CN103267717A - 一种基于太阳能供电模式的环保型pm2．5监测设备 - Google Patents

Abstract

一种基于太阳能供电模式的环保型PM2.5监测设备，包括PM2.5监测设备本体、供电电路和储能单元，其特征在于：在该PM2.5监测设备的供电电路上，还设置有太阳能发电装置，所述太阳能发电装置产生的电能，经控制系统后存储在储能单元中。所述太阳能发电装置、供电电路、储能单元与PM2.5监测设备依次相连，其中，太阳能电池设置在该监测设备的顶部或周围。本发明能让群众得到及时准确的环境质量信息，以便适时采取防护措施，为锻炼及户外活动提供帮助。届时，该太阳能电池不但能满足所述监测设备的用电需要，降低其运行成本，还能起到遮阳防雨的作用，保护监测设备少受阳光和雨水的侵蚀，具有节能环保、寿命长的优点。

Description

一种基于太阳能供电模式的环保型PM2.5监测设备

技术领域

本发明涉及一种PM2.5监测设备，特别涉及一种利用了太阳能进行供电、具有环保理念的PM2.5监测设备。

背景技术

近年来，环境污染问题，经常导致出现灰霾、雾霾等恶劣天气，PM2.5也逐步为人们关注和重视。PM是“颗粒物质”的缩写，能长时间悬浮在空气中。上述PM2.5细颗粒物又称细粒、细颗粒、可入肺颗粒物，是指大气中粒径小于或等于2μm（有时用小于2.5μm，即PM2.5）的颗粒物。虽然细颗粒物只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有着重要的影响。与较粗大的颗粒物相比，PM2.5富含大量有毒有害物质，对人体健康的威胁更大，极易附着于肺部深处，而且能在大气中停留更长时间，输送距离也更远，对大气环境及人体健康的影响也更大，是导致黑肺、灰霾和雾霾天气的主要凶手。

PM2.5现已成为家喻户晓、谈之色变的全民公敌，及时公布PM2.5数据，将有利于更好地指引公众健康出行，让大家针对不同的空气质量状态，采取不同的保护措施，尽可能减少危害。2012年2月，国务院新修订的《环境空气质量标准》中也特别增加了细颗粒物监测指标。2013年2月，全国科学技术名词审定委员会称：PM2.5拟正式命名为“细颗粒物”，PM2.5主要来自于燃烧柴油的卡车的尾气、烟囱排放、土壤扬尘、沙尘暴以及火山灰。

鉴于PM2.5会对呼吸系统和心血管系统造成伤害，导致哮喘、肺癌、心血管疾病、出生缺陷和过早死亡，现在大众对PM2.5关注度很高，也需要及时了解这方面的信息，以做好防护措施，保护自身的健康，由此，PM2.5监测设备也开始在各个城市陆续安装。

但传统的PM2.5监测设备，一般需要通过交流电提供电源，且由于在户外使用，长时间经历日晒雨淋，容易造成监测设备的损坏，影响了监测效果和测量精度，还会缩短产品的使用寿命。

随着近年来能源危机的频频爆发，太阳能等洁净环保、可再生能源的开发、利用日益受到重视，而PM2.5监测设备一般都设置在高处，所处位置具有光照效果好、太阳能电池输出功率高的特点，从而使太阳能在该领域具有了很好的应用价值。

发明内容

本发明就是针对现有PM2.5监测设备的不足之处，提供了一种采用了太阳能供电模式、环保型的PM2.5监测设备。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案。

一种基于太阳能供电模式的环保型PM2.5监测设备，包括PM2.5监测设备本体、供电电路和储能单元，其特征在于：在所述PM2.5监测设备的供电电路上，还设置有太阳能发电装置；所述太阳能发电装置至少为一组；所述太阳能发电装置、供电电路、储能单元与PM2.5监测设备依次相连。届时，上述太阳能发电装置还可根据需要，在数量上进行增加，以便提供更大的输出电流。

上述PM2.5监测设备，又称为PM2.5监测仪或PM2.5检测仪，是一种专门用于测量空气中PM2.5数值的专用检测仪器，以高灵敏度的微型激光传感器技术为基础，集空气动力学、数字信号处理、光机电技术于一体。该监测设备在连续监测粉尘浓度的同时，可收集到颗粒物，以便对其成份进行分析，并计算出质量浓度转换系数K值，可直读粉尘浓度，适用于公共场所及大气环境的测定，还可用于空气净化器净化效率的评价分析。其测定PM2.5浓度的过程，分为两个步骤，首先是将PM2.5与较大的颗粒物进行分离，然后再测定分离出来的PM2.5的重量。

本发明所述的PM2.5监测设备运用的监测方法为重量法、β射线吸收法或微量振荡天平法。

本发明所述的重量法，是将PM2.5直接截留到滤膜上，然后用天平称重。届时，工作人员根据采样前后滤膜的质量差及采样体积，就能计算出PM2.5的浓度，其原理是分别通过一定切割特征的采样器，以恒速抽取定量体积的空气，将环境空气中的PM2.5截留在已知质量的滤膜上，根据采样前后滤膜的质量差和采样体积，即可计算出PM2.5的浓度。

这里所述的重量法是一种最直接、最可靠的方法，也是验证其它方法是否准确的标杆，并具有成本较低的优点，目前在国内外环境质量评估中应用比较广泛。但由于重量法需要人工称重，其工作量大、程序繁琐费时，所以更适用于近郊或经济条件相对落后的小城市或用于PM10污染变化较小的城市。

当工作人员需要实现自动监测时，就需要采用β射线吸收法和微量振荡天平法。

本发明中所述的采用了β射线吸收法的PM2.5监测设备，由设备主机、采样头、采样泵、PM2.5切割器和样品动态加热系统组成。其原理如下：环境空气由采样泵吸入采样管，经过滤膜后排出，颗粒物便沉积在滤膜上，然后照射一束β射线，当β射线通过沉积了颗粒物的滤膜时，β射线的能量衰减，由于衰减的程度和PM2.5的重量成正比，工作人员通过对衰减量的测定便可计算出颗粒物的浓度。

本发明中所述的采用了微量振荡天平法的PM2.5监测设备，由设备主机、采样头、采样泵、PM2.5切割器和滤膜动态测量系统组成，通过在质量传感器内使用一个振荡空心锥形管，在其振荡端安装一可更换的滤膜，振荡频率取决于锥形管的特征和其质量。当采样气流通过滤膜时，其中的颗粒物便会沉积在滤膜上，滤膜的质量变化导致振荡频率的变化，通过振荡频率变化计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量，再根据流量、现场环境温度、气压和振荡频率的变化，即可计算出该时段PM2.5的浓度值。

本发明所述的PM2.5监测设备，其接口为USB接口、蓝牙接口或RS232接口，以便能满足不同设备的连接及传输要求；所述USB接口为USB2.0或USB3.0，所述蓝牙接口为1.1版、1.2版、2.0版、2.1版、3.0版或4.0版。

优选地，上述PM2.5监测设备中，还设置了无线发射模块，能进行监测数据的无线发射，所述PM2.5监测设备、无线发射模块与一控制器相连。如上述采用了β射线吸收法的PM2.5监测设备，就可以每小时自动得出一个监测数据，实时反映空气中PM2.5浓度的变化情况，并可将PM2.5监测设备连接空气质量自动监测系统，由控制器控制，通过该无线发射模块进行远程的数据自动发送、传输和上报，以供有关监测部门进行远程监控。

本发明所述的太阳能发电装置包括太阳能电池、控制系统和逆变器，所述太阳能电池产生的电能，经控制系统后存储在储能单元中，再由储能单元为PM2.5监测设备进行供电，以保证对PM2.5监测设备的持续供电。所述太阳能电池的输出接口通过控制系统连接上述储能单元的充电输入接口，该PM2.5监测设备通过用电控制电路连接上述储能单元的输出接口。更具体的，上述控制系统为太阳能发电控制器。

本发明中的太阳能发电装置利用太阳能电池产生的电能为储能单元充电，可直接为PM2.5监测设备进行供电，或由逆变器将储能单元中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到PM2.5监测设备的供电电路中。所述逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置，可将上述储能单元中储存的电能逆变成220V交流电输出，同时在控制系统中也直接预留了12V直流输出接口，使该PM2.5监测设备也能同时兼容市电供电模式，以便使用市电或电池等不同方式进行供电，实现交直流两用。

届时，所述太阳能电池设置在PM2.5监测设备的顶部或周围，太阳能电池通过白天接受光照，将太阳能转化为电能，经控制系统后，存储在该PM2.5监测设备的储能单元中。既节省能源又能降低PM2.5监测设备线路建设成本和设备运行成本。

本发明中的太阳能电池与所述PM2.5监测设备为固定结构或活动结构。当二者之间为固定结构时，该太阳能电池与所述PM2.5监测设备之间成固定状态，不可移动和变换角度；当二者之间为活动结构时，该太阳能电池可根据使用需要，调节其在该PM2.5监测设备中所处的位置和角度，其位置、角度的调节方式，可通过手动控制、电动控制或自动控制的方式进行。

进一步的，用户可在上述太阳能电池与PM2.5监测设备之间设一可调式支架，通过调节该可调式支架，来调节上述太阳能电池的受光角度，使之能适应不同季节、不同时间或不同地区的光照。比如：所述太阳能电池通过该可调式支架安装在该PM2.5监测设备的安装平台上，所述可调式支架与所述安装平台旋转连接，并设有定向驱动电机，所述定向驱动电机的控制电路根据预设的程序间歇地控制所述驱动电机转动，使太阳能电池的朝向对着光照方向，以提高太阳能电池的发电量，从而更好的满足PM2.5监测设备的用电需要。

由于PM2.5监测设备位于高处，且长时间在户外环境中工作，具有良好的受光条件，太阳能电池输出功率高，完全可利用太阳能来为其进行供电。

进一步的，由于该PM2.5监测设备长时间在户外环境中使用，为避免监测设备长时间遭受日晒雨淋，可将上述太阳能电池，或将太阳能与其他遮蔽物一起形成遮蔽状态，以减少太阳光以及雨水对PM2.5监测设备主体的侵蚀。

本发明所述的储能单元为充电电池或电容，所述充电电池如：蓄电池、镍氢电池、锂电池或锂离子电池等，所述电容如超级电容器，包括：双电层电容器、电化学电容器或混合电容器等。

由上述描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下优点和积极效果。

本发明中所述的环保型PM2.5监测设备，让人民群众得到了及时准确的环境质量信息提示，将有利于更好地指引公众健康出行，以便能针对不同的空气质量，采取不同的保护措施，如及时带上PM2.5口罩或减少出行，以尽可能减少危害，从而为锻炼及户外活动提供了很好的帮助，既提高了全民的环保意识，也能督促政府加大环境治理力度，也会进一步增强大家的节能环保意识，尤其适合在污染较重或地理位置重要的地方。同时，也能为环保部门进行空气质量评估和政府决策提供准确、可靠的数据依据。

一种基于太阳能供电模式的环保型PM2.5监测设备，能利用自然界中的太阳能为PM2.5监测设备提供稳定可靠的能源。在太阳能电池光照充裕的地区，就不需要铺设输电线，更不需要消耗市电，使PM2.5监测设备的架设、维护和运行成本更低，且太阳能电池也能为监测设备提供遮阳防雨的作用。通过这种改进，一方面可保护监测设备少受雨水的浸蚀，另一方面也能避免太阳光对检测设备的直射，具有节能环保、寿命长、免维护的优点。 

附图说明

通过下面结合附图，进行的详细描述，将更加充分地理解并认识本发明。

图1为本发明的一种基于太阳能供电模式的PM2.5监测设备的外观结构图。

图2为本发明中充电过程的一种原理框图。

图3为本发明中PM2.5监测设备所采用的三种监测方法。

图4为本发明中采用了β射线吸收法的PM2.5监测设备的一种结构框图。

图5为本发明中太阳能电池为平滑移动式时的一种结构状态。

图中：

1、立柱；                     2、PM2.5监测设备；

3、支架；                     4、A太阳能电池；

5、B太阳能电池；      6、箭头。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明的一种基于太阳能供电模式的PM2.5监测设备的外观结构图。

如图所示，图中，一种基于太阳能供电模式的环保型PM2.5监测设备，包括立柱1，所述PM2.5监测设备2设置在立柱1上，其特征在于：在所述PM2.5监测设备2的上部，还设置有A太阳能电池4，所述A太阳能电池4通过支架3固定在PM2.5监测设备2上。当然，该太阳能电池也可安装在该PM2.5监测设备2的其他部位。白天，太阳能电池将收集到的太阳能转化成电能，进行储存，并为PM2.5监测设备2进行供电。

本实施例中，PM2.5监测设备2用以监测、发布所在区域的空气质量的数据，如环境粉尘检测、大气悬浮颗粒监测、工业烟气污染排放控制等，本实施例中的PM2.5监测设备2可广泛适用于公共场所及大气环境的测定，还可用于空气净化器净化效率的评价分析，还能为群众锻炼及户外活动提供帮助。

上述太阳能电池不仅能为该PM2.5监测设备提供电能，还能起到遮阳避雨的作用，避免监测设备遭受日晒雨淋，减少了太阳光以及雨水对PM2.5监测设备主体的侵蚀，减少了设备故障，从而使设备运行更稳定、监测数据更准确，同时也能延长设备的使用寿命。由于该PM2.5监测设备利用的是绿色环保的能源——太阳能作为其电源，新颖独特，具有节能省电、低碳环保的特点，将进一步降低了PM2.5监测设备的架设和运行成本。

图2为本发明中充电过程的一种原理框图。

本实施例中，太阳能发电装置通过光电转换，将收集到的太阳能直接转换为电能后，为PM2.5监测设备的储能单元充电，再由储能单元为PM2.5监测设备进行供电。届时，该PM2.5监测设备通过用电控制电路连接上述储能单元的输出接口。

本发明由于安装了太阳能电池，通过接收太阳光照，将光能转换成电能后，既可为PM2.5监测设备直接供电，也可通过充电控制系统，为PM2.5监测设备的储能单元进行充电、储存，来维持其正常工作用电的需要，由此节省了设备运营费用和线路铺设费用，所述储能单元为充电电池或电容。

图3为本发明中PM2.5监测设备所采用的三种监测方法。

所述PM2.5监测设备采用了重量法、β射线吸收法或微量振荡天平法的监测方法。

图中，重量法是进行PM2.5监测最直接、最可靠的方法，也是验证其它方法是否准确的标杆，且成本较低，但重量法也有需要人工称重、工作量大、程序繁琐费时的缺点。而β射线吸收法和微量振荡天平法，能实现PM2.5数值的自动监测，所以各有优劣，用户可根据不同的使用需要，选择合适的监测方法。

图4为本发明中采用了β射线吸收法的PM2.5监测设备的一种结构框图。

本实施例中，所述PM2.5监测设备采用了β射线吸收法，所述采用了β射线吸收法的PM2.5监测设备由设备主机、采样头、采样泵、PM2.5切割器和样品动态加热系统组成。

其原理如下：环境空气由采样泵吸入采样管，经过滤膜后排出，颗粒物便沉积在滤膜上，然后照射一束β射线，当β射线通过沉积着颗粒物的滤膜时，β射线的能量衰减，由于衰减的程度和PM2.5的重量成正比，工作人员通过对衰减量的测定便可计算出颗粒物的浓度。

如图5所示，图5为本发明中太阳能电池为平滑移动式时的一种结构状态，为进一步提高太阳能电池的输出功率，本实施例中，太阳能电池可根据需要进行增加。所用太阳能电池可由两块或两块以上构成，所述太阳能电池：A太阳能电池4和B太阳能电池5可按图示箭头6所指示的方向进行平行移动。太阳能电池在使用时可充分展开，以增加受光面积，提高太阳能电池输出功率；不用时，太阳能电池可沿滑轨平滑收起。

本实施例中所用的太阳能电池为单晶硅太阳能电池、薄膜晶体硅、薄膜太阳能电池、化合物太阳能电池或聚光型太阳能电池。

一种基于太阳能供电模式的环保型PM2.5监测设备，具有很好的节能效果，同时，所用的太阳能电池装置还具有寿命长、无污染、结构合理的特点，可实现广泛应用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明中一种基于太阳能供电模式的环保型PM2.5监测设备的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于太阳能供电模式的环保型PM2.5监测设备，包括PM2.5监测设备本体、供电电路和储能单元，其特征在于：在所述PM2.5监测设备的供电电路上，还设置有太阳能发电装置；所述太阳能发电装置至少为一组；所述太阳能发电装置、供电电路、储能单元与PM2.5监测设备依次相连。

2.根据权利要求1所述的基于太阳能供电模式的环保型PM2.5监测设备，其特征在于：所述PM2.5监测设备运用的监测方法为重量法、β射线吸收法或微量振荡天平法。

3.根据权利要求1所述的基于太阳能供电模式的环保型PM2.5监测设备，其特征在于：所述PM2.5监测设备，其接口为USB接口、蓝牙接口或RS232接口。

4.根据权利要求3所述的基于太阳能供电模式的环保型PM2.5监测设备，其特征在于：所述USB接口为USB2.0或USB3.0，所述蓝牙接口为1.1版、1.2版、2.0版、2.1版、3.0版或4.0版。

5.根据权利要求1所述的基于太阳能供电模式的环保型PM2.5监测设备，其特征在于：所述PM2.5监测设备中，还设置了无线发射模块。

6.根据权利要求1所述的基于太阳能供电模式的环保型PM2.5监测设备，其特征在于：所述太阳能发电装置包括太阳能电池、控制系统和逆变器，所述太阳能电池产生的电能，经控制系统后存储在储能单元中。

7.根据权利要求6所述的基于太阳能供电模式的环保型PM2.5监测设备，其特征在于：所述太阳能电池设置在PM2.5监测设备的顶部或周围。

8.根据权利要求1所述的基于太阳能供电模式的环保型PM2.5监测设备，其特征在于：所述储能单元为充电电池或电容。

Images