项目背景与行业痛点

PM₂.₅、PM₁₀和TSP是环境空气质量、工业园区环境管理、颗粒物污染过程分析及环保监测中的重要指标。颗粒物浓度受到生产活动、道路交通、施工扬尘、燃烧过程、气象扩散条件以及治理设施运行状态共同影响，短时间内即可出现明显变化。普通人工滤膜称重方法能够获得较可靠的颗粒物质量结果，但采样、滤膜恒重、称量和数据处理需要较长时间，难以连续反映一天内颗粒物浓度快速升高、污染峰值及消散过程。部分低成本光学颗粒物传感器能够提供较高时间分辨率数据，但测量结果容易受到颗粒物粒径、颜色、折射率、湿度和雾滴影响，因此在需要长期连续监测、设备比对或较完整质量控制的项目中，需要采用更加稳定的质量浓度测量技术路线。β射线颗粒物监测通过受控流量采集环境空气，使颗粒物沉积在滤带上，再利用β射线穿过滤带前后的衰减变化计算颗粒物质量，并结合实际采样空气体积形成PM₂.₅、PM₁₀或TSP质量浓度。β射线颗粒物在线监测系统采用S-BETA β射线颗粒物在线监测仪，将颗粒物分析、切割采样、流量控制、温湿度调理、边缘质量控制、4G通信和SIYB智能监测平台组成完整系统，实现颗粒物质量浓度连续监测、质量追溯、异常告警和远程运维。

建设目标与监测目标

本项目建设β射线颗粒物综合在线监测系统，对目标区域环境空气中的PM₂.₅、PM₁₀或TSP质量浓度进行长期连续监测。

根据项目目的配置对应粒径切割器，实现PM₂.₅、PM₁₀或TSP中的一种或项目化组合监测。

系统持续记录颗粒物质量浓度、采样流量、采样体积、滤带运行状态、β源状态以及关键设备运行信息。

通过分钟、小时、日等时间尺度形成颗粒物变化趋势，识别浓度升高、污染峰值、持续高值和恢复过程。

边缘主机同步执行流量、温压、超量程、设备异常和质量状态判断，使颗粒物浓度与对应测量工况共同保存。

数据通过4G蜂窝网络上传SIYB智能监测平台，实现多站点集中查看、历史分析、告警、报表、质量控制及远程运维。

需求分析

β射线颗粒物监测首先需要明确监测对象。PM₂.₅、PM₁₀和TSP对应不同空气动力学粒径范围，采样头和切割器配置不同，因此项目实施前必须冻结具体监测指标。

第二，需要根据实际环境确定量程。普通城市环境空气、工业园区、道路扬尘和高浓度颗粒物场景的浓度范围差异明显，量程过大可能降低有效分辨能力，量程过小则可能频繁超量程。

第三，需要保证采样点具有代表性。大型建筑、道路局部扬尘源、排气口、强气流和其他局地颗粒物源可能导致单点数据无法代表目标区域整体情况。

第四，高湿和冷凝属于颗粒物连续监测的重要干扰因素。雾滴、水汽凝结和高湿颗粒增长可能影响颗粒物测量，因此需要根据现场环境配置除湿、伴热或其他采样调理措施。

第五，β射线颗粒物数据不能脱离流量状态单独判断。采样泵、流量控制、管路堵塞、滤带状态和温压补偿都会影响最终浓度结果，因此必须同步记录关键设备状态。

第六，β射线分析涉及密封β放射源，具体源类型、活度、许可、备案、运输、维护和报废应严格按照项目所在地现行放射源管理规定及有效文件执行。

总体解决方案

本方案采用S-BETA β射线颗粒物在线监测仪，由颗粒物采样头、PM₂.₅/PM₁₀/TSP项目化切割器、受控流量采样系统、采样管路、滤带输送机构、β射线颗粒物分析单元、采样预处理组件、边缘数据采集主机、4G通信模块、供电系统和SIYB智能监测平台组成。

环境空气首先通过项目配置的采样头和粒径切割器进入监测系统。

采样泵按照规定流量抽取空气，使目标粒径颗粒物沉积在滤带有效采样区域。

β射线分析单元分别测量洁净滤带与颗粒物沉积以后滤带的β射线透射变化，并根据β射线衰减关系计算颗粒物质量增量。

系统结合实际采样流量和采样体积，将颗粒物质量换算为μg/m³质量浓度。

边缘端同时处理温压补偿、流量质量判断、滤带状态、异常检测、本地存储和4G数据上传。

网络中断时现场继续采样和保存监测结果，4G恢复后按照原始时间戳补传。

系统架构设计

系统由颗粒物采样层、粒径分离层、β射线质量分析层、采样调理与质控层、边缘计算层、4G通信层和SIYB平台应用层组成。

颗粒物采样层负责按照设定流量获取具有代表性的环境空气样本。

粒径分离层根据PM₂.₅、PM₁₀或TSP监测目标配置相应采样与切割结构。

β射线分析层通过滤带颗粒物沉积前后β射线衰减变化获取颗粒物质量信息。

采样调理层根据项目环境配置过滤、除湿、伴热、反吹、稳流或气路切换。

边缘计算层完成浓度计算、温压补偿、质量判断、报警、本地缓存和设备状态管理。

4G通信层负责监测站与远程服务器之间的数据上传。

SIYB平台集中展示颗粒物浓度、流量、滤带、β源、质量码、校准记录和运维信息。

监测内容与监测方法

颗粒物质量浓度是系统核心监测结果，根据配置输出PM₂.₅、PM₁₀或TSP，单位通常采用μg/m³。

采样流量用于确认空气采样工况是否满足系统设定要求，并参与采样体积计算。

采样体积由实际流量与采样时间计算获得，是将滤带颗粒物质量换算为空气质量浓度的重要参数。

滤带状态用于记录当前滤带使用位置、有效运行情况及维护需求。

β源状态用于监视密封β射线源及分析单元相关运行状态，具体状态项目根据设备配置确定。

温度、压力和湿度等采样工况可根据系统配置用于补偿、质量判断和异常分析。

设备状态包括采样泵、流量控制、温控、通信、供电、本地存储和项目配置的其他关键部件。

技术原理与算法模型

β射线颗粒物测量基于β射线穿过物质后发生衰减的原理。颗粒物沉积在滤带以后，滤带单位面积质量增加，穿过滤带的β射线强度发生变化。

可以采用指数衰减关系描述其基本物理过程：

I=I₀e^(-μm)。

其中I₀表示参考状态β射线强度，I表示颗粒物沉积后的透射强度，μ为与测量系统和材料有关的质量衰减参数，m为滤带单位面积增加的颗粒物质量。

系统通过测量滤带颗粒物采集前后β射线响应，结合仪器标定参数计算对应颗粒物质量。

设某一采样周期内颗粒物质量为M，实际采样空气体积为V，则颗粒物质量浓度可表示为：

C=M/V。

其中C通常换算为μg/m³。

实际系统还需要结合流量、温度、压力、采样时间、滤带状态和设备标定参数进行完整计算与质量控制，因此平台应同时保存最终浓度与关键原始运行信息。

PM₂.₅、PM₁₀与TSP粒径监测设计

S-BETA可根据项目配置用于PM₂.₅、PM₁₀或TSP质量浓度监测。

PM₂.₅监测需要配置对应PM₂.₅粒径切割组件，使进入分析单元的颗粒物满足项目目标粒径要求。

PM₁₀监测采用对应PM₁₀采样和切割组件。

TSP主要用于监测总悬浮颗粒物，采样入口结构和监测目的与PM₂.₅、PM₁₀不同。

不同粒径项目不能仅通过软件修改名称完成切换，采样头、切割器、流量条件及项目化校准应与实际监测指标匹配。

如果项目需要同时获得PM₂.₅和PM₁₀，应根据具体设备配置确定采用多分析单元、切换结构或其他系统方案，不默认认为单个分析通道同时输出全部粒径结果。

采样流量与空气体积控制

颗粒物质量浓度的计算同时依赖颗粒物质量和实际空气采样体积，因此流量稳定性是β射线监测的重要质量控制环节。

S-BETA典型采样流量为16.7L/min，并可根据具体系统在0～20L/min范围内调节。

边缘主机持续监视当前采样流量，并根据系统设置识别明显偏低、偏高和异常波动。

采样流量偏差可能来源于采样头堵塞、管路积尘、滤带阻力变化、采样泵异常或气路泄漏。

如果流量状态不符合设备质控规则，对应颗粒物浓度应增加质量标记，而不是只保存一个看似正常的浓度结果。

平台还可保存累计采样体积，为后续数据复核和设备运维提供依据。

高湿、雾滴与采样预处理

环境空气颗粒物监测在高湿、雾天和冷凝条件下需要特别关注水分影响。

空气湿度较高时，部分吸湿性颗粒会吸收水分并增大质量和粒径；采样管路出现冷凝以后，还可能形成液态水进入滤带或气路。

因此项目可根据现场环境配置除湿、伴热、稳流或其他采样预处理措施。

边缘端应同步保存关键温湿度和温控状态，使浓度异常能够与采样环境对应分析。

采样调理措施不能随意改变目标颗粒物组成，应根据项目所依据的方法、规范及验收要求进行配置。

环境空气规范化监测项目尤其应按照适用技术规范确定采样调理、温湿度处理和质量控制方法。

系统功能设计

系统支持按照设定周期连续获取PM₂.₅、PM₁₀或TSP质量浓度。

边缘端完成β射线信号解析、温压补偿、流量处理、单位转换和质量判断。

系统支持颗粒物浓度阈值、变化率、持续时间及设备状态组合告警。

本地存储功能保证4G通信中断期间监测数据继续保存。

网络恢复以后按照原始时间顺序补传，并进行数据完整性检查。

设备状态诊断覆盖零点、量程、流量、温控、滤带、供电、通信和项目配置的β源状态。

平台可保存校准、维护、审核和人工修订记录，使颗粒物数据具有完整追溯链。

系统支持远程诊断、参数权限管理和项目化第三方平台接口。

硬件组成与配置方案

系统主要由S-BETA β射线颗粒物分析单元、PM₂.₅/PM₁₀/TSP项目化采样头与切割器、受控流量采样泵、滤带输送组件、气路及预处理系统、边缘数据采集主机、4G通信模块、机柜、电源、防雷接地和SIYB智能监测平台组成。

环境空气站点可根据实际需求建设固定监测机柜或站房，并将采样入口设置在符合项目代表性要求的位置。

高湿区域可按照项目增加除湿或采样温控组件。

高粉尘环境需要考虑采样管路、切割器和滤带维护周期。

监测站应提供稳定AC电源，并根据项目重要程度配置UPS或备用供电。

4G可作为主要远程通信方式，也可以根据项目网络条件与有线网络组成主备通信。

核心设备参数

S-BETA监测指标支持PM₂.₅、PM₁₀或TSP，具体切割器与量程按照项目配置。

标准量程为0～1000μg/m³。

可选量程包括0～100、0～200、0～250、0～500、0～2000、0～5000和0～10000μg/m³。

颗粒物质量浓度分辨率为0.1μg/m³。

测量周期可在1～3600min范围内配置，典型测量周期为1h。

采样流量典型为16.7L/min，可在0～20L/min范围内调节。

滤带使用周期典型不少于2个月，实际使用时间受颗粒物浓度、测量周期和滤带长度影响。

按照1h数据记录条件，设备本地数据存储典型可达到3年。

通信接口支持RS232、RS485和RJ45。

4G、数字量或4～20mA按照项目选配，本方案远程通信统一采用4G。

供电采用AC100～240V、50/60Hz。

工作环境温度为-40～+60℃。

工作环境相对湿度≤95%，无凝露。

设备采用密封β源，源类型、活度、许可、豁免或备案、运输和维护必须依据国家现行规定及对应有效文件确定。

最终量程、指标、精度、β源配置、接口、滤带、采样调理和附件以产品配置表、出厂检验记录和合同技术协议为准。

软件平台与数据展示

SIYB智能监测平台按照“项目—区域—站点—颗粒物分析设备”的方式管理β射线颗粒物监测数据。

实时页面显示当前PM₂.₅、PM₁₀或TSP质量浓度、采样流量、采样体积、4G通信和设备状态。

历史趋势页面支持分钟、小时、日尺度颗粒物浓度变化，并可按照指定时间区间查询。

平台可以形成日均值、小时变化、最高值、最低值和项目化统计结果。

设备状态页面显示流量、滤带、温控、通信、供电以及项目配置的β源相关状态。

质量控制页面统一保存零点、量程、流量、温压补偿、校准记录、质量码和异常标记。

告警页面支持颗粒物浓度、变化率、持续时间和设备故障分级报警，并保存告警确认和处置过程。

系统支持CSV、Excel数据导出，并可按照项目约定通过API、Modbus、MQTT或环保数据接口向第三方平台提供数据。

数据分析与智能应用

β射线颗粒物监测最重要的应用之一，是获得连续、可追溯的颗粒物质量浓度变化过程。

通过小时浓度曲线可以观察早晚交通、工业生产、施工活动和其他人为过程与颗粒物浓度之间的时间关系。

当颗粒物浓度突然升高时，可结合风速风向数据分析污染物可能输送方向。

工业园区项目可将不同边界站点颗粒物浓度放在同一时间轴，比较上风向和下风向浓度变化。

如果项目同步接入视频、企业生产状态或治理设施运行数据，可以进一步分析某一颗粒物高值事件与实际作业活动之间的对应关系。

将PM₂.₅、PM₁₀与温度、湿度、风速风向、气压和降雨联合，可以分析颗粒物累积、扩散和湿清除过程。

长期运行以后可以形成日、月、季度及年度颗粒物变化数据库，为环境趋势分析、设备比对和治理效果评价提供基础数据。

预警机制与决策支撑

系统可以根据项目用途设置颗粒物浓度关注值、预警值和持续时间规则。

短时间单个浓度高值应首先结合质量码、流量状态、高湿情况和设备运行状态进行检查。

当颗粒物浓度持续升高并达到项目设定条件以后，可形成持续高值事件。

变化率规则可用于识别短时间颗粒物快速增加过程。

如果多个相邻站点出现一致变化，可进一步结合风速风向和区域污染过程分析。

如果只有单个站点异常升高，应同时检查局部扬尘、采样入口污染、施工活动和设备状态。

设备流量异常、滤带异常、β分析单元状态异常、断电和4G通信故障应作为设备类告警，与真实污染浓度超限分开管理。

涉及法定空气质量评价或环保执法时，应按照现行法规、标准方法、设备适用性和审核程序执行，平台项目化告警不能自动替代法定评价结论。

项目实施方案

项目实施前首先明确监测目标属于环境空气站、工业园区、城市空气质量、科研比对还是其他颗粒物连续监测用途。

根据目标确定PM₂.₅、PM₁₀或TSP指标、预计浓度范围、测量周期和数据用途。

现场勘察应调查周围污染源、道路、建筑、气流条件、温湿度、供电、4G网络和维护空间。

根据项目方法要求确定采样头高度、安装位置、切割器、采样管路和预处理结构。

设备安装以后设置采样流量、量程、测量周期、时间同步、质量规则、4G通信和平台站点信息。

正式运行前完成零点、跨度或项目化比对、流量检查、温控检查、通信测试和断电恢复测试。

对采用密封β源的系统，应在设备安装、运输、使用和维护前确认相关放射源管理文件及项目责任边界。

试运行期间重点验证数据完整率、颗粒物浓度合理性、流量稳定性、质量标记、报表和远程补传能力。

运维服务保障

β射线颗粒物监测系统长期运行需要建立采样、流量、滤带、气路、温控、校准和设备状态综合在线维护制度。

采样头和粒径切割器应根据颗粒物负荷定期清洁，避免积尘改变实际切割和采样条件。

采样管路出现明显污染时应进行检查和维护，避免颗粒物沉积造成响应迟滞或流量异常。

滤带应根据实际浓度、测量周期和设备状态及时更换，而不能仅依靠固定时间机械执行。

采样流量需要按照设备质控要求进行检查和校准。

高湿环境应重点检查除湿、伴热和冷凝情况。

设备零点、量程及项目化比对结果应形成长期记录。

密封β源相关维护、检查、运输和处置必须按照国家现行放射源管理要求及有效许可文件执行，不应由未经授权人员自行拆卸或处理。

4G中断期间现场继续采集和存储，网络恢复以后自动补传。

项目优势与方案价值

S-BETA采用β射线衰减法直接围绕颗粒物质量建立测量关系，与仅依据光散射信号估算颗粒物浓度的技术路线具有明显区别。

标准0～1000μg/m³量程并提供多种项目化量程选择，可覆盖环境空气、工业园区及较高浓度颗粒物监测场景。

0.1μg/m³分辨率能够形成连续颗粒物质量浓度变化趋势。

1～3600min可配置测量周期，可以根据环境监测、科研或比对任务选择数据时间分辨率。

典型16.7L/min受控采样流量为颗粒物粒径切割和质量浓度换算提供稳定采样基础。

系统同时保存颗粒物浓度、采样流量、采样体积、滤带状态、β源状态和质量记录，而不是只上传一个PM数值。

4G通信、本地多年存储和断网补传适合分散式环境空气监测站长期运行。

零点、量程、流量、温压补偿和校准记录统一进入平台，提高颗粒物长期数据的可解释性和可追溯性。

应用场景

本方案适用于环境空气站PM₂.₅或PM₁₀连续自动监测。

适用于城市空气质量颗粒物连续监测和趋势分析。

适用于工业园区环境空气颗粒物监测及多站点对比。

适用于企业厂界、园区周界及项目化颗粒物趋势监测，具体监测方法根据项目适用规范确定。

适用于科研院所开展PM₂.₅、PM₁₀及颗粒物变化研究。

适用于第三方检测机构建设颗粒物连续比对及项目化监测系统。

适用于空气质量综合在线站，与SO₂、NOx、CO、O₃、气象等设备共同形成综合在线监测体系。

适用于β射线颗粒物仪器比对、质量控制及长期性能评价项目。

效益分析

连续性方面，将颗粒物人工阶段性采样扩展为连续自动质量浓度时间序列。

时效性方面，可以及时发现颗粒物浓度快速升高和持续高值过程。

数据可信性方面，同时保存浓度、流量、滤带、校准和设备状态，使异常结果具有复核依据。

环境管理方面，可将颗粒物变化与气象、视频、作业和治理设施状态联合分析。

远程运维方面，4G平台使运维人员可以先查看流量、滤带、设备和通信状态，再安排现场维护。

长期管理方面，可以形成连续颗粒物浓度、质量控制、校准、维护和异常事件组成的完整站点档案。

标准规范与政策依据

用于环境空气PM₁₀和PM₂.₅连续自动监测时，可根据项目适用范围参考HJ 653-2021《环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统技术要求及检测方法》。

环境空气颗粒物连续自动监测系统运行和质量控制可根据适用范围参考HJ 817-2018《环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统运行和质控技术规范》。

污染物自动监测数据传输项目可根据实际适用范围参考HJ 212-2025《污染物自动监测监控系统数据传输技术要求》。

采用密封β放射源的设备，其使用、许可、备案、运输、维护和处置应遵守《中华人民共和国放射性污染防治法》以及国家现行放射源安全管理规定。

具有外壳防护等级声明的设备可根据最终配置参考GB/T 4208-2017《外壳防护等级（IP代码）》。

采用RS485/Modbus进行设备与边缘主机通信时，可参考MODBUS Application Protocol Specification。

上述标准和法规用于设备选型、方案设计、运行质控和项目合规参考，不自动表示S-BETA整机已经取得全部环保认证、计量认证、型式检测或可直接用于任何法定评价场景。

成功案例

成功案例应以真实完成并取得客户公开授权的项目资料为准。典型环境空气颗粒物监测项目，可在目标区域建设S-BETA β射线颗粒物监测站，并根据项目需求配置PM₂.₅或PM₁₀采样切割系统。

环境空气按照受控流量进入采样系统，目标粒径颗粒物连续沉积于滤带，由β射线分析单元计算颗粒物质量并结合采样体积形成质量浓度。

边缘主机同步记录颗粒物浓度、采样流量、滤带、温控、质量码和设备运行状态，并通过4G上传SIYB智能监测平台。

当颗粒物浓度明显增加时，平台可以同时查看同期风速风向、湿度及周边作业情况，辅助判断污染过程。

如果采样流量或设备状态出现异常，对应数据自动增加质量标志，提醒运维人员优先检查采样头、气路、滤带或采样泵。

网络暂时中断期间现场继续完成采样和数据存储；4G恢复以后按照原始时间顺序完成历史补传。

长期运行以后，系统形成颗粒物质量浓度、采样工况、校准、质量控制、报警和运维记录组成的完整颗粒物监测数据链。

以上内容属于依据S-BETA系统能力编制的典型应用流程，不作为欣仰邦既有客户名称、实际项目业绩、法定监测资质或固定环保评价结果声明。

参考文献

[1] HJ 653-2021，《环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统技术要求及检测方法》。

[2] HJ 817-2018，《环境空气颗粒物（PM10和PM2.5）连续自动监测系统运行和质控技术规范》。

[3] HJ 212-2025，《污染物自动监测监控系统数据传输技术要求》。

[4] 《中华人民共和国放射性污染防治法》及现行放射源安全许可、备案、运输和管理规定。

[5] GB/T 4208-2017，《外壳防护等级（IP代码）》及相关修改文件。

[6] Modbus Organization，MODBUS Application Protocol Specification V1.1b3。