CN107144307A - 一种移动式大气气溶胶离子成分实时监测*** - Google Patents

一种移动式大气气溶胶离子成分实时监测*** Download PDF

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周志成
周建华
王咏薇
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张龙
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Abstract

本发明公开了一种移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，包括车载环境***、大气成分监测***、数据采集处理***、供电***；大气成分监测***包括大气颗粒物监测单元、大气气态污染物监测单元和大气气象要素监测单元；数据采集处理***实时采集监测数据，并且通过数据采集器把采集的数据上传给数据终端软件***，数据终端软件***对采集数据进行数据分析、处理、显示、存储、查询、打印及远程与数据中心通讯。本发明搭载在移动观测车上大气气溶胶及气体组分监测分析仪进行实时大气监测，能够更加准确的观测大气气溶胶中水溶性离子浓度，为污闪事故分析提供数据支持。

Description

一种移动式大气气溶胶离子成分实时监测***
技术领域
本发明涉及一种移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，属于大气气溶胶离子成分的在线观测技术领域。
背景技术
近年来，大范围雾霾事件频发，雾霾不仅会导致能见度降低进而影响交通、城市景观和人民生活，其沉降还会对输用电安全等造成影响。污闪是影响电网安全的重大隐患之一，是电气设备绝缘表面附着的污秽物在潮湿条件下可溶物质逐渐溶于水，在绝缘表面形成导电膜，使绝缘子的绝缘水平大大降低而出现的强烈放电现象。污闪状况可能与空气中大量颗粒物沉降在电线塔设备上有关，当离子成分不同时，沉降物的腐蚀性不同，对绝缘子的影响也不同，大气气溶胶组分的准确观测是非常必要。
长时间的大气气溶胶成分观测主要是通过膜采样-离线分析的方法，但是该方法一般采样时间长，而颗粒物成分中，特别是半挥发性的物质会随着环境条件而变化，过长的采样的时间并不能反映出该过程而导致观测误差。在线气溶胶及气体组分监测分析***（MARGA）为该问题提供了很好的解决方法。MARGA由取样***、分析***和一个整合控制***等三部分组成，取样***将大气中的气体和气溶胶在无失真条件下进行分离并收集。在线分析***具有在线校正技术，保证测量的连续性、又保证数据的准确性。MARGA实时监测功能和准确数据保证为外场实验提供了可能性。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，装置安装于变电站或输电线路周边，本装置集成于方形金属腔体内，利用远程通信手段将采集到的气象环境信息上传至综合分析处理后台，通过对环境参数、气象参数等数据的测量分析，计算绝缘子的短期积污增长速率。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，其特征在于：包括车载环境***、大气成分监测***、数据采集处理***、供电***；
大气成分监测***包括大气颗粒物监测单元、大气气态污染物监测单元和大气气象要素监测单元；
数据处理***包括数据采集器、数据终端软件***、移动观测定位***、无线通信***；数据采集处理***实时采集监测数据，并且通过数据采集器把采集的数据上传给数据终端软件***，数据终端软件***对采集数据进行数据分析、处理、显示、存储、查询、打印及远程与数据中心通讯。
所述的移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，其特征在于：数据采集***实时对大气颗粒物、大气气态污染物、大气气象要素及移动观测车运动轨迹信息进行数据采集、处理、存储，并且通过串口把数据发送给数据终端软件***；数据终端软件***对采集数据进行数据显示、存储、查询、生成报表，同时，通过无线通信***远程把数据上传给远程客户端；观测定位***主要显示当前车辆的测量轨迹、天气情况和测量现场状态，并且把现场情况信息及车辆状态信息发送给远程客户端；远程客户端根据接收的监测数据、运动轨迹及现场的情况，指挥车辆定点或者移动观测。
作为优选方案，所述的移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，其特征在于：车载环境***中， 车内格局包括驾驶室和工作区，工作区包括工作台、车载设备、仪器仪表箱柜、校准气及控制、电路及气路规划。
作为优选方案，所述的移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，其特征在于：所述大气成分监测***具备气溶胶离子成分移动实时监测功能；采用在线气体及气溶胶成分监测***，由取样***、分析***和一个整合控制***三部分组成，并在车辆移动过程中正常工作。
作为优选方案，所述的移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，其特征在于：所述数据采集器用于对GPS数据、气象要素、大气颗粒及大气污染气体数据采集、数据处理、数据存储。
作为优选方案，所述的移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，其特征在于：数据采集器采用DC12V供电，模拟输入接口包括8路0-5V电压输入，8路4-20mA电流输入，数字输入接口包括2个232接口，2个485接口，2个USB接口、1个CAN总线接口、1个以太网口，同时具有SD卡接口，对数据进行存储。
作为优选方案，所述的移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，其特征在于：移动观测定位***实时将观测车的位置信息，状态信息，及现场情况发送给预报和预警中心，实现预报和预警中心的信息和观测车的信息同步；同时，预报和预警中心根据收到的信息，更改移动观测车运行路线，对重点污染区进行重复监测，提高监测的效率。
作为优选方案，所述的移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，其特征在于：供电***包括外市电、车载发电机，电源配备漏电保护开关、电器过电流保护装置、整车安全接地***，车内所有设备电器开关独立控制方式，保障各类环境监测装备在车辆移动行进过程中正常稳定工作。
有益效果：本发明提供的移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，搭载在移动观测车上大气气溶胶及气体组分监测分析仪进行实时大气监测，能够更加准确的观测大气气溶胶中水溶性离子浓度，为污闪事故分析提供数据支持。该观测***能够快速到达污闪事故发生地点，对导致污闪事故的大气颗粒物成分进行分析。
附图说明
图1为本发明的***原理图；
图2为本发明实施例移动观测车结构示意图；
图3为供电******原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1和图2所示，一种移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，其特征在于：包括主控单元、传感器单元、供电单元以及监测平台；传感器单元采集绝缘设备周围环境的大气信息特征、环境信息特征，并将采集到的数据通过监测平台进行远程分析处理；传感器单元安装于待分析设备周边。
移动式大气气溶胶离子成分实时监测***主要由车载环境***、大气成分监测***、数据采集处理***、供电***组成。大气成分监测***由大气颗粒物监测单元、大气气态污染物监测单元和大气气象要素监测单元组成。数据采集处理***实时采集监测数据，并且通过数据采集器把采集的数据上传给数据终端软件***，数据终端软件***对采集数据进行数据分析、处理、显示、存储、查询、打印及远程与数据中心通讯。移动式大气气溶胶离子成分实时监测***原理图（如图1）和移动观测车结构图（如图2）。
（1）满足移动式环境空气在线分析的车载环境
车厢体内采用防火，阻燃，防雨，防尘，防锈，保温，降噪，隔震，长期抗震结构，外层强度高，整车配重合理。车内格局由驾驶室及工作区，工作区包括工作台、车载设备、仪器仪表箱柜、校准气及控制、电路及气路规划等组成。电源配备漏电保护开关、电器过电流保护装置、整车安全接地***，车内所有设备电器开关独立控制方式，车载环境设计图如图3所示。
车载环境***中将所有设备仪器固定安装在车厢内部相应位置，并且考虑减震效果。车顶开放采样孔，以便仪器采样，同时采样孔配套增设防雨帽。续航电源***安装在车厢尾部，便于散热、检修。仪表放置在标准仪表机架内，充分利用测试车为仪表创造良好的使用环境，避免现场的温度、湿度、振动等的对仪表的影响。
车厢体内采用防火，阻燃，防雨，防尘，防锈，保温，降噪，隔震，长期抗震结构，外层强度高，整车配重合理。车内格局由驾驶室及工作区，工作区包括工作台、车载设备、仪器仪表箱柜、校准气及控制、电路及气路规划等组成。电源配备漏电保护开关、电器过电流保护装置、整车安全接地***，车内所有设备电器开关独立控制方式。
车载环境***中将所有设备仪器固定安装在车厢内部相应位置，并且考虑减震效果。车顶开放采样孔，以便仪器采样，同时采样孔配套增设防雨帽。续航电源***安装在车厢尾部，便于散热、检修。仪表放置在标准仪表机架内，充分利用测试车为仪表创造良好的使用环境，避免现场的温度、湿度、振动等的对仪表的影响。
（2）大气气溶胶离子成分移动式在线监测***
具备可移动式颗粒物成分在线监测功能。采用在线气体及气溶胶成分监测***，由取样***、分析***和一个整合控制***三部分组成。取样***将大气中的气体和气溶胶进行无失真条件下分离并收集，保证测量的连续性、又保证数据的准确性，其工作原理如下：真空泵以1m3 h-1 的速度将大气样品泵入采样箱。在进入采样箱之前，放置在进样口的旋风分离器对颗粒物(PM)的大小进行筛选。在取样箱中，可溶性气体被旋转式液膜气蚀器（WRD）定量吸收。由于气溶胶和气体的扩散速度不同，气溶胶则可无损失地通过WRD后被蒸汽喷射气溶胶收集器（SJAC）捕获。
通过气蚀器的气溶胶与不可溶性气体，在蒸汽喷射气溶胶收集器被蒸汽发生器产生的过饱和水蒸气包裹。水蒸汽以气溶胶粒子为液核，迅速生长为液滴，液滴下落，并被收集和以恒速流出采样器。而不可溶性气体和多余的气态水蒸汽则被抽走。至此大气样品被分为三组分：即可溶性气体、气溶胶、不可溶性气体。
样品收集***由两套完全相同的活塞式计量管组成。当其一套活塞向下移动，收集液体样品与标样；另一套活塞向上移动将样品注入分析仪器。当活塞移动到顶部或底部时，两套***互换角色，使样品的收集与分析不停顿地进行。通过利用控制阀门，使某一时刻内，确保只有气体和标样（或气溶胶和标样）的混合物注入分析仪器，进行阴阳离子分析。下一时刻则注入气溶胶和标样（或气体和标样）的混合物。标样通常为环境大气中不含有的阴阳标准溶液组成。
分析***设计有在线脱气和柱温控制***。可根据阴阳离子的分离效果，自动反馈控制柱温的温度。使分离效果在长时间内保持稳定，进一步确保测量数据的有效性。从根本上，免除了一般阴阳离子分析仪器测量数据经常需要人工干预的问题。既减少了数据处理的人员的工作量，也增强观测数据的客观性，提高观测数据的时效。
（3）数据采集处理***
数据处理***由数据采集器、数据终端软件***、移动观测定位***、无线通信***组成。数据采集***实时对大气颗粒物、大气气态污染物、大气气象要素及移动观测车运动轨迹等信息进行数据采集、处理、存储，并且通过串口把数据发送给数据终端软件***；数据终端软件***对采集数据进行数据显示、存储、查询、生成报表，同时，通过无线通信***远程把数据上传给远程客户端；观测定位***主要显示当前车辆的测量轨迹、天气情况和测量现场状态，并且把现场情况信息及车辆状态信息发送给远程客户端；远程客户端根据接收的监测数据、运动轨迹及现场的情况，指挥车辆定点或者移动观测。
数据采集器包括对GPS数据、气象要素、大气颗粒及大气污染气体等数据采集、数据处理、数据存储等。数据采集器采用DC12V供电，模拟输入接口包括8路0-5V电压输入，8路4-20mA电流输入，数字输入接口包括2个232接口，2个485接口，2个USB接口、1个CAN总线接口、1个以太网口，同时具有SD卡接口，对数据进行存储。
数据采集器硬件电路设计和***软件来控制***功耗，硬件电路设计中根据输入的电流和电压及输出电压和电流关系，选择合适开关电源芯片，提高转化效率；对其他选用低功耗且具有高阻状态的芯片。数据采集器中把数据采集和数据处理分开，由超低功耗的芯片根据采样频率不停地的采集数据，而另外MCU有两种工作状态，分别是运行工作状态和休眠状态,MCU完成各项任务后进入休眠状态，从而降低整个***的平均功耗，外界触发下唤醒进入正常运行状态。
开发大气气溶胶离子成分移动监测数据终端软件，将各种分析仪表输出的数据进行加工整理成满足用户后台数据库要求的规范文件格式，同时为用户提供丰富的图形化界面，将各中大气气溶胶离子成分观测要素直观地显示出来，并且提供各种报警、监控、查询、统计及生成报表以及相关的环保业务处理功能。
定位***采用GPS定位***监测车提供位置信息，并可据此查询作业管理单位，作业要求等信息，计算作业车辆的行驶方向与速度等数据，配合监测作业车辆的GPS调度管理***实施有效的车辆监管。
移动观测定位***实时将观测车的位置信息，状态信息，及现场情况发送给预报和预警中心，实现预报和预警中心的信息和观测车的信息同步；同时，预报和预警中心根据收到的信息，更改移动观测车运行路线，对重点污染区进行重复监测，提高监测的效率。
数据采集器采集车辆的GPS信息、气象要素数据、气态污染物数据及气态颗粒物数据，通过串口发送给数据终端软件***，据终端软件***对采集数据进行数据分析、处理、显示、存储等，同时终端软件***将处理的数据通过串口发送给4G无线通信模块，4G无线通信模块通过本地移动网实现远程数据传输,实时向数据中心上传采样数据。
（4）供电***
整车电源***有外市电、车载发电机组成，如图3所示。根据国家电器安全使用标准，车上配备漏电保护开关、电器过电流保护装置、整车安全接地***，车内所有设备电器开关采用独立控制方式。
柴油发电供电***采用德国熊猫柴油发电机组Panada12.000。该发电机有以下特点：内部集成的消音***和外部静音罩设计，体积小950*540*635、重量轻253KG、结构紧凑。采用异步发电机，具有VCS***，输出电压及其稳定（大约±3%）安全可靠。全自动智能化远程遥控***和全球最高的安全、防护等级。可适应极端环境运行，极端高温、低温、高海拔。
同时，移动车配备有蓄电池和UPS不间断电源以保证在突发断电情况下，仍有电力供给来操作仪器，保证仪器安全关机，避免对仪器损坏。
该移动式在线大气气溶胶离子成分监测***优势在于：
（1）不但有气溶胶的浓度观测，还有气溶胶离子成分的观测，为电力部门污闪事故提供有效数据支持。
（2）移动观测车能够快速到达污闪事故点，进行在线实时分析，可以满足突发性事件监测的需求，这对提高电力***电路安全保障工作的机动性和服务性非常重要。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，其特征在于：包括车载环境***、大气成分监测***、数据采集处理***、供电***；
大气成分监测***包括大气颗粒物监测单元、大气气态污染物监测单元和大气气象要素监测单元；
数据处理***包括数据采集器、数据终端软件***、移动观测定位***、无线通信***；数据采集处理***实时采集监测数据，并且通过数据采集器把采集的数据上传给数据终端软件***，数据终端软件***对采集数据进行数据分析、处理、显示、存储、查询、打印及远程与数据中心通讯。
2.根据权利要求1所述的移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，其特征在于：数据采集***实时对大气颗粒物、大气气态污染物、大气气象要素及移动观测车运动轨迹信息进行数据采集、处理、存储，并且通过串口把数据发送给数据终端软件***；数据终端软件***对采集数据进行数据显示、存储、查询、生成报表，同时，通过无线通信***远程把数据上传给远程客户端；观测定位***主要显示当前车辆的测量轨迹、天气情况和测量现场状态，并且把现场情况信息及车辆状态信息发送给远程客户端；远程客户端根据接收的监测数据、运动轨迹及现场的情况，指挥车辆定点或者移动观测。
3.根据权利要求1所述的移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，其特征在于：车载环境***中， 车内格局包括驾驶室和工作区，工作区包括工作台、车载设备、仪器仪表箱柜、校准气及控制、电路及气路规划。
4.根据权利要求1所述的移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，其特征在于：所述大气成分监测***具备气溶胶离子成分移动实时监测功能；采用在线气体及气溶胶成分监测***，由取样***、分析***和一个整合控制***三部分组成，并在车辆移动过程中正常工作。
5.根据权利要求1所述的移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，其特征在于：所述数据采集器用于对GPS数据、气象要素、大气颗粒及大气污染气体数据采集、数据处理、数据存储。
6.根据权利要求1所述的移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，其特征在于：数据采集器采用DC12V供电，模拟输入接口包括8路0-5V电压输入，8路4-20mA电流输入，数字输入接口包括2个232接口，2个485接口，2个USB接口、1个CAN总线接口、1个以太网口，同时具有SD卡接口，对数据进行存储。
7.根据权利要求1所述的移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，其特征在于：移动观测定位***实时将观测车的位置信息，状态信息，及现场情况发送给预报和预警中心，实现预报和预警中心的信息和观测车的信息同步；同时，预报和预警中心根据收到的信息，更改移动观测车运行路线，对重点污染区进行重复监测，提高监测的效率。
8.根据权利要求1所述的移动式大气气溶胶离子成分实时监测***，其特征在于：供电***包括外市电、车载发电机，电源配备漏电保护开关、电器过电流保护装置、整车安全接地***，车内所有设备电器开关独立控制方式，保障各类环境监测装备在车辆移动行进过程中正常稳定工作。
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