CN205461441U - 一种智能高效的气溶胶浓度测量与净化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能高效的气溶胶浓度测量与净化装置，其特征是，包括气溶胶切割分离器、气溶胶稀释器、光电传感器、电路处理控制模块和空气净化装置，所述胶切割分离器通过气管和气溶胶稀释器连接，所述气溶胶稀释器通过气管和光电传感器连接，所述气溶胶稀释器还通过气管和空气净化装置连接，所述光电传感器的输出信号传输给电路处理控制模块。优点：测量的准确性高；净化效率高；装置易用性强、维护成本低，可满足对室内外气溶胶的有效测量和净化，具有很强的实用性和较高的商业价值。

Description

一种智能高效的气溶胶浓度测量与净化装置

技术领域

本实用新型专利属于环境检测与环境保护技术领域，特别涉及一种智能高效的气溶胶浓度测量与净化装置。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，日益严峻的环境污染问题越来越多地引起了人们的关心，尤其是涉及到人类身体健康的空气污染问题更是备受关注。众所周知，工业生产和生活污染物排放的不断增加导致大气气溶胶悬浮颗粒物浓度显著增加，降低了大气能见度，导致雾霾天气经常发生。近年来，由于出现雾霾天气且天数越来越多，这样的大气环境污染已经严重影响了人们的日常生活和工作，因而及时有效地检测和净化大气环境的气溶胶悬浮物颗粒迫在眉睫。目前，在气溶胶质量浓度测量方面，常见的方法主要分为电学方法和光学方法。电学方法包括电晕带电离子计数法、离心法、撞机法、筛分法等。光学方法包括光散射法、光学成像法、光扫描法、偏振法等。光成像法等相对简单，但却得不到粒子的光散射信息。光散射法具有速度快、稳定性好、便携性强的优点，可以实现在线测量。因此本实用新型专利结合粒径切割与稀释处理，采用单粒子光散射法来精确测量气溶胶质量浓度值及其分布。另一方面，在气溶胶污染的净化处理方面，通常采用只具有单一过滤网的净化仪来净化环境空气，净化效率和效果不够理想。为了达到高效率净化效果，本实用新型专利在获取气溶胶质量浓度分布的测量结果之后，依据不同粒径气溶胶质量浓度的高低，智能选择性开启针对不同粒径气溶胶的净化层来高效净化环境空气。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种智能高效的气溶胶浓度测量与净化装置，并且根据气溶胶质量浓度分布来自动开启不同的净化层，不同净化层对不同粒径的气溶胶有针对性的净化效果，这样对气溶胶分子的净化更加有效，根据浓度的高低进行选择性净化，有力提升了室外内空气的净化效率，达到了快速高效的净化效果。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种智能高效的气溶胶浓度测量与净化装置，其特征是，包括气溶胶切割分离器、气溶胶稀释器、光电传感器、电路处理控制模块和空气净化装置，所述胶切割分离器通过气管和气溶胶稀释器连接，所述气溶胶稀释器通过气管和光电传感器连接，所述气溶胶稀释器还通过气管和空气净化装置连接，所述光电传感器的输出信号传输给电路处理控制模块。

进一步的，所述气溶胶切割分离器采用撞击式采样切割和多级采样。

进一步的，所述空气净化装置优选过滤质量浓度较大颗粒物，选择器由多通道方阵选择开关组成。

进一步的，所述光电传感器采用光散射式传感器。

进一步的，所述气溶胶稀释器的气体通过气泵吸入光电传感器。

进一步的，所述电路处理控制模块包括高速ADC、FPGA和STM32主控制芯片，所述光电传感器的输出信号依次传输给高速ADC处理、FPGA 处理、STM32主控制芯片进行数据处理通信。

进一步的，所述气溶胶稀释器和空气净化装置连接的气管上设有流量计。

进一步的，所述气溶胶稀释器中的用来稀释的洁净气体采用空气净化装置净化后的气体。

本实用新型所达到的有益效果：

该装置涉及了气溶胶的切割分离、稀释、质量浓度测量和净化。气溶胶切割分离是为了测量PM10、PM5.0、PM2.5、PM1.0的浓度值，来选择净化时的优先顺序。气溶胶光电传感器是单颗粒测量，稀释气溶胶有利于得到精确测量值。在气溶胶质量浓度测量时本专利选用了非均匀通道划分和基于遗传算法的小波神经网络来进行温湿度补偿，大大提高了测量的准确性。该装置不但提供了准确的室内外气溶胶浓度值，还可以对其进行智能净化处理，这样有利于保护人们的呼吸道***和心血管***。对于智能净化处理，针对不同粒径颗粒物的气溶胶，提供了不同孔径大小的活性炭及其过滤网来进行吸附，提高了净化效率。所以根据室内不同粒径颗粒物的浓度情况，来优选净化顺序。本设计装置易用性强、维护成本低，可满足对室内外气溶胶的有效测量和净化，具有很强的实用性和较高的商业价值。

附图说明

图1 是智能气溶胶浓度测量与净化装置的整体示意图；

图2 是气溶胶浓度测量控制电路示意图；

图3 是优选过滤顺序选择示意图；

图4 是单个净化过滤装置示意图。

图中的1是气溶胶切割分离器的进气口、2是气溶胶切割分离器、3-6是通道开关，7是输出口，8是流量计，9是气溶胶稀释器、10空气净化装置，11是空气净化装置的进气口，12是空气净化装置的出气口，13是电路处理控制模块，14是光电传感器，15是气泵，16是活性炭过滤网，17是隔离板，18是U型管道，19是某单一净化器的进气口，20是某单一净化器的出气口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，智能气溶胶浓度测量与净化装置包括气溶胶切割分离器2、气溶胶稀释器9、光电传感器14、电路处理控制模块13、空气净化装置10。通过气溶胶切割分离器的进气口1通入待测空气，气溶胶切割分离器是将PM10、PM5.0、PM2.5、PM1.0气溶胶分离出来，需要检测四种不同粒径颗粒物的质量浓度时，就分别打开其对应的通道开关3、4、5、6，此粒径的颗粒物便会进入气溶胶稀释器9进行稀释，然后通过光电传感器14进行测量，可以分别测得PM10、PM5.0、PM2.5、PM1.0的质量浓度值。空气净化装置10提供了四种过滤不同粒径的净化器，打开空气净化装置10的进气口11，根据待测气体的质量浓度的大小情况，优先过滤最大浓度值的颗粒物，即开启其对应的净化器，然后依次净化质量浓度较小的颗粒物。最后由空气净化装置10的出气口12输出洁净空气。

气溶胶稀释器9是用来定量的降低待测气体的质量浓度，这样有利于光电传感器进行单粒子测量。气溶胶稀释器9的气体是由待测气体和洁净气体混合而成，洁净空气是由空气净化装置10过滤后经输出口7进入气室，根据流量计8可观察气流量，调整气阀大小，可以定量的稀释待测气体。

光电传感器14采用了光散射法测量气溶胶质量浓度。利用气泵15吸收气溶胶颗粒进入光电传感器14。当气溶胶粒子经过光敏区时，产生光散射，球面反射镜收集颗粒的散射光，在利用光电探测器将球面反射镜的散射光转换成电压信号，此电压信号是与其气溶胶粒径大小相对应的电信号，对后端电压信号处理就可得到气溶胶颗粒的浓度。所以，传感器测量到的是很多电压脉冲信号，只要对脉冲数进行计数，不同峰值的脉冲落入不同的电压区间，就可得到电压脉冲的幅度和脉冲数目的关系。所以，利用光学器件测量气溶胶时，将测量的电压脉冲信号幅度分布反演气溶胶的质量浓度。电路处理控制模块13用于测量光电传感器输出的电压信号，根据标定实验所预设好的计算公式和补偿算法计算出气溶胶质量浓度值。

如图2所示，本实用新型专利测量控制电路主要由ADC采样电路、FPGA及其***电路、STM32单片机及其***电路组成。光电传感器对粉尘进行测量得出脉冲信号，经高速ADC采集和FPGA和STM32的电路进行数据处理后得出浓度值，并且运用算法处理做湿度补偿。测量电路粒子计数器的通道划分对其精度和稳定度都会造成不同程度的影响。一般情况下，粒子计数器通道数越多其反演精度也会随之提高。但随着粒子通道数的增加，其难度和成本也在增加，所以选择好通道数也很重要。均匀通道划分简单，操作起来方便。非均匀通道相对难些，但更符合大气环境中粉尘颗粒物的分布特点。本专利采用非均匀通道划分，非均匀通道划分是经过FPGA内部硬件编程得到，这样具有更高的速度来处理数据，使得数据更完整准确。电路设计采用了多种通信方式，可以通过显示屏直观的观察数据，还可以通过串口和电脑进行数据通信，方便更加复杂的数据处理，还可以通过WIFI与手机连接，实时的将信息传送给用户，操作简单实用。

如图3所示，空气净化装置10的气溶胶净化器的过滤顺序是可选选择的，优先顺序分为4个级别，第1级为最先开启的过滤器，第2、3、4级顺序依次递减。过滤装置由活性炭过滤网组成，可充分吸收气溶胶粉尘杂质，并根据PM10、PM5.0、PM2.5、PM1.0的吸收率，做出不同的粒径大小的活性炭过滤网来最大效率的过滤气溶胶颗粒物。如图3所示，室内外空气由空气净化装置10的进气口11进入，气流的流通走向由A~P通道选择开关控制，A~D均有两个进气口、一个出气口，E~P均有一个进气口、一个出气口，其中三角符号表示进出气口的方向。器件a~d分别对应着PM10、PM5.0、PM2.5、PM1.0净化器。通过控制A~P的进气口和出气口的开合，可以任意组成一组通过a~d净化器的顺序。优选净化顺序提高了净化效率，节省了净化时间，最后净化好的空气由整个净化器的空气净化装置的出气口12导出。

其中会有24种不同的过滤顺序，作为举例，假若测得的不同颗粒粒径的质量浓度大小依次为PM10、PM5.0、PM2.5、PM1.0，经过单片机的内置算法处理后，打开a、b、c、d的上进气口和下出气口，打开A的上进气口和出气口，打开N、K、H的进气口和出气口，则气体流经的路径为：由空气净化装置的进气口11进入，则可由A进入PM10过滤器a；气体由a出气口出，经N进入PM5.0过滤器b；气体由b出气口出，经K进入PM2.5过滤器c；气体由c出气口出，经H进入PM1.0过滤器d。其余选择通道开关均未开启，所以气流的流经通道为A→a→N→b→K→c→H→d，最后开启d的右出气口，经Q将洁净气体排出。根据不同粒径质量浓度情况，单片机会根据算法开启一组通道选择开关，这样提高了净化效率。

如图4所示，待净化的空气可由某单一净化器的进气口19导入，经过层层迂回环绕叠加的活性炭过滤网16净化气溶胶颗粒物，经隔离板17进行隔离，由U型管道18相连接，层层迂回环绕叠加方式可使得气溶胶颗粒与活性炭过滤网实现充分接触，从而提高了净化效率，最后净化后的空气由某单一净化器的出气口20导出。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种智能高效的气溶胶浓度测量与净化装置，其特征是，包括气溶胶切割分离器、气溶胶稀释器、光电传感器、电路处理控制模块和空气净化装置，所述胶切割分离器通过气管和气溶胶稀释器连接，所述气溶胶稀释器通过气管和光电传感器连接，所述气溶胶稀释器还通过气管和空气净化装置连接，所述光电传感器的输出信号传输给电路处理控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种智能高效的气溶胶浓度测量与净化装置，其特征是，所述气溶胶切割分离器采用撞击式采样切割和多级采样。

3.根据权利要求1所述的一种智能高效的气溶胶浓度测量与净化装置，其特征是，所述空气净化装置根据待测气体的质量浓度的大小情况优选过滤质量浓度较大颗粒物，选择器由多通道方阵选择开关组成。

4.根据权利要求1所述的一种智能高效的气溶胶浓度测量与净化装置，其特征是，所述光电传感器采用光散射式传感器。

5.根据权利要求1所述的一种智能高效的气溶胶浓度测量与净化装置，其特征是，所述气溶胶稀释器的气体通过气泵吸入光电传感器。

6.根据权利要求1所述的一种智能高效的气溶胶浓度测量与净化装置，其特征是，所述电路处理控制模块包括高速ADC、FPGA和STM32主控制芯片，所述光电传感器的输出信号依次传输给高速ADC处理、FPGA 处理、STM32主控制芯片进行数据处理通信。

7.根据权利要求1所述的一种智能高效的气溶胶浓度测量与净化装置，其特征是，所述气溶胶稀释器和空气净化装置连接的气管上设有流量计。

8.根据权利要求1所述的一种智能高效的气溶胶浓度测量与净化装置，其特征是，所述气溶胶稀释器中的用来稀释的洁净气体采用空气净化装置净化后的气体。