CN201402268Y - 一种智能型环境空气质量监测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种空气质量监测仪包括：采样泵、气体监测通道、可吸入颗粒物监测通道和微处理器；可吸入颗粒物监测通道包括：切割器和检测器；采样泵将可吸入颗粒物抽进所述切割器；切割器去除所述颗粒物中的粗大粒子，送入所述检测器；检测器产生与颗粒物浓度成正比的脉冲，将脉冲发送至微处理器；微处理器由脉冲计算出所述颗粒物的浓度；气体监测通道包括：过滤器和至少两个气体传感器；采样泵，用于将空气抽进过滤器；过滤器，用于过滤空气中的杂质和水分后送入气体传感器；气体传感器，用于产生与气体浓度成比例的电流信号，发送电流信号至所述微处理器；微处理器由电流信号计算出气体的浓度。本监测仪可以同时测量多种气体和颗粒物的浓度。
Description
技术领域
本实用新型涉及环境监测技术领域，特别涉及一种智能型环境空气质量监测仪。
背景技术
随着我国经济的快速发展，环境保护问题日益突出，环境保护的第一步就是环境监测。随着近年来突发事故的频繁发生，开展了全国环境保护重点城市空气污染的预测预报。绿色食品、有机食品的种植、生产也需要对种植环境的空气质量进行监测。环境预测为指导工农业生产和生态环境发挥了重要作用。国家推行的蓝天计划以及建立的应急监测中心，均需要大量便携的空气质量监测仪。
目前我国绝大多数的大中型城市基本上建立了空气质量自动监测***，但他不具备可移动性，并且造价大，维护费用很高。由于其高昂的费用，许多中小型城市没有实力配备这些***，或配置后停用。目前广泛使用的是大气采样器和颗粒物采样器，但是这些仪器要先在实验室配置吸收液，然后送到现场进行采样，最后又拿到实验室进行数据分析。这样不仅操作麻烦，而且随机误差和累积误差都很大，造成最终数据不准确。
虽然目前已有成本低的监测环境空气质量的监测仪，但是目前的一台监测仪只能单独监测气体或单独监测可吸入颗粒物，不能同时监测气体和可吸入颗粒物。目前一台监测仪只能监测比较单一的SO2、NO2或CO两三种气体，不能根据不同环境状况任意更换监测的气体种类，并且当监测两三种气体时，仪器所采用的气体传感器间还存在相互交叉的干扰，导致测量结果偏差较大，无法准确判断气体种类。
实用新型内容
本实用新型要解决的问题是提供一种智能型环境空气质量监测仪，能够同时监测空气中可吸入颗粒物的浓度和多种气体的浓度。
本实用新型提供一种智能型环境空气质量监测仪，包括：采样泵、气体监测通道、可吸入颗粒物监测通道和微处理器；
所述可吸入颗粒物监测通道包括：切割器和检测器；所述采样泵，用于将可吸入颗粒物抽进所述切割器；所述切割器，用于去除所述颗粒物中的粗大粒子，送入所述检测器；所述检测器，用于产生与颗粒物浓度成正比的脉冲，将所述脉冲发送至所述微处理器；所述微处理器，用于由所述脉冲计算出所述颗粒物的浓度；
所述气体监测通道包括：过滤器和至少两个气体传感器；所述采样泵，用于将空气抽进所述过滤器；所述过滤器，用于过滤空气中的杂质和水分后送入所述气体传感器；所述气体传感器，用于产生与气体浓度成比例的电流信号，发送所述电流信号至所述微处理器；所述微处理器，用于由所述电流信号计算出所述气体的浓度。
优选地，所述气体传感器为电化学传感器。
优选地，所述采样泵之后还设置有流量传感器，用于监测采样泵抽进的空气的流量，发送所述流量至所述微处理器；所述微处理器判断所述流量低于或高于预先设定的流量值时，控制设置于所述流量传感器之后的栅板的开度。
优选地，所述采样泵管道上还设有加热线圈，所述过滤器之后还设有温湿度传感器；
所述温湿度传感器，用于监测气体的温湿度，发送所述温湿度至所述微处理器；所述微处理器判断所述温湿度低于预定温湿度值时，发送控制指令至所述加热线圈，所述加热线圈为所述采样泵管道加热。
优选地，所述气体传感器为红外传感器，包括红外源、测量探头和参照探头；
被测气体进入气室，所述气室中设有所述红外源；所述红外源用于反射气体于所述测量探头和参照探头上；所述测量探头上覆盖着的滤光材料，用于透过红外光谱中被测气体吸收的那一段光谱；所述参照探头上覆盖着的滤光材料，用于透过红外光谱中被测气体不吸收的光谱；所述两个探头各自输出一个与其表面接触的红外光的强度成正比的电平；所述测量探头和参照探头上输出电平的比率用于计算被测气体的浓度。
优选地，所述探头内或探头附近设有温度传感器，用于对所述红外传感器进行温度补偿。
优选地，所述切割器为PM10、PM5、PM2.5或总悬浮颗粒物TSP类型。
优选地，所述监测仪还包括液晶显示单元，用于显示监测的气体和可吸入颗粒物的相关数据以及监测仪的工作状态。
优选地，所述监测仪的通讯接口包括：无线传输接口、通用串行总线接口、RS232和/或RS485。
优选地，所述无线传输接口为GPRS或CDMA。
优选地，所述监测仪的电源采用交流电源接口和直流电源接口两用的电源***，所述交流电源接口与外界电源之间设置有电气隔离和光电隔离；所述直流电源接口直接连接电池。
本实用新型还提供一种可吸入颗粒物监测仪，包括：采样泵、切割器、检测器和微处理器；所述采样泵，用于将可吸入颗粒物抽进所述切割器；所述切割器，用于去除所述颗粒物中的粗大粒子后，送入所述检测器；所述检测器，用于产生与颗粒物浓度成正比的脉冲，将所述脉冲发送至所述微处理器；所述微处理器，用于由所述脉冲计算出所述颗粒物的浓度。
本实用新型还提供一种气体监测仪，包括：采样泵、过滤器、至少两个气体传感器和微处理器；所述采样泵，用于将空气抽进所述过滤器；所述过滤器，用于过滤空气中的杂质和水分后送入所述气体传感器；所述气体传感器，用于产生与气体浓度成比例的电流信号，发送所述电流信号至所述微处理器；所述微处理器，用于由所述电流信号计算出所述气体的浓度。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
本实用新型提供的一种智能型环境空气质量监测仪，包括可吸入颗粒物监测通道和气体监测通道，颗粒物浓度监测是由检测器根据光散射原理，产生与颗粒物浓度成正比的脉冲。微处理器根据所述脉冲计算出颗粒物的浓度。气体监测通道中包括多个气体传感器，采样泵采集的空气分别送入每个气体传感器通道。每个气体传感器只与自己对应的气体敏感，从而发生化学反应，产生与气体浓度成正比的电流信号。微处理器根据所述电流信号计算出对应气体的浓度。本实用新型可以根据需要任意添加和改变所述气体传感器，实现对不同气体的浓度监测。本实用新型监测颗粒物和气体浓度采用的原理可以有效减小监测仪的体积，使所述监测仪可以便携。
附图说明
图1是基于本实用新型空气质量监测仪第一实施例结构图；
图2是基于本实用新型监测仪气体监测的结构图；
图3是基于本实用新型监测仪可吸入颗粒物监测的结构图；
图4是基于本实用新型监测仪的第二实施例结构图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
参见图1，该图为基于本实用新型空气质量监测仪第一实施例结构图。
本实用新型提供一种智能型环境空气质量监测仪，包括：采样泵101、气体监测通道102、可吸入颗粒物监测通道103和微处理器104。
所述气体监测通道102包括：过滤器102a和至少两个气体传感器102b，用于产生与气体浓度成比例的电流信号，发送所述电流信号至所述微处理器104。
所述微处理器104，用于由所述电流信号计算出所述气体的浓度。
所述可吸入颗粒物监测通道103包括：切割器103a和检测器103b。
所述采样泵101，用于将可吸入颗粒物抽进所述切割器103a。
所述切割器103a，用于去除所述颗粒物中的粗大粒子，送入所述检测器103b。
所述检测器103b，用于产生与颗粒物浓度成正比的脉冲，将所述脉冲发送至所述微处理器。
所述微处理器104，用于由所述脉冲计算出所述颗粒物的浓度。
本实用新型提供的智能型环境空气质量监测仪，包括可吸入颗粒物监测通道和气体监测通道，颗粒物浓度监测是由检测器根据光散射原理，产生与颗粒物浓度成正比的脉冲。微处理器根据所述脉冲计算出颗粒物的浓度。气体监测通道中包括多个气体传感器，采样泵采集的空气分别送入每个气体传感器通道。每个气体传感器只与自己对应的气体敏感，从而发生化学反应，产生与气体浓度成正比的电流信号。微处理器根据所述电流信号计算出对应气体的浓度。本实用新型可以根据需要任意添加和改变所述气体传感器，实现对不同气体的浓度监测。本实用新型监测颗粒物和气体浓度采用的监测原理可以有效减小监测仪的体积，使所述监测仪可以便携。
为了使本领域技术人员更好地实施本实用新型，下面分别介绍可吸入颗粒物和气体的浓度的监测原理。
参见图2，该图为基于本实用新型监测仪气体监测的结构图。
气体监测结构包括采样泵101、过滤器102a、气体传感器102b、温湿度传感器201、前置放大电路202、连接气管203、加热线圈204和微处理器104。
首先，采样泵101将空气抽进过滤器102a。
过滤器102a滤除空气中的杂质和水分，将过滤后的空气分别送入不同的气体传感器102b和温湿度传感器201。
需要说明的是，整个气体监测通道的各个监测元件之间通过连接气管203连接起来。当然，有几个气体传感器就需要几条监测通道。例如，当有5个气体传感器时，就要设置5条独立的气体监测通道，采样泵将抽进来的空气分别送入每条监测通道。
气体传感器采用定电化学传感器或红外线传感器监测气体浓度。
电化学气体传感器是一种微燃料电池元件，它可以直接反映出气体浓度而不必通过分压来反映。
扩散进入传感器的气体在感应电极表面发生氧化或还原反应，在两电极间产生一个内部电流，电流值对应于气体浓度，在外部电路中接入一只负载电阻就可以对其进行检测了。
为了避免气体间的交叉干扰而导致气体种类的判断错误，本实施例中部分气体采用红外线传感器原理。
所述红外传感器包括红外源、测量探头和参照探头；
被测气体进入气室，所述气室中设有所述红外源；所述红外源用于反射气体于所述测量探头和参照探头上；所述测量探头上覆盖着的滤光材料，用于透过红外光谱中被测气体吸收的那一段光谱；所述参照探头上覆盖着的滤光材料，用于透过红外光谱中被测气体不吸收的光谱；所述两个探头各自输出一个与其表面接触的红外光的强度成正比的电平；所述测量探头和参照探头上输出电平的比率用于计算被测气体的浓度。
被检测气体通过一个烧结的不锈钢阻火器进入气室。气室中有一盏灯提供循环的红外光源。光源在气室中反射并终止于两个热电探头上。两个探头一个是“测量探头”，另一个是“参照探头”。当被测气体进入气室时，气体吸收了红外光辐射的一段，这样从测量探头上输出的信号也就相应减弱。而尽管有被测气体存在，“参照探头”上的信号电平保持不变。
因红外传感器的输出信号因温度变化而变化，温度升高输出增大，温度降低输出变小。为了保证测量的准确度，在所述探头内或探头附近设有温度传感器，用于对所述红外传感器进行温度补偿。
一般红外传感器在常温和一定浓度下输出信号是标准的，当温度发生变化后输出信号将发生偏差，通过微处理器将测得的温度传感器信号来抵消红外传感器上变化的信号，进而达到补偿的目的。
温湿度传感器201监测空气的温湿度，发送温湿度至微处理器104。
当微处理器104判断所述温湿度值低于预定温湿度值时，发送控制指令至加热线圈204，加热线圈204为监测通道加热。这样是为了用温湿度补偿，使测量的气体浓度更准确。
加热线圈204设置在每条气体监测通道上。
空气中的各种气体分别与对应的传感器发生化学反应，产生的电流信号经过前置放大电路模块202处理后送入微处理器104。
微处理器104对数据经过温湿度补偿和线性处理后，计算出相应气体的浓度。同时，对结果数据进行超限比较，如果某种气体的浓度超过预定指标或含量，则进行报警。
需要说明的是，本实施例所述监测仪还包括液晶显示单元205，气体的浓度以及报警状态均可以在液晶显示单元205上显示。
同时，本实施例所述监测仪还包括有线通信接口206和无线通信接口207，可以通过有线或无线方式，将结果数据传送至信息中心，便于存档和分析。
有线通信接口206可以为RS485，USB等通讯方式。
无线通信接口207可以为GPRS或CDMA。
最后，测试完的尾气全部进入高精度的三通阀汇总到一个气路排放到监测仪外。
需要说明的是，监测仪采用交直流自动切换方式电源***208。
在线方式下采用交流220V供电，在供电的同时进行充电。
便携方式下用电池供电。整机电池采用锂电池供电，确保仪器常温下正常连续工作10小时以上。当电池容量低于工作电压时，发出相应的报警提示信息。在充放电设计中设计了短路和极性接反等保护措施，增加了电池的使用寿命和可靠性。
交流电源采取外置方式，在便携情况下无需使用，在固定安装时通过外置，消除由交流电源带来的工频干扰并解决了散热问题。其中降压稳压模块选用开关稳压电源模块，该模块转换效率高，无需外加散热片，输出电流为1A、输出电压为5V，为数字电路提供5V的稳压供电。
本实施例提供的监测仪可以同时监测多种气体的浓度，由于采用电化学和红外线原理相结合的方式，可以有效避免各个气体之间的监测交叉干扰，使监测结果更准确。并且，采用以上原理的传感器可以使整个监测仪的体积变得很小，实现便携。
下面详细说明监测仪中可吸入颗粒物的监测结构。
参见图3，该图为基于本实用新型监测仪可吸入颗粒物监测的结构图。
需要说明的是，可吸入颗粒物监测通道与气体监测通道的区别仅是切割器和检测器。其中温湿度传感器、微处理器、有线和无线通信接口、液晶显示单元以及电源***和微处理器是两个监测通道共用的。
首先，采样泵101将空气抽入所述切割器103a。
切割器103a去除空气中的粗大粒子后，将空气送入检测器103b。
需要说明的是，本实施例提供的监测仪的切割器103a可以更换，该监测仪兼容PM10、PM5或PM2.5以及总悬浮颗粒物(TSP，Total SuspendedParticulate)标准的切割器。
检测器103b监测颗粒物的浓度是根据光散射原理设计的带滤膜在线采样器的微电脑激光粉检测器。
当去除粗大粒子后的空气进入检测器103b的暗室以后，暗室中的粉尘在激光照射下产生散射光，经前向接收并转换成与散射光强度及粉尘浓度成正比的每分钟秒冲计数，将该秒冲发送至微处理器104。
微处理器104根据所述秒冲计算出颗粒物的浓度。
参见图4，该图为基于本实用新型监测仪的第二实施例结构图。
该图中包括气体监测通道和颗粒物监测通道。
需要说明的是，采样泵101采样空气时，同时将空气送入颗粒物监测通道、气体监测通道和温湿度传感器通道，即送入过滤器102a、切割器103a和温湿度传感器201。温湿度传感器201监测空气的温湿度，发送温湿度至微处理器104。微处理器104判断所述温湿度低于预定温湿度值时，发送控制指令至加热线圈204和加热线圈304。
其中，加热线圈304设置在颗粒物监测通道的管路上。
颗粒物监测通道的各个部件之间也通过连接气管303连接。
颗粒物监测的数据也要经过前置放电电路模块202进行信号处理后发送至微处理器104。
后续的数据处理与气体监测的相同，在此不再赘述，例如液晶显示数据、通过无线或有线通信方式发送到其他设备等。
需要说明的是，所述采样泵之后还设置有流量传感器，用于监测采样泵抽进的空气的流量，发送所述流量至所述微处理器；所述微处理器判断所述流量低于或高于预先设定的流量值时，控制设置于所述流量传感器之后的栅板的开度。
需要说明的是，本实用新型提供了一种可吸入颗粒物监测仪，其具体实现方式与上述空气质量监测仪实施例中相同，在此不再赘述。
本实用新型还提供了一种气体监测仪，其具体实现方式与上述空气质量监测仪实施例中相同，在此不再赘述。
需要说明的是，本实用新型提供的空气质量监测仪可以同时监测可吸入颗粒物和气体的浓度，且颗粒物和气体的种类可以任意组合。
监测的气体可以在以下三十多种气体中任意选择，并任意组合：
常用环境监测气体种类为：二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、硫化氢、臭氧、氟化氢。
其它可选气体为：二氧化碳、氨气、氰化氢、氯气、氯化氢、、氟气、氢气、氧气、一氧化氮、溴气、磷化氢、偏二甲肼、二氧化氯、溴化氢、氯甲烷、氯乙烯、光气、砷化氢、过氧化氢、碘气、酸气、氢化砷、乙硼烷、锗烷、硒化氢、硅烷、环氧乙烷、甲醛、甲苯、乙醇、乙炔；烷类、烃类、醇类等。
下面简单介绍下本实用新型提供的监测仪的使用方法。
首先打开电源，等待***对所有硬件设备及参数进行自检，当画面显示自检完毕无故障提示时，表示监测仪正常。
监测仪启动后即可进行检测，通过采样泵和管路将周围环境中的被测气体采样至传感器的气室内，并作用到密封气室中的不同传感器上。
每个传感器即可输出一个与被测气体和可吸入颗粒物浓度成正比的电信号，发送电信号至微处理器进行处理。
微处理器计算出各个气体及可吸入颗粒物的浓度，并通过显示屏显示出浓度值。也可通过串行通讯接口将检测数据通过无线或有线方式将数据传输至信息中心进行数据处理、二次存储及打印。
监测仪自身存储的所有数据可以通过监测仪自身的按键随时随地查看。
同时该监测仪采用电池监控电路，实时显示电量状态，并具有欠压报警提示。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。
Claims (13)
1、一种智能型环境空气质量监测仪，其特征在于，包括：采样泵、气体监测通道、可吸入颗粒物监测通道和微处理器；
所述可吸入颗粒物监测通道包括：切割器和检测器；所述采样泵，用于将可吸入颗粒物抽进所述切割器；所述切割器，用于去除所述颗粒物中的粗大粒子，送入所述检测器；所述检测器，用于产生与颗粒物浓度成正比的脉冲，将所述脉冲发送至所述微处理器；所述微处理器，用于由所述脉冲计算出所述颗粒物的浓度；
所述气体监测通道包括：过滤器和至少两个气体传感器；所述采样泵，用于将空气抽进所述过滤器；所述过滤器，用于过滤空气中的杂质和水分后送入所述气体传感器；所述气体传感器，用于产生与气体浓度成比例的电流信号，发送所述电流信号至所述微处理器；所述微处理器，用于由所述电流信号计算出所述气体的浓度。
2、根据权利要求1所述的监测仪，其特征在于，所述气体传感器为电化学传感器。
3、根据权利要求2所述的监测仪，其特征在于，所述采样泵之后还设置有流量传感器，用于监测采样泵抽进的空气的流量，发送所述流量至所述微处理器；所述微处理器判断所述流量低于或高于预先设定的流量值时，控制设置于所述流量传感器之后的栅板的开度。
4、根据权利要求1所述的监测仪，其特征在于，所述采样泵管道上还设有加热线圈，所述过滤器之后还设有温湿度传感器；
所述温湿度传感器，用于监测气体的温湿度，发送所述温湿度至所述微处理器；所述微处理器判断所述温湿度低于预定温湿度值时，发送控制指令至所述加热线圈，所述加热线圈为所述采样泵管道加热。
5、根据权利要求1所述的监测仪，其特征在于，所述气体传感器，包括红外源、测量探头和参照探头；
被测气体进入气室，所述气室中设有所述红外源；所述红外源用于反射气体于所述测量探头和参照探头上；所述测量探头上覆盖着的滤光材料，用于透过红外光谱中被测气体吸收的那一段光谱；所述参照探头上覆盖着的滤光材料，用于透过红外光谱中被测气体不吸收的光谱；所述两个探头各自输出一个与其表面接触的红外光的强度成正比的电平；所述测量探头和参照探头上输出电平的比率用于计算被测气体的浓度。
6、根据权利要求5所述的监测仪，其特征在于，所述探头内或探头附近设有温度传感器，用于对所述红外传感器进行温度补偿。
7、根据权利要求1所述的监测仪，其特征在于，所述切割器为PM10、PM5、PM2.5或总悬浮颗粒物TSP类型。
8、根据权利要求1所述的监测仪，其特征在于，所述监测仪还包括液晶显示单元，用于显示监测的气体和可吸入颗粒物的相关数据以及监测仪的工作状态。
9、根据权利要求1所述的监测仪，其特征在于，所述监测仪的通讯接口包括：无线传输接口、通用串行总线接口、RS232和/或RS485。
10、根据权利要求1所述的监测仪，其特征在于，所述无线传输接口为GPRS或CDMA。
11、根据权利要求1所述的监测仪，其特征在于，所述监测仪的电源采用交流电源接口和直流电源接口两用的电源***，所述交流电源接口与外界电源之间设置有电气隔离和光电隔离；所述直流电源接口直接连接电池。
12、一种可吸入颗粒物监测仪，其特征在于，包括：采样泵、切割器、检测器和微处理器；所述采样泵，用于将可吸入颗粒物抽进所述切割器；所述切割器，用于去除所述颗粒物中的粗大粒子后，送入所述检测器；所述检测器，用于产生与颗粒物浓度成正比的脉冲，将所述脉冲发送至所述微处理器；所述微处理器，用于由所述脉冲计算出所述颗粒物的浓度。
13、一种气体监测仪，其特征在于，包括：采样泵、过滤器、至少两个气体传感器和微处理器；所述采样泵，用于将空气抽进所述过滤器；所述过滤器，用于过滤空气中的杂质和水分后送入所述气体传感器；所述气体传感器，用于产生与气体浓度成比例的电流信号，发送所述电流信号至所述微处理器；所述微处理器，用于由所述电流信号计算出所述气体的浓度。
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