)

Δmt:被穿过物质单位面积上的总质量(mg/cm²)

在一定条件下，计数频率N正比于辐射强度I，即：

“β吸收式测尘仪”的取样方法为滤带过滤式。设未采样的空白滤带单位面积质量为Δmt；采样后的单位面积质量增量为Δm；统计计数时间为Ts；在空白滤带上的计数值为N1；采完样后的计数值为N2，则：

可以解出：

Δm＝1/k ln(N1/N2) ⑤

“β吸收式测尘仪”的输出公式：

C＝Δm/V＝Δm/T_AC*Q ⑥

其中：Δm:单位面积集尘量(mg/cm²)

V:采样气体体积(m³)

T_AC:采样时间(h)

Q:气体流量(m³/h)

“β吸收式测尘仪”的工作流程是：

移动滤带到工作位点(放射源与探测器之间)→空白滤带计数(N1)→原位置采样→对样品质量计数(N2)→根据⑤式计算后得到单位面积质量的增量→输出结果，如图1，这是一个工作周期，且可以根据情况循环工作下去，并根据单位面积集尘量求得可吸入颗粒物浓度。

使用前，需要用一个已知质量(Δm)的“标准膜片”对仪器进行校准(刻度)，即依据β射线衰减关系式③④，以求取仪器的K值。通常，“β吸收式测尘仪”的定标流程是：

固定滤带在放射源与探测器之间(工作点位)后，先在空白滤带上进行N1计数并手工记录，待其结束后，抬起压头，将标准质量膜片插入(叠加在)工作点位的空白带上，即在相同位置上插入已知质量(Δm)的“标准膜片”进行N2计数，并手工记录此值。N2结束后即为一个定标周期的结束。重复这样的周期不低于10次。对N1，N2进行统计计算，并按上述公式求出K值并保存。K值将作为仪器的固有参数参与监测结果的输出。定标过程如图2。

通过上述定标过程可以看出：滤带上的各点空白质量若均匀相等，则K值不变的；若不相等，则在不同点刻度的K值将有差异。而现有的“β吸收式测尘仪”(PM2.5/PM10)都是以过滤方式进行取样工作的。所用的滤带尽管来源不同，但因制造工艺的缘故，都存在各点质量不均匀的问题，只是不均匀程度上的差别。而“β吸收式测尘仪”的工作原理决定了，“滤带必须满足均匀一致才能避免现有测尘仪的质量误差”这一特点。虽然现有技术也发现了滤带的不均匀问题，且几十年来大家都在提高滤带的质量，但事实上还是没有根本解决滤带不均匀的问题，或者因为额外增加了外部设备或其他条件，反而造成其它更多的不便。

发明内容

面临上述技术问题，本发明提供一种误差校正控制系统、β吸收式测尘仪消除滤带误差的方法，以实现在不增加任何外部设备或其他条件的情况下，消除现有测尘仪的质量误差的目的。

本发明首先提出了一种误差校正控制系统，其特征在于，所述系统包括定标模块、空白基准确认模块、校正值计算模块、单位面积集尘量计算模块、颗粒物浓度输出模块；其中，

所述定标模块，用于对测量得到的空白滤带计数值和标准膜片计数值进行处理，得到定标数据并储存；

所述空白基准确认模块调用所述定标数据，并确定空白计数基准值以及基准点；

所述校正值计算模块，将采样前的空白滤带质量与来自空白基准确认模块的所述基准点的质量差设定为校正值，并调用所述定标数据求得该校正值；

所述单位面积集尘量计算模块，接收采样后的样品滤带计数值并调用所述定标数据以计算质量增量，然后利用来自所述校正值计算模块的所述校正值对该质量增量进行误差校正，得到单位面积集尘量；

所述颗粒物浓度输出模块根据所述单位面积集尘量，求得校正后的可吸入颗粒物浓度。

具体地，所述定标数据包括所述空白滤带计数值平均值和仪器修正系数。

进一步地，所述定标数据还包括所述标准膜片计数值的平均值以及所述标准膜片的单位面积质量。

具体地，所述空白滤带计数值平均值为所述空白计数基准值，所述空白计数基准值对应的空白质量为所述基准点。

本发明还提供一种包括上述误差校正控制系统的测尘仪，其特征在于，所述测尘仪还包括泵控制器、采样测量装置、显示器；其中，

所述泵控制器用于接收开关指令，并发出开始或停止测量的信号传至所述采样测量装置；

所述采样测量装置接收开始测量信号，用于空白滤带及其增量、以及标准膜片的测量，得到所述空白滤带计数值、所述采样后的滤带计数值和所述标准膜片计数值，并将测量得到的数据传至所述误差校正控制系统；接收停止测量信号，停止测量；

误差校正控制系统对来自所述采样测量装置的数据进行处理，得到校正后的可吸入颗粒物浓度；

所述显示器能用于接收并显示所述可吸入颗粒物浓度的数值。

进一步地，所述采样测量装置包括气路管道、β放射源、探测器、输出管道、抽气泵、滤带；其中，

所述气路管道设有采样入口和采样出口，所述采样出口连接所述输出管道，所述输出管道出口处设置有所述抽气泵；

所述气路管道内部还设有所述β放射源，所述β放射源下方设有所述滤带，所述滤带下方设有所述探测器，所述探测器与所述β放射源相对设置并分别于所述滤带相距一定距离，所述滤带位置能够放置空白滤带或标准膜片；

所述抽气泵经所述泵控制器与所述误差校正控制系统连接，所述误差校正控制系统和所述探测器以及所述显示器均相连。

本发明还提出了一种利用上述误差校正控制系统消除滤带质量误差的方法，其特征在于，包括步骤：

A定标：对测量得到的空白滤带计数值和标准膜片计数值进行处理，并将得到的定标数据储存；

B确认空白基准：调用所述定标数据，并确定空白计数基准值以及基准点；

C计算校正值：将采样前的空白滤带质量与来自空白基准确认模块的所述基准点的质量差设定为校正值，并调用所述定标数据求得该校正值；

D计算单位面积集尘量：接收采样后的样品滤带计数值并调用所述定标数据以计算质量增量，然后利用来自所述校正值计算模块的所述校正值对该质量增量进行误差校正，得到单位面积集尘量；

E输出颗粒物浓度：根据所述单位面积集尘量，计算校正后的可吸入颗粒物浓度。

优选地，所述步骤A中定标的周期不低于10次。

进一步地，所述步骤A中定标的计数时间为2-5min。

具体地，所述标准膜片为聚酯膜片。

本发明还提出了一种利用所述测尘仪的测尘方法，所述测尘仪为β吸收式测尘仪，其特征在于，所述测尘方法包括步骤：

A发出开始或停止测量信号：所述泵控制器接收开关指令，并发出开始或停止测量的信号传至所述采样测量装置；

B定标测量：采样测量装置接收所述开始测量的信号后，进行空白滤带计数值和标准膜片计数值的测量；接收停止测量信号后，停止测量；

C定标：对测量得到的空白滤带计数值和标准膜片计数值进行处理，并将得到的定标数据储存；

D确认空白基准：调用所述定标数据，并确定空白计数基准值以及基准点；

E计算校正值：将采样前的所述空白滤带任一点与来自空白基准确认模块的所述基准点的质量差设定为校正值，并调用所述定标数据求得该校正值；

F计算单位面积集尘量：接收采样后的样品滤带计数值并调用所述定标数据以计算质量增量，然后利用来自所述校正值计算模块的所述校正值对该质量增量进行误差校正，得到单位面积集尘量；

G输出颗粒物浓度：根据所述单位面积集尘量，计算校正后的可吸入颗粒物浓度并传至显示器显示。

本发明的技术方案，在不均匀的滤带中建立质量基准点的概念，采取了滤带误差基点修正的方式，在不增加任何外部条件(适用于目前所有的β吸收式测尘仪)，不更改任何硬件的情况下，充分利用了β吸收原理和放射性涨落统计数据，从理论和实践上解决了因滤带质量不均匀造成β吸收式测尘仪的输出误差的问题。

附图说明

图1为“β吸收式测尘仪”的工作流程图。

图2为“β吸收式测尘仪”的定标流程图。

图3为本发明的误差校正控制系统图；

1-误差校正控制系统；11-定标模块，12-空白基准确认模块，13-校正值计算模块，14-单位面积集尘量计算模块，15-颗粒物浓度输出模块。

图4为本发明的测尘仪简图。

1-误差校正控制系统，2-泵控制器，3-采样测量装置，4-显示器；

31-气路管道，32-β放射源，33-探测器，34-输出管道，35-抽气泵，36-滤带。

图5为本发明的定标流程图。

图6为本发明的测尘仪测量过程工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

为实现在不增加任何外部设备或其他条件的情况下，消除现有测尘仪的质量误差的目的，本发明提出了一种误差校正控制系统1，如图3，所述系统包括定标模块11、空白基准确认模块12、校正值计算模块13、单位面积集尘量计算模块14、颗粒物浓度输出模块15；其中，

所述定标模块11，用于对测量得到的空白滤带计数值和标准膜片计数值的处理，得到定标数据并储存；

所述空白基准确认模块12调用所述定标数据，并确定空白计数基准值以及基准点；

所述校正值计算模块13，将采样前空白滤带质量计数值与来自空白基准确认模块的所述基准点的质量差设定为校正值，并调用所述定标数据求得该校正值；

所述单位面积集尘量计算模块14，接收采样后的样品滤带计数值并调用所述定标数据以计算质量增量，然后利用来自所述校正值计算模块的所述校正值对该质量增量进行误差校正，得到单位面积集尘量；

所述颗粒物浓度输出模块15根据所述单位面积集尘量，求得校正后的可吸入颗粒物浓度。

具体地，所述定标数据包括所述空白滤带计数值平均值和仪器修正系数。

进一步地，所述定标数据还包括所述标准膜片计数值平均值以及所述标准膜片的单位面积质量，上述数据的保存有利于派生出动态修正K值，不用标准膜片自动定标等工作方式或技术。

具体地，所述空白滤带计数值平均值为所述空白计数基准值，所述空白计数基准值对应的空白质量为所述基准点。

本发明还提供一种包括上述误差校正控制系统的测尘仪，如图4，所述测尘仪还包括泵控制器2、采样测量装置3、显示器4；其中，

所述泵控制器2用于接收开关指令，并发出开始或停止测量的信号传至所述采样测量装置；

所述采样测量装置3接收开始测量信号，用于空白滤带及其增量、以及标准膜片的测量，得到所述空白滤带计数值、所述采样后的滤带计数值和所述标准膜片计数值，并将测量得到的数据传至所述误差校正控制系统；接收停止测量信号，停止测量；

误差校正控制系统对来自所述采样测量装置的数据进行处理，得到校正后的可吸入颗粒物浓度；

所述显示器4能用于接收并显示所述可吸入颗粒物浓度的数值。

进一步地，所述采样测量装置3包括气路管道31、β放射源32、探测器33、输出管道34、抽气泵35、滤带36；其中，

所述气路管道31设有采样入口和采样出口，所述采样出口连接所述输出管道34，所述输出管道34出口处设置有所述抽气泵35；

所述气路管道31内部还设有所述β放射源32，所述β放射源32下方设有所述滤带36，所述滤带36下方设有所述探测器33，所述探测器33与所述β放射源32相对设置并分别于所述滤带36相距一定距离，所述滤带位置36能够放置空白滤带或标准膜片；

所述抽气泵35经所述泵控制器2与所述误差校正控制系统1连接，所述误差校正控制系统1和所述探测器33以及所述显示器4均相连。

本发明还提出了一种利用上述误差校正控制系统消除滤带质量误差的方法，包括步骤：

A定标：参见图5，对测量得到的空白滤带计数值N1和标准膜片计数值N2进行处理后，得到所述空白滤带计数值平均值Nj1以及所述标准膜片计数值平均值Nj2、并求得仪器修正系数K值、所述标准膜片的单位面积质量(mg/cm²)，将上述数据保留在仪器的存储器ROM中；优选地，所述步骤A中定标的循环次数不低于10次；

B确认空白基准：将所述空白滤带的平均值Nj1设定为整条滤带的空白计数基准值，将所述空白计数基准值对应的空白质量m设定为所述基准点；

C计算校正值：将采样前的空白滤带质量mi与所述基准点的质量m差值Δmd设定为校正值，该值可以为“正”，为“负”或为“0”，所以滤带任意点质量，⑦mi＝m±Δmd；当仪器在滤带任意点计数N1结束，上述质量差值可用式⑧计算，即：⑧Δmd＝1/k ln(Nj1/N1)；

D计算单位面积集尘量：接收采样后的样品滤带计数值N2并调用所述定标数据(即仪器修正系数)以计算质量增量，然后用式⑧求得的Δmd进行误差校正，按式⑨求得单位面积集尘量，⑨Δm＝{1/k ln(Nj1/N2)}－{±Δmd}；

E输出颗粒物浓度：根据所述单位面积集尘量，可将Δm代入⑥式，计算校正后的可吸入颗粒物浓度，此时，已将滤带厚薄不匀的误差予以扣除。

根据该思路，可以派生出动态修正K值，不用标准膜片的自动定标等工作方式或技术。目前并没有发现与本发明近似或相近似的任何技术方案。

上述定标过程由手动标定完成。

优选地，所述步骤A中定标的计数时间为2-5min。

具体地，所述标准膜片为聚酯膜片。

本发明还提出了一种利用所述测尘仪的测尘方法，所述测尘仪可以是β测尘仪，其特征在于，所述测尘方法包括步骤：

A发出开始或停止测量信号：所述泵控制器接收开关指令，并发出开始或停止测量的信号传至所述采样测量装置；

B定标测量：采样测量装置接收所述开始测量的信号后，进行空白滤带计数值和标准膜片计数值的测量；接收停止测量信号后，停止测量；

C定标：对测量得到的空白滤带计数值和标准膜片计数值进行处理，并将得到的定标数据储存；

D确认空白基准：调用所述定标数据，并确定空白计数基准值以及基准点；

E计算校正值：移动滤带到工作位点(放射源与探测器之间)，将采样前的所述空白滤带任一点与来自空白基准确认模块的所述基准点的质量差设定为校正值Δmd，并调用所述定标数据(即仪器修正系数k)求得该校正值；

F计算单位面积集尘量：接收采样后的样品滤带计数值N2并调用所述定标数据(即仪器修正系数k)以计算质量增量，然后利用来自所述校正值计算模块的所述校正值Δmd对该质量增量进行误差校正，得到单位面积集尘量Δm；

G输出颗粒物浓度：根据所述单位面积集尘量，计算校正后的可吸入颗粒物浓度。

测量过程是一个工作周期，且可以根据情况循环工作下去，参见图6，并根据单位面积集尘量求得可吸入颗粒物浓度并传至显示器显示。

本发明所提出的确定滤带质量基点的手段，同时充分利用β吸收原理和放射性涨落统计数据，从理论和实践上解决了因滤带质量不均匀造成β吸收式测尘仪的输出误差的难题。

Claims (7)

1.一种用于β测尘仪的误差校正控制系统，其特征在于，所述系统包括定标模块、空白基准确认模块、校正值计算模块、单位面积集尘量计算模块、颗粒物浓度输出模块；其中，

所述定标模块，用于对测量得到的空白滤带计数值和标准膜片计数值进行处理，得到所述空白滤带计数值平均值Nj1以及所述标准膜片计数值平均值Nj2、并求得仪器修正系数K值、所述标准膜片的单位面积质量并储存；

所述空白基准确认模块将所述空白滤带计数值平均值Nj1设定为整条滤带的空白计数基准值，将所述空白计数基准值对应的空白质量设定为所述基准点；

所述校正值计算模块，将采样前的空白滤带质量mi与所述基准点的质量m差值Δmd设定为校正值，所以滤带任意点质量mi＝m±Δmd；当仪器在滤带任意点计数N1结束，上述质量差值可用式Δmd＝1/k ln(Nj1/N1)计算；

所述单位面积集尘量计算模块，接收采样后的样品滤带计数值N2并调用仪器修正系数以计算质量增量，然后用Δmd进行误差校正，按式Δm＝{1/k ln(Nj1/N2)}－{±Δmd}求得单位面积集尘量；

所述颗粒物浓度输出模块根据所述单位面积集尘量，求得校正后的可吸入颗粒物浓度。

2.一种包括权利要求1所述误差校正控制系统的测尘仪，其特征在于，所述测尘仪还包括泵控制器、采样测量装置、显示器；其中，

所述泵控制器用于接收开关指令，并发出开始或停止测量的信号传至所述采样测量装置；

所述采样测量装置接收开始测量信号，用于空白滤带及其增量、以及标准膜片的测量，得到所述空白滤带计数值、所述采样后的滤带计数值和所述标准膜片计数值，并将测量得到的数据传至所述误差校正控制系统；接收停止测量信号，停止测量；

误差校正控制系统对来自所述采样测量装置的数据进行处理，得到校正后的可吸入颗粒物浓度；

所述显示器能用于接收并显示所述可吸入颗粒物浓度的数值。

3.根据权利要求2所述的测尘仪，其特征在于，

所述采样测量装置包括气路管道、β放射源、探测器、输出管道、抽气泵、滤带；其中，

所述气路管道设有采样入口和采样出口，所述采样出口连接所述输出管道，所述输出管道出口处设置有所述抽气泵；

所述气路管道内部还设有所述β放射源，所述β放射源下方设有所述滤带，所述滤带下方设有所述探测器，所述探测器与所述β放射源相对设置并分别于所述滤带相距一定距离，所述滤带位置能够放置空白滤带或标准膜片；

所述抽气泵经所述泵控制器与所述误差校正控制系统连接，所述误差校正控制系统和所述探测器以及所述显示器均相连。

4.一种利用权利要求1所述误差校正控制系统消除滤带质量误差的方法，其特征在于，包括步骤：

A定标：对测量得到的空白滤带计数值和标准膜片计数值进行处理，得到所述空白滤带计数值平均值Nj1以及所述标准膜片计数值平均值Nj2、并求得仪器修正系数K值、所述标准膜片的单位面积质量并储存；

B确认空白基准：将所述空白滤带计数值平均值Nj1设定为整条滤带的空白计数基准值，将所述空白计数基准值对应的空白质量设定为所述基准点；

C计算校正值：将采样前的空白滤带质量mi与所述基准点的质量m差值Δmd设定为校正值，所以滤带任意点质量mi＝m±Δmd；当仪器在滤带任意点计数N1结束，上述质量差值可用式Δmd＝1/k ln(Nj1/N1)计算；

D计算单位面积集尘量：接收采样后的样品滤带计数值N2并调用仪器修正系数以计算质量增量，然后用Δmd进行误差校正，按式Δm＝{1/k ln(Nj1/N2)}－{±Δmd}求得单位面积集尘量；

E输出颗粒物浓度：根据所述单位面积集尘量，计算校正后的可吸入颗粒物浓度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤A中定标的周期不低于10次，计数时间为2-5min。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述标准膜片为聚酯膜片。

7.一种利用权利要求2或3所述测尘仪的测尘方法，其特征在于，所述测尘方法包括步骤：

A发出开始或停止测量信号：所述泵控制器接收开关指令，并发出开始或停止测量的信号传至所述采样测量装置；

B定标测量：采样测量装置接收所述开始测量的信号后，进行空白滤带计数值和标准膜片计数值的测量；接收停止测量信号后，停止测量；

C定标：对测量得到的空白滤带计数值和标准膜片计数值进行处理，得到所述空白滤带计数值平均值Nj1以及所述标准膜片计数值平均值Nj2、并求得仪器修正系数K值、所述标准膜片的单位面积质量并储存；

D确认空白基准：将所述空白滤带计数值平均值Nj1设定为整条滤带的空白计数基准值，将所述空白计数基准值对应的空白质量设定为所述基准点；

E计算校正值：将采样前的空白滤带质量mi与所述基准点的质量m差值Δmd设定为校正值，所以滤带任意点质量mi＝m±Δmd；当仪器在滤带任意点计数N1结束，上述质量差值可用式Δmd＝1/k ln(Nj1/N1)计算；

F计算单位面积集尘量：接收采样后的样品滤带计数值N2并调用仪器修正系数以计算质量增量，然后用Δmd进行误差校正，按式Δm＝{1/k ln(Nj1/N2)}－{±Δmd}求得单位面积集尘量；

G输出颗粒物浓度：根据所述单位面积集尘量，计算校正后的可吸入颗粒物浓度并传至显示器显示。