一种空气颗粒物浓度及成分的实时检测装置及检测方法制造方法及图纸

一种空气颗粒物浓度及成分的实时检测装置及检测方法，上部腔体、下部腔体、TEOM底座同轴设置且内部相互贯通；上部腔体右上侧开设探头安装孔，上部腔体左右两侧靠近下部的位置均开孔，振荡管设置在下部腔体的中心，上端与上部腔体内部的滤膜架固定连通，滤膜架与开孔设置在同一高度；振荡管的下端与TEOM底座的气流通路连通；拉曼检测探头与探头安装孔固定，拉曼检测探头聚焦在银滤膜中心，光谱由拉曼检测探头接收后传输至控制器、锂电池。本发明专利技术能够对空气中颗粒物的浓度及成分进行实时检测，利用压差检测滤膜负荷，通过旋转刷头、过滤器清洁滤膜，实现连续测量；进气管路出气口端为汇聚喷嘴，可降低拉曼光谱的检测限，提高滤膜清洁效率。洁效率。洁效率。

【技术实现步骤摘要】
一种空气颗粒物浓度及成分的实时检测装置及检测方法


[0001]本专利技术涉及一种空气颗粒物检测系统及方法，具体是一种空气颗粒物浓度及成分的实时检测装置及检测方法，属于环境监测


技术介绍

[0002]在矿山开采、工业生产和日常生活中会产生大量粉尘，长期吸入高浓度有害粉尘会导致一类以肺组织弥漫性纤维化为主的全身性疾病，即尘肺病，且一旦患病将无法彻底治愈。我国职业病危害形势十分严峻，尘肺病远高于耳鼻喉口腔疾病、化学中毒、传染病等其他类型疾病。而要全面开展粉尘防控研究，粉尘监测是实现粉尘有效防控的基本前提。
[0003]生产性粉尘是尘肺病的主要致害因素，我国接触粉尘工人两千万以上。粉尘质量浓度检测主要采用滤膜称重法、光散射法、β射线法、静电感应法、压电天平法、黑度测量法以及国外应用的微量振荡天平法(TEOM)等。相较于传统的实验室方法，TEOM是一种直读式监测方法，其核心为振荡元件，当振荡元件上方的滤膜沉积粉尘后，由于质量改变元件振荡频率也会发生改变，由此可以计算出沉积粉尘的质量，并由设备的流量求得粉尘质量浓度。基于其原理，TEOM具有检测快速、精度高、检测限低、操作简单的优点。
[0004]然而，随着粉尘毒理学深入研究，发现粉尘中很多化学成分具有较强致病性，如：粉尘中的游离二氧化硅会增加矿尘致病能力和矽肺病发生概率，其含量也是煤矿粉尘毒害性的主要评价指标；金属镍会促使细胞中脂类过氧化并削弱其抗氧化能力，从而致使细胞癌变；柴油机排放颗粒物会引起人体新的过敏反应并易诱发癌症。含有复杂有毒有害化学成分的粉尘不仅给呼吸系统疾病患者带来多种化学成分引发的并发症，也给诊断与治疗带来极大困难。因此除了对粉尘质量浓度进行检测外，粉尘成分检测对掌握工人粉尘暴露特征及健康风险评估具有重要意义，并为粉尘致病机制研究提供关键依据。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种空气颗粒物浓度及成分的实时检测装置及检测方法，能够对空气中颗粒物的浓度及成分进行实时检测，通过滤膜清洁装置实现连续测量；利用收缩喷嘴粉尘富集结构以降低拉曼光谱的检测限，并提高滤膜清洁效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供一种空气颗粒物浓度及成分的实时检测装置，包括由上至下依次设置的上部腔体、下部腔体、TEOM底座，所述上部腔体、下部腔体、TEOM底座同轴线设置且其内部空间相互贯通；还包括拉曼光谱检测模块；
[0007]上部腔体的右上侧开设有连通外侧空间和上部腔体的探头安装孔，上部腔体左右两侧靠近下部的位置均开设开孔，一侧的开孔用于安装锥形槽口，锥形槽口与过滤器B、副气泵依次通过管路连接，副气泵出气口与另一侧开孔连接，由此形成粉尘清洁的气路循环；伸缩式机械刷安装在上部腔体内部左上方位置，并安装旋转刷头；
[0008]中空结构的振荡管设置在下部腔体的中心位置，其上端向上延伸至上部腔体，并与上部腔体内部的滤膜架固定连通，滤膜架上放置银滤膜，且滤膜架与上述开孔设置在同
一水平高度；振荡管的下端与TEOM底座固定，并与TEOM底座的气流通路连通；振荡管中上部对称固定有圆柱体磁钢，两个圆柱体磁钢极性相同的面均朝外相对布置，在下部腔体外部且与圆柱体磁钢处于同一水平高度的两侧位置分别固定有驱动激励线圈和磁电式速度传感器；
[0009]与上部腔体上部连通的是气溶胶入口，所述气溶胶入口包括设置在外侧粉尘环境中的粒径切割器，粒径切割器的出气口端与进气管路的进气口端连通，进气管路2垂直向下且其出气口端内径逐渐收缩并形成汇聚喷嘴4，所述汇聚喷嘴的下端出口延伸至上部腔体内部并靠近银滤膜的中心位置，进气管路的一部分通过干燥管代替设置；
[0010]与TEOM底座的下部连通的是气溶胶出口，所述气溶胶出口包括流量控制器、主气泵、过滤器A，流量控制器、主气泵、过滤器A通过出气管路依次与TEOM底座连通；
[0011]所述拉曼光谱检测模块包括便携式拉曼光谱仪、拉曼检测探头，与便携式拉曼光谱仪相连的拉曼检测探头固定在所述探头安装孔处，拉曼检测探头聚焦在银滤膜的中心位置，拉曼检测探头发射的激光与粉尘样品发生非弹性散射后，与入射光频率不同的散射光由拉曼检测探头接收，传输至便携式拉曼光谱仪后可由拉曼频移识别颗粒物分子结构，并将检测结果传输至控制器、锂电池，由显示器显示；为了获得较强的拉曼光谱信号，可以通过控制器、锂电池来调整激光强度和照射时间；
[0012]两个压差计探头分别安装在进气管路以及出气管路处，并通过压差计与控制器、锂电池连接；伸缩式机械刷、副气泵、驱动激励线圈、磁电式速度传感器均与控制器、锂电池连接。
[0013]干燥管内填充有硅胶小球及活性炭，以吸收水汽，避免银滤膜吸收水汽影响检测精度。
[0014]振荡管的顶部与滤膜架之间通过插槽固定。
[0015]拉曼检测探头与探头安装孔的连接处设有密封圈，以保证上部腔体内部的气密性。
[0016]一种空气颗粒物浓度及成分的实时检测装置的实时检测方法，包括以下步骤：
[0017]①
将检测装置竖直放置到需要检测粉尘浓度及成分的工作环境中，依据需检测粉尘的粒径选择配套的粒径切割器并安装，通过控制器、锂电池启动检测装置，主气泵、流量控制器、驱动激励线圈、磁电式速度传感器开始工作，并维持检测装置内流速稳定，控制器、锂电池控制驱动激励线圈产生磁场后，由于振荡管上有两个圆柱体磁钢，振荡管开始振荡；
[0018]②
含尘气流自进气口进入，通过粒径切割器分离大颗粒、干燥管干燥后进入上部腔体，由汇聚喷嘴喷出后，粉尘颗粒沉积于银滤膜的中心位置处，剩余气流经振荡管与TEOM底座后，由过滤器A过滤并排出检测装置，沉积于银滤膜的颗粒物会使振荡管的谐振频率发生改变，磁电式速度传感器将信号传输至控制器、锂电池后可由此计算沉积颗粒物质量，并结合流量计算出颗粒物质量浓度并在显示屏上显示；
[0019]③
需分析颗粒物成分时，通过控制器、锂电池控制主气泵、驱动激励线圈、磁电式速度传感器停止工作，驱动激励线圈不产生磁场，振荡管停止振荡，使滤膜架和银滤膜静止，拉曼检测探头发射激光，聚焦于银滤膜中心位置处的粉尘样品上，粉尘样品经激光照射发出的非弹性散射光被拉曼检测探头接收后，光谱信号经便携式拉曼光谱仪分析并传输至控制器、锂电池，控制器、锂电池依据粉尘样品的拉曼频移和数据库对比，给出粉尘样品的
成分信息，激光仅需照射数秒到数十秒，照射后控制器、锂电池使主气泵、驱动激励线圈、磁电式速度传感器继续工作，振荡管开始振荡；除手动开启拉曼光谱检测模块外，也可通过控制器、锂电池设定每分钟(小时)进行分析；
[0020]④
经长时间收集后，银滤膜上沉积的颗粒物饱和，检测装置两端压差增大，粉尘样品收集效率降低，压差计实时将压差信号反馈至控制器、锂电池，提示需对银滤膜进行滤膜清洁，控制器、锂电池控制驱动激励线圈停止产生磁场，振荡管停止振荡，磁电式速度传感器停止工作，同时控制器、锂电池控制伸缩式机械刷伸长，使旋转刷头旋转清洁银滤膜并开启副气泵，银本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空气颗粒物浓度及成分的实时检测装置，其特征在于，包括由上至下依次设置的上部腔体(25)、下部腔体(26)、TEOM底座(12)，所述上部腔体(25)、下部腔体(26)、TEOM底座(12)同轴线设置且其内部空间相互贯通；还包括拉曼光谱检测模块；上部腔体(25)的右上侧开设有连通外侧空间和上部腔体(25)的探头安装孔，上部腔体(25)左右两侧靠近下部的位置对称开设开孔，一侧的开孔用于安装锥形槽口(23)，锥形槽口(23)与过滤器B(24)、副气泵(21)依次通过管路连接，副气泵(21)出气口与另一侧开孔连接；伸缩式机械刷(22)安装在上部腔体(25)内部左上方位置，并安装旋转刷头；中空结构的振荡管(8)设置在下部腔体(26)的中心位置，其上端向上延伸至上部腔体(25)，并与上部腔体(25)内部的滤膜架(6)固定连通，滤膜架(6)上放置银滤膜(5)，且滤膜架(6)与上述开孔设置在同一水平高度；振荡管(8)的下端与TEOM底座(12)固定，并与TEOM底座(12)的气流通路连通；振荡管(8)中上部对称固定有圆柱体磁钢(9)，两个圆柱体磁钢(9)极性相同的面均朝外相对布置，在下部腔体(26)外部且与圆柱体磁钢(9)处于同一水平高度的两侧位置分别固定有驱动激励线圈(7)和磁电式速度传感器(10)；与上部腔体(25)上部连通的是气溶胶入口，所述气溶胶入口包括设置在外侧粉尘环境中的粒径切割器(1)，粒径切割器(1)的出气口端与进气管路(2)的进气口端连通，进气管路(2)垂直向下且其出气口端内径逐渐收缩并形成汇聚喷嘴(4)，所述汇聚喷嘴(4)的下端出口延伸至上部腔体(25)内部并靠近银滤膜(5)的中心位置，进气管路(2)的一部分通过干燥管(3)代替设置；与TEOM底座(12)的下部连通的是气溶胶出口，所述气溶胶出口包括流量控制器(13)、主气泵(14)、过滤器A(16)，流量控制器(13)、主气泵(14)、过滤器A(16)通过出气管路(15)依次与TEOM底座(12)连通；所述拉曼光谱检测模块包括便携式拉曼光谱仪(18)、拉曼检测探头(17)，与便携式拉曼光谱仪(18)相连的拉曼检测探头(17)固定在所述探头安装孔处，拉曼检测探头(17)聚焦在银滤膜(5)的中心位置，拉曼检测探头(17)发射的激光与粉尘样品发生非弹性散射后，与入射光频率不同的散射光由拉曼检测探头(17)接收，传输至便携式拉曼光谱仪(18)后由拉曼频移识别颗粒物分子结构，并将检测结果传输至控制器、锂电池(11)，由显示器显示；两个压差计探头(19)分别安装在进气管路(2)以及出气管路(15)处，并通过压差计(20)与控制器、锂电池(11)连接；伸缩式机械刷(22)、副气泵(21)、驱动激励线圈(7)、磁电式速度传感器(10)均与控制器、锂电池(11)连接。2.根据权利要求1所述的一种空气颗粒物浓度及成分的实时检测装置，其特征在于，干燥管(3)内填充有硅胶小球及活性炭。3.根据权利要求1或2所述的一种空气颗粒物浓度及成分的实时检测装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑丽娜，李佳林，窦广宇，周福宝，冯子康，叶子靖，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：