β射线法大气细颗粒物监测仪滤纸带断纸报警功能设计

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【摘 要】 在国务院印发的《大气污染防治行动计划》中明确要求建设城市站、背景站、区域站统一布局的国家空气质量监测网络，加强监测数据质量管理，客观反映空气质量状况。到2015年，地级及以上城市全部建成细颗粒物监测点和国家直管的监测点。为此，大量的大气细颗粒物监测仪器迅速涌入市场，进入环境监测及气象监测部门。

【关键词】 大气细颗粒物 β射线 探测器 光电开关

1 纸带断纸的位置及断纸时间分析

监测仪器在运行过程中，由于某些原因可能发生断纸。也由于客观原因必然引起断纸，如一卷纸带用完了。在设计断纸报警功能方案之前，首先要确定断纸的部位。在图1中，线条代表纸带，与纸带平行的箭头表示纸带传送方向。纸带无论向何方向传送，其图一中的采样管（7）均处于升起状态（采样管在电机的作用下可以升降）。压带轮始终压在纸带及主轴上，使纸带被夹持在主轴和压带轮之间，除非更换纸带时要将压带轮挂起。所以，在此接触面处，纸带是不会完全断开的。在其它位置纸带均没有被夹持，剩下的只有三种情况：一是在主轴左侧产生断纸；二是在主轴右侧产生断纸；三是主轴左右两侧同时断纸。其次是判断断纸时间，仪器在采样和测量过程中是不会断纸的，此时纸带均在静止状态，只有纸带在传送过程中有可能被拉断。根据前述两点，对断纸报警点的设置及断纸判断时间也就明确了。

2 断纸报警结构设计

如图1所示，左端轮（4）、右端轮（10）、收带盘（1）、放带盘（13）、主轴（5）及压带轮（6）其中心轴的位置均相对固定，只有左张紧轮（3）和右张紧轮（11）在滤纸带的拉力作用下能够左右摆动，其摆动的幅度均受其集成板（1）背面的光电开关一和光电开关二的限制。图二是增加了断纸报警功能的结构示意图，正常工作时，定位片在光电开关一和光电开关二之间摆动，其光电开关三为报警触发器（虚线部分安装在集成架的背面）。当纸带断纸时，其张紧轮失去了纸带的拉力，左、右摆杆在其扭簧的作用力下将摆向最大角度，使得定位片一或定位片二越过光电开关二，停在光电开关三的位置，此时发出断纸报警信号。具体地说，如果主轴左侧纸带断纸，则左侧的定位片一（15）停在左侧光电开关三（17）的位置，触发报警信号；如果主轴右侧纸带断纸，则右侧的定位片二（22）摆动到右侧光电开关三（20）的位置，触发报警信号；当主轴左右两侧纸带同时断纸，则左右两侧的定位片一和定位片二均停在左右两侧的光电开关三的位置，触发报警信号。这里再补充说明一点，每一侧（左侧或右侧）张紧轮的中心轴及定位片均是与每一侧的摆杆刚性地固定在一起，所以每一侧定位片及张紧轮均与摆杆同步摆动；收带盘（左侧纸带盘）、放带盘（右侧纸带盘）及主轴均各自受集成板背面的电机控制；主轴旋转时在摩擦力的作用下带动压带轮旋转，压带轮旋转时在摩擦力的作用下带动纸带移动，三者在接触面处的线速度被认为完全一致。读者看到这里（结合图2）对报警功能的结构（硬件）部分已一目了然了。

3 结语

该设计涉及到三个方面变化，一是从结构上看增加了两个光电开关三，光电开关一、光电开关二及光电开关三相互之间的距离要调整合适，定位片形状也作改变；二是由于增加了两个光电开关三，所以控制电路也作相应的调整设计；三是由于测量流程重新设计了，所以其软件也要更新。这三个方面说明了其硬件成本几乎没有增加多少，关键是将监测过程中各部件之间的逻辑关系理顺，测量流程要合理。另外，该设计的真正意义不仅仅是有纸带断纸报警功能，而是让相关工作人员实时了解断纸状态，及时修复纸带及更换纸带，确保《环境空气质量标准》（GB 3095-2012）中数据统计的有效性规定。再次、该设计一开始是用在β射线法大气细颗粒物PM2.5监测仪上，其实对大气颗粒物PM10监测仪也适用。

参考文献：

[1]张玉均，刘刘清，郑朝晖，蒋舸扬，王锋平，周斌.《大气中可吸入粉尘（PM10）β射线法测量的理论与数据处理》.中国科学院安徽光学精密机械研究所，2001年2月.

[2]《大气污染防治行动计划》.国务院，2013年9月10日.