CN102706780B - 空气微小颗粒物监测仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了空气微小颗粒物监测仪器，该仪器是对空气中微小颗粒物的微粒性质进行监测，通过主控线路板对获得的待测空气中微小颗粒物微粒性质的电信号进行处理与分析，从而判断空气中微小颗粒物的粒径，进而分析微小颗粒物的质量浓度和颗粒数浓度。仪器测量时，通过在主气路中通入洁净的干燥气体，对待测空气进行稀释，避免了颗粒物由于重叠造成相互影响，提高了采集信号的信噪比，另外，向传感器中通入洁净干躁气体，在待测气体外围形成一圈保护，保护传感器中的光源等部件不被待测空气污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学仪器，具体涉及一种空气微小颗粒物监测仪器。
背景技术
空气中微小颗粒物污染是导致灰霾天气的主要原因，而且特别是PM2.5（小于或者等于2.5微米颗粒物）可吸入颗粒物会对人体的健康造成影响，主要对呼吸系统和心血管系统造成伤害。且粒径越小对人体的危害越大。空气微小颗粒物的监测对治理环境和保护人类健康意义重大。
目前国内测量空气微小颗粒物的方法主要有：（1）滤膜称重法，这种方法原理简单，阻尘率高，测量结果可靠，但需要人工称重，操作繁琐、费时，不能实现自动测量；（2）β射线吸收法，该方法测量系统工作可靠，可间断测量,也可自动连续测量，但该方法存在安全隐患，要求现场测量人员具有较高的素质，系统还需要增加各种屏蔽措施，设备的结构比较复杂，一般适用于有特殊测量要求的场合；（3）微量振荡天平法，该方法通过配不同的切割器测量不同粒径范围的颗粒物，测量精度高，实时性好，对于PM2.5，这种方法需精度更高的配套附件，且测量受温度、湿度的影响较大；（4）光散射法，该方法测量速度快，重复性好，自动化程度高，能够在线连续测量。
光散射法已普遍应用于洁净环境下尘埃粒子的监测中，且技术比较成熟。利用光散射法监测大气中微小颗粒物与测量洁净环境中尘埃粒子的原理是相通的，两者的主要不同点在于：洁净环境下尘埃粒子的浓度往往不是很高（专用计数器一般监测范围在350000颗/立方米），而大气中可吸入颗粒物的浓度往往大于350000颗/立方米。由于大气中被测可吸入颗粒物的浓度较大，在采用光散射法监测时，颗粒物与颗粒物容易发生重叠，相互影响，导致采集到的信号的信噪比较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用光散射来监测空气微小颗粒物微粒性质的仪器，特别是对粒径小于等于1μm的颗粒(PM1)、粒径小于等于2.5μm(PM2.5)、粒径小于等于10μm(PM10)的监测，该仪器通过补充洁净干燥的气体来对待测空气进行稀释，避免发生颗粒物重叠，以提高采集的信号的信噪比。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种空气微小颗粒物监测仪器，包括：
能够输入待测空气的主气路；
与所述主气路相连接能够利用光散射原理来检测所述待测空气中微小颗粒物的微粒性质的传感器；
设置在所述传感器中能够采集到反映所述待测空气中微小颗粒物微粒性质的光信号并能够将该光信号转换为电信号输出的信号采集板；
与所述信号采集板相电连接能够获得该信号采集板输出的反映所述待测空气中微小颗粒物微粒性质的电信号的主控线路板；
进口与所述传感器相连接能够对经该传感器检测完成后的空气进行过滤的滤纸过滤器，所述滤纸过滤器具有能够更换的滤纸；
进口与所述滤纸过滤器的出口相连接能够抽吸空气的采样泵；
与所述采样泵的出口相连接的排放管路；
进口与所述采样泵的出口相连接能够对该采样泵输出的空气进行过滤以得到洁净干燥气体的过滤干燥器；
与所述主控线路板相电连接能够检测所述主气路中待测空气的温度和湿度并能够将检测到的温度和湿度信息输出给所述主控线路板的温湿度传感器；
均与所述主控线路板相电连接并均能够根据所述温湿度传感器输出的湿度信息受所述主控线路板控制开度的第一流量控制阀和第二流量控制阀，所述过滤干燥器的出口通过所述第一流量控制阀与所述主气路相连接，所述过滤干燥器的出口还与保护气路的一端相连接，该保护气路的另一端与所述传感器相连接，所述第二流量控制阀设置在所述保护气路或所述排放管路中。
具体实施时，所述过滤干燥器包括进口均与所述采样泵的出口相连接的第一过滤干燥器单元和第二过滤干燥器单元，所述第一过滤干燥器单元的出口通过所述第一流量控制阀与所述主气路相连接，所述第二过滤干燥器单元的出口与所述保护气路的一端相连接。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的仪器能够测量空气中微小颗粒物的微粒性质，如微小颗粒物的粒径、质量浓度和颗粒数浓度。在本发明的仪器中，通过在主气路中通入洁净的干燥气体，对待测空气进行稀释，避免了颗粒物由于重叠造成相互影响，提高了采集信号的信噪比，另外，向传感器中通入洁净干躁气体，在待测气体外围形成一圈保护，保护传感器中的光源等部件不被待测空气污染。
附图说明
附图1为本发明的示意图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步阐述本发明的结构。
参见图1所示，空气微小颗粒物监测仪器，包括主气路13、传感器1、设置在传感器1中的信号采集板2、滤纸过滤器3、采样泵5、排放管路14、过滤干燥器、主控线路板8、第一流量控制阀6、第二流量控制阀11、保护气路15、温湿度传感器12，主气路13中用于输入待测空气，传感器1与主气路13相连接，传感器1中的信号采集板2与主控线路板8相电连接，滤纸过滤器3的进口与传感器1相连接，滤纸过滤器3中具有能够更换的滤纸4，滤纸过滤器3的出口与采样泵5的进口相连接，采样泵5的出口连接有排放管路14，采样泵5的出口还连接有过滤干燥器，本实施例中，该过滤干燥器包括进口均与采样泵5的出口相连接的第一过滤干燥器单元9和第二过滤干燥器单元10，第一过滤干燥器单元9的出口通过第一流量控制阀6与主气路13相连接，第二过滤干燥器单元10的出口与保护气路15的一端相连接，保护气路15的另一端与传感器1相连接，保护气路15用于向传感器1中输入保护气体，第二流量控制阀11设置在保护气路15或排放管路14中。主气路13中还连接有温湿度传感器12，温湿度传感器12与主控线路板8相电连接，温湿度传感器12能够检测主气路13中待测空气的温度和湿度，并能够将检测到的温度和湿度信息输出给主控线路板8，第一流量控制阀6、第二流量控制阀11均与主控线路板8相电连接，主控线路板8能够根据温湿度传感器12输出的湿度信息来控制第一流量控制阀6和第二流量控制阀11的开度。该空气微小颗粒物监测仪器在工作时，通过采样泵5抽气，使采样气体(即待测空气)从主气路13进入传感器1中，传感器1能够利用光散射原理来检测待测空气中微小颗粒物的微粒性质，利用光散射原理来检测待测空气中微小颗粒物的微粒性质为现有技术。传感器1中的信号采集板2能够采集到反映待测空气中微小颗粒物微粒性质的光信号，并能够将该光信号转换为电信号输出给主控线路板8，主控线路板8将接收的电信号进行处理与分析，从而得到微小颗粒物的微粒性质，这里微小颗粒物的微粒性质包括了微小颗粒物的粒径、质量浓度和粒子数浓度。从传感器1出来的空气通过滤纸过滤器3过滤，过滤后的空气中含有的微小颗粒物的粒径为2.5uM以下，滤纸过滤器3中的滤纸4能够抽出，在对含有微小颗粒物的滤纸4进行称重、分析计算得到的结果，能够用来验证主控线路板8中通过处理与分析得到的微小颗粒物的微粒性质。本实施例中，通过主控线路板8分析得到的空气微小颗粒物的微粒性质中，质量测量的档位：PM1、PM2.5、PM10、TSP(待测空气中所有微小颗粒物的总值)，质量浓度范围：0~1500μg/m 3 ；颗粒数测量的档位：0.3μm、 0.5μm 、1μm 、3μm 、5μm 、10μm，颗粒数浓度范围：0~2x10 6 颗/L。经滤纸过滤器3过滤后的空气通过采样泵5送出，在图1中，采样泵5送出的空气能够进入排放管路14中，通过排放管路14排放，排放的流量通过第二流量控制阀11调节，采样泵5送出的空气还能够进入第一过滤干燥器单元9和第二过滤干燥器单元10，第一过滤干燥器单元9和第二过滤干燥器单元10不仅能够过滤掉空气中的微小颗粒物，还能够去除空气中水分。空气通过第二过滤干燥器单元10后会得到洁净干燥的气体，该洁净干燥的气体通过保护气路15进入传感器1中，在传感器1中的待测空气的外围形成一圈保护，保护传感器1中的光源等部件不被待测空气污染。空气通过第一过滤干燥器单元9后得到的洁净干燥气体，经第一流量控制阀6控制进入主气路13中，洁净干燥气体对主气路13中的待测空气进行干燥的同时，还稀释了待测空气，避免了待测空气中颗粒物的重叠，提高了信号采集板采集的信号的信噪比。主气路13中的温湿度传感器12在检测到主气路13中的气体湿度较高时，主控线路板8控制第一流量控制阀6的阀门开度加大，会有更多的洁净干燥气体进入主气路13，干燥和稀释待测空气；反之，当温湿度传感器12检测到主气路13中的气体湿度较低时，主控线路板8控制第一流量控制阀6的阀门开度减小，减少进入主气路13的洁净干燥气体量。在图1中，主控线路板8还会根据温湿度传感器12检测到的湿度信息来控制第二流量控制阀11的阀门开度，这样能起到调节主气路13和保护气路15中的洁净干燥气体量的作用。
Claims (1)
1.一种空气微小颗粒物监测仪器，其特征在于：包括
能够输入待测空气的主气路；
与所述主气路相连接能够利用光散射原理来检测所述待测空气中微小颗粒物的微粒性质的传感器；
设置在所述传感器中能够采集到反映所述待测空气中微小颗粒物微粒性质的光信号并能够将该光信号转换为电信号输出的信号采集板；
与所述信号采集板相电连接能够获得该信号采集板输出的反映所述待测空气中微小颗粒物微粒性质的电信号的主控线路板；
进口与所述传感器相连接能够对经该传感器检测完成后的空气进行过滤的滤纸过滤器，所述滤纸过滤器具有能够更换的滤纸；
进口与所述滤纸过滤器的出口相连接能够抽吸空气的采样泵；
与所述采样泵的出口相连接的排放管路；
进口与所述采样泵的出口相连接能够对该采样泵输出的空气进行过滤以得到洁净干燥气体的过滤干燥器；
与所述主控线路板相电连接能够检测所述主气路中待测空气的温度和湿度并能够将检测到的温度和湿度信息输出给所述主控线路板的温湿度传感器；
均与所述主控线路板相电连接并均能够根据所述温湿度传感器输出的湿度信息受所述主控线路板控制开度的第一流量控制阀和第二流量控制阀，所述过滤干燥器的出口通过所述第一流量控制阀与所述主气路相连接，所述过滤干燥器的出口还与保护气路的一端相连接，该保护气路的另一端与所述传感器相连接，所述第二流量控制阀设置在所述保护气路或所述排放管路中；
所述过滤干燥器包括进口均与所述采样泵的出口相连接的第一过滤干燥器单元和第二过滤干燥器单元，所述第一过滤干燥器单元的出口通过所述第一流量控制阀与所述主气路相连接，所述第二过滤干燥器单元的出口与所述保护气路的一端相连接。
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