【技术实现步骤摘要】
一种多通道空气颗粒物浓度及成分的检测装置及方法
[0001]本专利技术属于空气颗粒物检测
，具体是一种多通道空气颗粒物浓度及成分的检测装置及方法。
技术介绍
[0002]现阶段，空气中的粉尘颗粒物、有害气体等含量逐渐增高，其中的呼吸性粉尘PM10、细粉尘PM2.5被人体吸入后，会累积在呼吸系统中，进而会引发许多疾病，越细小的颗粒物对人体危害越大，一些细小颗粒物甚至可以进入到肺泡、血液中，严重时可危及人的生命。尤其是煤矿粉尘，其不仅对人体具有较大的危害性，当其浓度过高时甚至还会潜伏着爆炸的危险。因此，及时有效的对作业场所的粉尘浓度进行监测，能更好的掌握粉尘浓度状况，进而可以针对性的进行粉尘治理，这样可以有效减少粉尘爆炸事故的发生，同时，也能避免粉尘疾病的产生，从而对确保人身安全和提高环境质量发挥着极其重要的作用。
[0003]近年来，粉尘直接导致尘肺等职业相关疾病的患病率不断增加，而尘肺发病机制的复杂性是由粉尘成分的复杂性所导致的，与尘肺有关的致病因子主要有煤尘、游离二氧化硅以及尘粒表面吸附的金属与类金属离子及其...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多通道空气颗粒物浓度及成分的检测装置，包括样气干燥单元，其特征在于，还包括多级碰撞收集单元、成分连续检测单元、浓度连续监测单元和数据采集处理单元；所述样气干燥单元由干燥管(1)、加热带(2)、第一温湿度传感器(4)、第二温湿度传感器(5)和预热控制器(3)组成；所述干燥管(1)竖直地设置；所述加热带(2)呈螺旋状的均匀绕设在干燥管(1)的外部；所述第一温湿度传感器(4)安装在干燥管(1)的上端，用于实时采集外部环境空气的温湿度信号；所述第二温湿度传感器(5)安装在干燥管(1)内部的下端，用于实时采集经过干燥后空气的温湿度信号；所述预热控制器(3)固定安装在干燥管(1)的外部，并且分别与第一温湿度传感器(4)和第二温湿度传感器(5)相连接，用于根据环境空气、干燥后空气的温湿度信号获得环境空气、干燥后空气的温湿度值，并根据环境空气、干燥后空气的温湿度值对加热带(2)的加热功率进行调节，以控制干燥管(1)的除湿效果；所述多级碰撞收集单元主要由多级收集腔室(8)、流量计(13)、HEPA过滤器(9)、质量流量控制器(10)、真空泵(12)、碰撞收集机构和驱动机构(11)组成；所述多级收集腔室(8)竖直地设置在干燥管(1)的下方，其顶部开设有腔室进气口，其底部开设有腔室出气口，其内腔中沿竖向均匀地设置有多对隔板(26)；多级收集腔室(8)通过腔室进气口与干燥管(1)的下端连接；多对隔板(26)将多级收集腔室(8)的内腔分为多个收集腔(27)，每对隔板(26)左右相对地固定连接在多级收集腔室(8)的内侧壁上，且每对隔板(26)之间留有间隙并形成连通相邻两个收集腔(27)的过气通道(34)；所述流量计(13)安装在腔室进气口中，用于实时采集进入多级收集腔室(8)中空气的流量信号；所述HEPA过滤器(9)设置在多级收集腔室(8)的下方，其进气口与多级收集腔室(8)的腔室出气口连接，用于过滤未被富集和采集的颗粒物；所述质量流量控制器(10)设置在HEPA过滤器(9)的下方，其进气口与HEPA过滤器(9)的出气口连接，用于通过对自身过气流量的控制来满足检测气体流量的需求；所述真空泵(12)的进气口与质量流量控制器(10)的出气口连接，其出气口与外部大气连通；所述碰撞收集机构的数量为多个，分别对应多个收集腔(27)地设置；碰撞收集机构主要由收集板(6)和运动连杆(7)组成，所述收集板(6)由石英晶体制成的板状结构，其水平地设置在对应收集腔(27)的中心区域，其具有靠近腔室进气口一侧的A面和背离腔室进气口一侧的B面，并于A面上的左右两端相对的固定连接有一对电极A，于A面上除一对电极A之外的区域涂附有一层纳米金，于B面上的左右两端相对的固定连接有一对电极B，于B面上除一对电极B之外的区域涂附有一层纳米金，且一对电极A和一对电极B上下相对地设置；所述运动连杆(7)水平地设置在对应收集腔(27)中，其前后方向地延伸，且其后端与收集板(6)前端的中部固定连接；所述驱动机构(11)位于多级收集腔室(8)的前侧，且位于过气通道(34)之间的部分，驱动机构(11)主要由安装在多级收集腔室(8)内侧壁上的架体(33)和纵向依次安装在架体(33)上的多个复合驱动装置组成；多个复合驱动装置分别对应多个收集腔(27)地设置，所述复合驱动装置与运动连杆(7)的前端连接，用于驱动运动连杆(7)的旋转动作和在竖向上的往复运动；所述成分连续检测单元包括检测腔室(18)、接触端子(14)、高精度移动平台(20)、拉曼检测探头(19)和便携式拉曼光谱仪(21)；所述检测腔室(18)的数量与收集腔(27)的数量相一致，检测腔室(18)的上端为敞口结构，其设置在对应的收集腔(27)中，并位于收集板(6)的下方；多对接触端子(14)与多个检测腔室(18)一一相对应地设置，且与其上方收集板(6)上的一对电极A及一对电极B相对应地设置，每对接触端子(14)左右相对地固定连接在对应
检测腔室(18)内的上端，并在上方的收集板(6)与检测腔室(18)相接触时与一对电极A或一对电极B相接触；所述高精度移动平台(20)的数量与检测腔室(18)的数量相一致，高精度移动平台(20)为三轴精密位移平台，其安装在对应检测腔室(18)内的底部；所述拉曼检测探头(19)的数量与收集腔(27)的数量相一致，其安装在高精度移动平台(20)上；所述便携式拉曼光谱仪(21)位于多级碰撞收集单元的外侧，其通过穿入多级收集腔室(8)的多组信号线缆A分别与多个拉曼检测探头(19)连接；所述浓度连续监测单元位于多级收集腔室(8)的外侧，其由石英晶片振荡模块(15)、高精度频率测量模块(16)和数据处理模块(17)组成；所述石英晶片振荡模块(15)的输出端通过多组信号线缆B分别与多对接触端子(14)连接，用于向收集板(6)发出振荡激发信号；所述高精度频率测量模块(16)通过多组信号线缆C分别与多对接触端子(14)连接，用于实时采集收集板(6)的振荡频率，并将所采集的振荡频率发送给数据处理模块(17)；所述数据处理模块(17)与高精度频率测量模块(16)连接，用于将所接收到的振荡频率转化为收集板(6)表面颗粒物的质量数据；所述数据采集处理单元由计算机(25)和数据采集卡(24)组成，所述计算机(25)分别与数据采集卡(24)和便携式拉曼光谱仪(21)连接；所述数据采集卡(24)分别与第一温湿度传感器(4)、第二温湿度传感器(5)、流量计(13)、数据处理模块(17)、预热控制器(3)、质量流量控制器(10)、真空泵(12)、高精度移动平台(20)和驱动机构(11)连接。2.根据权利要求1所述的一种多通道空气颗粒物浓度及成分的检测装置，其特征在于，所述复合驱动装置主要由连杆驱动电机(29)和第一直线电动推杆(30)组成，所述连杆驱动电机(29)横向地设置，其输出轴与运动连杆(7)的前端同轴地固定连接，用于驱动运动连杆(7)的旋转动作；所述第一直线电动推杆(30)竖直地安装在架体(33)的内部，其推杆端位于上部，并与连杆驱动电机(29)机壳的底部固定连接，用于驱动连杆驱动电机(29)和运动连杆(7)在竖向上进行往复移动。3.根据权利要求2所述的一种多通道空气颗粒物浓度及成分的检测装置，其特征在于，所述多级碰撞收集单元还包括清洁机构；所述清洁机构的数量与碰撞收集机构的数量相一致，其由传动连杆(22)和清洁棉(23)组成；所述检测腔室(18)的前侧中部开设有竖向延伸的连杆滑槽(28)，所述传动连杆(22)位于运动连杆(7)的下方，其后端穿过连杆滑槽(28)伸入到检测腔室(18)的内部；所述清洁棉(23)位于检测腔室(18)中，且套装在传动连杆(22)后端的外部；所述复合驱动装置还包括第二直线电动推杆(31)和第三直线电动推杆(32)，所述第二直线电动推杆(31)横向地设置，其推杆端与传动连杆(22)的前端同轴地固定连接，用于驱动传动连杆(22)在横向上进行往复移动，所述第三直线电动推杆(32)竖直地安装在架体(33)的内部，其推杆端位于上部，并与第二直线电动推杆(31)的座体底部固定连接，用于驱动第二直线电动推杆(31)和传动连杆(22)在竖向上进行往复移动。4.根据权利要求3所述的一种多通道空气颗粒物浓度及成分的检测装置，其特征在于，所述干燥管(1)为薄壁圆柱管。5.根据权利要求4所述的一种多通道空气颗粒物浓度及成分的检测装置，其特征在于，在干燥管(1)和加热带(2)的外部覆盖有保温棉作为隔热材料。6.根据权利要求5所述的一种多通道空气颗粒物浓度及成分的检测装置，其特征在于，
所述收集腔(27)的数量为三个。7.一种多通道空气颗粒物浓度及成分的检测方法，采用如权利要求1至5任一项所述的一种多通道空气颗粒物浓度及成分的检测装置，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将一种多通道空气颗粒物浓度及成分的检测装置竖直地固定于测试环境中，并将第一温湿度传感器(4)、第二温湿度传感器(5)、流量计(13)、数据处理模块(17)、预热控制器(3)、质量流量控制器(10)、真空泵(12)、高精度移动平台(20)、驱动机构(11)和数据采集卡(24)相连接，将数据采集卡(24)、便携式拉曼光谱仪(21)和与计算机(25)连接；步骤二：先利用多个复合驱动装置分别带动多个运动连杆(7)向下移动，直至收集板(6)B面上的一对电极B与下方检测腔室(18)中的一对接触端子(14)紧密接触，接着控制石英晶片振荡模块(15)工作，将激励信号通过多组信号线缆B对应传输至多个收集板(6)，使收集板(6)开始...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑丽娜，冯子康，周福宝，叶子靖，张文丽，霍依林，范钰雪，韩默楠，胡缤文，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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