CN104154954A - 一种熏蒸处理多参数综合监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种熏蒸处理多参数综合监测系统，包括主控芯片、溴甲烷气体浓度传感接口、24位模数转换接口、数字化CO₂气体浓度检测接口、数字化温湿度检测接口、采样泵接口、单路开关量控制接口、时钟接口、外部存储接口、报警接口、RS485串口通信接口、基于ZigBee技术的无线通信接口、可充电锂电备用电池接口、DC/DC电平转换接口和输入/输出接口。针对熏蒸处理技术中的变化，本发明提供了一种可在锂电备用电源模式下长时间工作，并可以根据监测需要将本发明放置于熏蒸库内任意位置，实现全空间内溴甲烷气体浓度、CO₂气体浓度及环境温湿度多参数的实时综合监测系统，能更好地为熏蒸处理作业的有效性评估提供数据支持。

Description

一种熏蒸处理多参数综合监测系统

技术领域

本发明涉及一种熏蒸处理多参数综合监测系统，尤其是提供了一种可在锂电备用电源模式下长时间工作，并可以根据监测需要将本发明放置于熏蒸库内任意位置，实现全空间内溴甲烷气体浓度、CO₂气体浓度及环境温湿度多参数的实时综合监测系统。

背景技术

随着国内生活生产需要的不断增长，近年来因商业性引种导致的外来有害生物入侵，对我国生态、环境和农林牧业生产安全造成了极大的危害，已经引起了各界的广泛关注。为保护我国利益，国家质量监督检验检疫总局针对各类进口货物提出了严格的检疫要求。

利用熏蒸剂熏蒸除害是公知的技术，其主要是利用熏蒸剂在诸如薰蒸仓、密闭的帐幕、集装箱等能密闭的各种容器内进行杀灭有害生物。为了防止有害生物随活体植物产品通过国际贸易传入我国，检验检疫口岸通常也采取经济有效的熏蒸方式进行检疫处理，溴甲烷也被作为常用熏蒸剂用于粮食、植物、集装箱、交通工具等的杀虫，灭鼠、消毒等处理。在溴甲烷熏蒸处理过程中，需要对熏蒸仓内的溴甲烷气体浓度进行实时监测，只有当溴甲烷气体达到一定浓度并持续一定时长后才能保障熏蒸处理作业的有效性。

由于溴甲烷是大气臭氧层耗减物质，受《蒙特利尔协定书》管控。虽然目前检疫用途使用的溴甲烷还属于《蒙特利尔协定书》的豁免范畴，但国际社会普遍要求加强检疫用途使用溴甲烷的管控。我国作为一个负责任的大国，国内工程界和学术界都在寻找新的方法和技术以降低检疫处理中对溴甲烷使用及依赖。现在在工程实际应用中通过使用倒仓循环利用以提升溴甲烷熏蒸剂的利用率，如朱光耀等进行的进境原木熏蒸的溴甲烷重复利用技术应用研究(植物检疫，2010，24(3)：4-7)，还有通过在熏蒸项目中加装回收再利用装置的方式来提升溴甲烷熏蒸剂的利用率，如黄庆林等获得专利授权的溴甲烷真空加热再利用系统(中国专利，CN102150651B)，上述技术均是通过提升熏蒸剂的有效利用率来降低检疫处理过程中溴甲烷气体的有害排放。

学术界做的大量研究工作则是通过减少溴甲烷熏蒸剂的使用量来减少溴甲烷气体的有害排放，包括寻找其他熏蒸剂来替代溴甲烷，如朱丽华阐述的熏蒸剂和土壤消毒剂溴甲烷的替代(世界农药，2003，25(1)：39-41)，还有通过溴甲烷熏蒸剂与例如二氧化碳等其他药剂混用的方式来提升溴甲烷的熏蒸效率以降低其用量，如王新祥等完成的溴甲烷配合二氧化碳对朱砂叶螨的熏蒸作用研究(西南农业大学学报(自然科学版)，2004，26(2)：159-161)，上述研究均是通过减少溴甲烷熏蒸剂的用量来达到消除或降低检疫处理过程中溴甲烷气体的有害排放。

溴甲烷熏蒸处理因其费用低、易操作，目前仍是国际通行的植物及其制品主要除害方法之一。在现阶段为保障熏蒸处理作业的有效性，需加强对密闭容器内溴甲烷气体进行实时监测。以《关于周整进出境货物木质包装溴甲烷熏蒸处理技术要求的公告》(国家质量监督检验检疫总局的公告(2006年第105号))为例，当使用溴甲烷气体在11℃～16℃范围内对进出境货物木质包装进行熏蒸处理时，需在熏蒸开始后第2小时、第4小时及第24小时至少进行三次溴甲烷气体浓度检测，只有当熏蒸容器内的最低浓度分别大于48g/m³、42g/m³和32g/m³时，才能保障熏蒸处理作业的有效性。对照现在全自动检测技术的发展水平，现行定时检测方式获取的监测数据较少，将限制检验处理工作人员对整个熏蒸处理过程进行综合评估。

在利用大型熏蒸仓或集装箱作为密闭容器进行熏蒸处理时，通常会在密闭容器内选择2～3个检测点，如徐亮等获得专利授权的一种熏蒸浓度自动监测系统(中国专利，CN101042406B)，通过类似定点检测方式获得的溴甲烷气体浓度结果，不能代表整个密闭容器内的熏蒸剂空间分布均匀性。因为在熏蒸空间较大的情况下，堆放被熏物体将影响熏蒸气体的有效扩散，即使通过强制空气流通的方式，也无法让全空间内的熏蒸气体均匀性在较短时间内达到一致。再加上溴甲烷相对密度大于空气，随着熏蒸处理时间的增加，溴甲烷气体会慢慢下沉，这也会导致密闭容器内溴甲烷气体分布的不均匀性，如钱劲等研究的集装箱熏蒸气体残留量的测量(检验检疫科学，2008，18(1)：34-35)，上述问题最终将给整个检疫处理作业的有效性评估带来困难。

目前，检验检疫口岸熏蒸处理过程中常采用的熏蒸剂浓度长时间在线检测仪多数都是基于通用型热导式传感器或仅对溴甲烷敏感的电化学传感器，无法满足检疫处理技术发展新形势下对溴甲烷及二氧化碳混用多参数情况的监测需求。特别是当利用溴甲烷及二氧化碳混用进行熏蒸处理时，由于空气，二氧化碳及溴甲烷在25℃时的导热系数分别为0.02587W/(m·K)，0.01653W/(m·K)和0.00743W/(m·K)(《Matheson气体数据手册》)，如果只使用通用型热导式传感器来检测溴甲烷气体浓度时，检测结果将受二氧化碳气体干扰，通常会导致溴甲烷气体检测结果高于熏蒸样品中的实际浓度值，进而影响熏蒸处理作业的有效性。而且密闭容器内使用的大多数熏蒸剂浓度检测仪因受电源或通信接口预留位置的制约，只能定时定点地监测熏蒸气体样品，因此无法正确评估密闭容器中全空间内熏蒸剂分布的均匀性，也就不能保障熏蒸处理作业的有效性。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种熏蒸处理多参数综合监测系统，其优点在于：可在锂电备用电源模式下长时间工作，并可以根据监测需要将本发明放置于熏蒸库内任意位置，实现全空间内溴甲烷气体浓度、CO₂气体浓度及环境温湿度多参数的实时综合监测，能更好地为熏蒸处理作业的有效性评估提供数据支持。

本发明技术方案如下：

一种熏蒸处理多参数综合监测系统，用于对熏蒸仓内任意位置的溴甲烷气体浓度、CO₂气体浓度及环境温湿度自动采样、检测和记录，其特征在于，系统包括采样单元、数据存储单元、报警单元、通信单元、输入/输出单元、主控芯片，其中采样单元通过连通到监测系统外的采样管道采集所述熏蒸仓内的熏蒸气体样品，数据存储单元用于自动存储所述熏蒸气体样品变化数据以及时间信息的外部存储，报警单元用于警示监测系统自身的非正常工作情况以及熏蒸气体样品的非正常检测值，通信单元用于熏蒸处理多参数综合监测系统与远程数据监控中心通信，输入/输出单元用于显示系统信息并进行输入操作，主控芯片与上述各单元连接并控制上述各单元工作。

上述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特征在于，其中采样单元包括：

-第一段采样管道，其一端连通监测系统的进气口，另一端连通采样泵的进气口；

-采样泵及其进气口和出气口；

-第二段采样管道，其一端连通采样泵的出气口，另一端连通检测气室的进气口；

-检测单元，与主控芯片连接，其用于检测分析检测气室内所述熏蒸气体样品。

上述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特征在于，所述采样单元还包括一过滤器，设置于第一段采样管道与采样泵进气口的连接处。

上述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特征在于，所述检测单元包括有：

-检测气室，其一端连通所述采样单元中第二段采样管道的出气口，另一端连通监测系统的出气口；

-溴甲烷气体浓度检测接口，包括溴甲烷气体浓度传感接口及24位模数转换接口，用于检测分析检测气室内熏蒸气体样品中溴甲烷气体的浓度；

-数字化CO₂气体浓度检测接口，用于检测分析检测气室内熏蒸气体样品中CO₂气体的浓度；

-数字化温湿度检测接口，用于检测分析检测气室内熏蒸气体样品中温度及湿度变化。

上述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特征在于，所述溴甲烷气体浓度传感接口中使用TCS208F气体热导传感器。

上述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特征在于，所述数字化CO₂气体浓度传感接口中使用PREMIER MSH-P-HCO2高量程CO₂传感器。

上述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特征在于，所述溴甲烷气体浓度传感接口的输出电压值与被测溴甲烷气体浓度与二氧化碳浓度对应关系应通过以下公式计算：

$V=a+b\·C_{{\mathrm{CH}}_3\mathrm{Br}}+c\·C_{{\mathrm{CO}}_2}$

其中：V为热导式传感器TCS208F的输出电压值；常数a、b和c分别为2.5378、-3×10^-4和-3.8×10^-5；为被测溴甲烷气体浓度，单位为g/m³(熏蒸处理作业中常用单位)；为二氧化碳浓度，单位为％(体积百分比)。

上述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特点在于，所述采样泵接口与单路开关量控制接口连接，执行来自主控芯片的启动或停止指令。

上述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特点在于，所述通信单元可接收远程数据监控中心的指令或将熏蒸气体样品数据发送到远程数据监控中心，其与远程数据监控中心通过RS485有线接口或基于ZigBee技术的无线接口连接。

上述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特征在于，系统还包括电源，为整个熏蒸处理多参数综合监测系统提供能量，所述电源包括：

-DC/DC电平转换接口，与监测系统外部电源适配器通用插孔连接；

-可充电锂电备用电池接口，与上述DC/DC电平转换接口并联接入熏蒸处理多参数综合监测系统。

本发明可通过在锂电备用电源模式下长时间工作，并可以根据监测需要将本发明放置于熏蒸库内任意位置，实现全空间内溴甲烷气体浓度、CO₂气体浓度及环境温湿度多参数的综合监测系统，能更好地为熏蒸处理作业的有效性评估提供数据支持。

附图说明

图1是本发明提供的一种熏蒸处理多参数综合监测系统构成模块框图；

图2是本发明重要模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1、图2对本发明的硬件组成及工作过程做详细描述。

如图1所示，为本发明一种熏蒸处理多参数综合监测系统主要包括采样单元(具体是第一段采样管道、采样泵及其进气口和出气口(包含(6).采样泵接口和(7).单路开关量控制接口)、第二段采样管道及检测单元(具体是检测气室和熏蒸气体样品检测接口，包含(2).溴甲烷气体浓度传感接口、(3).24位模数转换接口、(4).数字化CO₂气体浓度检测接口和(5).数字化温湿度检测接口))，数据存储单元(包含(8).时钟接口和(9).外部存储接口)，(10).报警单元，通信单元(包含(11).RS485串口通信接口和(12).基于ZigBee技术的无线通信接口)，(1).主控芯片，(15).输入/输出单元，电源(包含(13).可充电锂电备用电池接口和(14).DC/DC电平转换接口)。其中，通过(15).输入/输出接口或通信单元接收远程数据监控中心指令进行多参数综合监测系统的相应设置，如定时采样频率等，然后通过(1).主控芯片控制采样单元中采样泵自动定时采集多参数综合监测系统附近的气体样品，并将采集到的气体样品送入检测单元内(检测气室和熏蒸气体样品检测接口)进行多参数综合检测后，将多参数检测结果连同(8).时钟接口中的实时时间信息一同保存进(9).外部存储接口，并在(15).输入/输出接口同步显示，在(1).主控芯片的控制下，控制通信单元可将多参数综合检测结果实时传输到远程数据监控中心。

其中，该采样单元包括第一段采样管道、采样泵及其进气口和出气口、第二段采样管道及检测单元，其中采样泵及其进气口和出气口包括图1中(6).采样泵接口(同图2中6.采样泵)和图1中(7).单路开关量控制接口，图1中(6).采样泵接口通过图1中(7).单路开关量控制接口与图1中(1).主控芯片连接，通过该主控芯片控制采样泵工作，将多参数综合监测系统附近的熏蒸气体样品经由图2中5.第一段采样管道、图1中(6).采样泵接口及图2中7.第二段采样管道送入检测单元，实现定时采样及检测。

其中，该检测单元包括图2中8.检测气室及图1中熏蒸气体样品检测接口，其中熏蒸气体样品检测接口包括图1中(2).溴甲烷气体浓度传感接口、图1中(3).24位模数转换接口、图1中(4).数字化CO₂气体浓度检测接口、图1中(5).数字化温湿度检测接口，为保证熏蒸气体样品的均匀性，图1中(2).溴甲烷气体浓度传感接口、图1中(4).数字化CO₂气体浓度检测接口和图1中(5).数字化温湿度检测接口均被放置于图2中8.检测气室内，图1中(2).溴甲烷气体浓度传感接口通过图1中(3).24位模数转换接口与图1中(1).主控芯片连接，图1中(4).数字化CO₂气体浓度检测接口和图1中(5).数字化温湿度检测接口直接与图1中(1).主控芯片连接，通过图1中(1).主控芯片连接进行溴甲烷气体浓度、CO₂气体浓度及环境温湿度的多参数检测。

其中，由于空气，二氧化碳及溴甲烷在25℃时的导热系数分别为0.02587W/(m·K)，0.01653W/(m.K)和0.00743W/(m·K)，当使用溴甲烷和二氧化碳混用熏蒸时，TCS208F气体热导传感器的输出电压值将受溴甲烷和二氧化碳气体浓度共同影响。因为PREMIER MSH-P-HCO2高量程CO₂传感器对溴甲烷气体不敏感，因此在本发明中利用了PREMIER MSH-P-HCO2高量程CO₂传感器获取的CO₂气体浓度数据来消除熏蒸气体样品中二氧化碳气体浓度对TCS208F气体热导传感器输出电压值的干扰，进而可获得TCS208F气体热导传感器输出电压值与熏蒸气体样品中溴甲烷气体浓度之间的精确映射关系。

TCS208F气体热导传感器输出电压值与熏蒸气体样品中溴甲烷气体浓度和二氧化碳浓度对应关系应通过以下公式计算：

$V=a+b\·C_{{\mathrm{CH}}_3\mathrm{Br}}+c\·C_{{\mathrm{CO}}_2}$

其中：V为TCS208F气体热导传感器的输出电压值；常数a、b和c分别为2.5378、-3×10^-4和-3.8×10^-5，a是检测气室内无熏蒸气体时TCS208F气体热导传感器的稳定输出电压值，b是溴甲烷气体的灵敏系数(通过标定实验计算获得)，c是二氧化碳气体的灵敏系数(通过标定实验计算获得)；为被测溴甲烷气体浓度，单位为g/m³(熏蒸处理作业中常用单位)；为二氧化碳浓度，单位为％(通常用单位)。

其中，该数据存储单元包括图1中(8).时钟接口和图1中(9).外部存储接口，用于记录时间信息及实时熏蒸气体样品多参数检测数据。

其中，该报警单元包括图1中(10).报警接口，直接与图1中(1).主控芯片连接，通过蜂鸣器鸣叫和状态指示灯闪烁来警示监测系统自身的非正常工作情况及熏蒸气体样品的非正常检测值。

其中，该通信单元包括图1中(11).RS485串口通信接口和图1中(12).基于ZigBee技术的无线通信接口，直接与图1中(1).主控芯片连接，用于与远程数据监控中心的实时通信，可接收远程数据监控中心的指令和数据，也可将多参数检测结果发送至远程数据监控中心。

其中，该主控芯片为图1中(1).主控芯片，存储有控制上述所有单元工作的程序。

其中，输入/输出单元包括(15).输入/输出接口，如图2中3.LCD显示屏和图2中4.六键薄膜按键，通过交互式操作界面，可进行手动检测、采样指示、报警设置、参数设置、系统设置、传输方式选择和实时传输选择等，在检测过程中，图2中3.LCD显示屏将实时显示溴甲烷气体浓度、CO₂气体浓度及环境温湿度结果。

其中，电源包括图1中(13).可充电锂电备用电池接口和图1中(14).DC/DC电平转换接口，DC/DC电平转换接口直接与多参数监测系统外部电源适配器通用插孔连接，满足一般固定式检测设备长时间在线监测的工作需求，可充电锂电备用电池接口，与上述DC/DC电平转换接口并联接入熏蒸处理多参数综合监测系统，充满电时可保证该系统在断电情况连续工作48小时，满足熏蒸处理过程中无电源线位置处实时数据检测作业的需求。

下面结合图2详细说明本发明一种熏蒸处理多参数综合监测系统在薰蒸仓全空间的安装放置设计。

如图2所示，理论上，使用绳子连接薰蒸仓顶部的辅助设施和图2中1.设备挂孔，可以检测熏蒸仓内任意位置处的熏蒸气体样品值。

通过图2中2.设备固定孔，可以将该多参数综合监测系统固定在墙上，检测固定位置处的熏蒸气体样品值。

通过图2中3.LCD显示屏和图2中4.六键薄膜按键，在交互式操作界面中，可进行手动检测、采样指示、报警设置、参数设置、系统设置、传输方式选择和实时传输选择等，在检测过程中，图2中3.LCD显示屏将实时显示溴甲烷气体浓度、CO₂气体浓度及环境温湿度结果。

在检测过程中，当采样单元在图1中(1).主控芯片控制下启动采样泵时，多参数综合监测系统左侧进气口位置附近的熏蒸气体样品将依次流经图2中5.第一段采样管道、图2中6.采样泵及图2中7.第二段采样管道进入图2中8.检测气室内，随后再通过多参数综合监测系统下方出气口位置回到熏蒸仓内。

本发明并不局限于上述实施方式，对熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，在不背离本发明原理的前提下对其所做的任何显而易见的改动，均不超出本申请所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种熏蒸处理多参数综合监测系统，用于对熏蒸仓内任意位置的溴甲烷气体浓度、CO₂气体浓度及环境温湿度自动采样、检测和记录，其特征在于，系统包括采样单元、数据存储单元、报警单元、通信单元、输入/输出单元、主控芯片，其中采样单元通过连通到监测系统外的采样管道采集所述熏蒸仓内的熏蒸气体样品，数据存储单元用于自动存储所述熏蒸气体样品变化数据以及时间信息，报警单元用于警示监测系统自身的非正常工作情况以及熏蒸气体样品的非正常检测值，通信单元用于熏蒸处理多参数综合监测系统与远程数据监控中心通信，输入/输出单元用于显示系统信息并进行输入操作，主控芯片与上述各单元连接并控制上述各单元工作。

2.根据权利要求1所述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特征在于，其中采样单元包括：

-第一段采样管道，其一端连通监测系统的进气口，另一端连通采样泵的进气口；

-采样泵及其进气口和出气口；

-第二段采样管道，其一端连通采样泵的出气口，另一端连通检测气室的进气口；

-检测单元，与主控芯片连接，其用于检测分析检测气室内所述熏蒸气体样品。

3.根据权利要求2所述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特征在于，所述采样单元还包括-过滤器，设置于第一段采样管道与采样泵进气口的连接处。

4.根据权利要求3所述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特征在于，所述检测单元包括有：

-检测气室，其一端连通所述采样单元中第二段采样管道的出气口，另一端连通监测系统的出气口；

-溴甲烷气体浓度检测接口，包括溴甲烷气体浓度传感接口及24位模数转换接口，用于检测分析检测气室内熏蒸气体样品中溴甲烷气体的浓度；

-数字化CO₂气体浓度检测接口，用于检测分析检测气室内熏蒸气体样品中CO₂气体的浓度；

-数字化温湿度检测接口，用于检测分析检测气室内熏蒸气体样品中温度及湿度变化。

5.根据权利要求4所述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特征在于，所述溴甲烷气体浓度传感接口中使用TCS208F气体热导传感器。

6.根据权利要求4所述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特征在于，所述数字化CO₂气体浓度传感接口中使用PREMIER MSH-P-HCO2高量程CO₂传感器。

7.根据权利要求4所述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特征在于，所述溴甲烷气体浓度传感接口的输出电压值与被测溴甲烷气体浓度与二氧化碳浓度对应关系应通过以下公式计算：

$V=a+b\·C_{{\mathrm{CH}}_3\mathrm{Br}}+c\·C_{{\mathrm{CO}}_2}$

其中：常数a、b和c分别为2.5378、-3×10^-4和-3.8×10^-5；V为溴甲烷气体浓度传感接口的输出电压值；为被测溴甲烷气体浓度，单位为g/m³；为二氧化碳浓度，单位为％，是体积百分比。

8.根据权利要求2所述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特点在于，所述采样泵接口与单路开关量控制接口连接，执行来自主控芯片的启动或停止指令。

9.根据权利要求1所述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特点在于，所述通信单元可接收远程数据监控中心的指令或将熏蒸气体样品数据发送到远程数据监控中心，其与远程数据监控中心通过RS485有线接口或基于ZigBee技术的无线接口连接。

10.根据权利要求1所述的熏蒸处理多参数综合监测系统，其特征在于，系统还包括电源，为整个熏蒸处理多参数综合监测系统提供能量，所述电源包括：

-DC/DC电平转换接口，与监测系统外部电源适配器通用插孔连接；

-可充电锂电备用电池接口，与上述DC/DC电平转换接口并联接入熏蒸处理多参数综合监测系统。