CN107290258B - 一种自动化大气颗粒物监测设备 - Google Patents
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Abstract
一种自动化大气颗粒物监测设备，属于环境监测技术领域，所述底板上端安装有绕绳辊，所述绕绳辊与减速箱连接，所述减速箱与大电动机连接，所述绕绳辊上绕有拉绳，所述拉绳的另一端与气球固定连接，所述气球下端安装有颗粒物浓度监测传感器，所述颗粒物浓度监测传感器下端安装有第一电机，所述第一电机驱动下方的旋转支架转动，所述旋转支座上安装有激光发射器，所述激光发射器通过第二电机驱动转动，所述激光发射器下方设有光学成像传感器，所述第一电机和第二电机通过电线与控制器电性连接。该装置无人值守的，三维空间大气颗粒物浓度测量设备，可以测量出较大范围不同高度，不同位置的三维浓度分布场。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动化大气颗粒物监测设备，属于环境监测技术领域。
背景技术
随着工业的不断发展，人类生存环境遭到破坏，其中大气污染形势严峻，大气颗粒物能够造成雾霾大气。大气颗粒物指的是分散在大气中的固态或液态颗粒状物质的总称，其粒径范围约为0.1μm-100μm，对它的监测、分析和研究是当前环境保护工作的重点。大气颗粒物的监测范围主要包括空气动力学直径小于或等于100μm的总悬浮颗粒物TSP(TotalSuspendedParticulate)、空气动力学直径小于或等于10μm的可吸入颗粒物PM 10(ParticleswithDiametersof10μmorless)和空气动力学直径小于或等于2.5μm的细颗粒物PM 2.5三种。气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的雾霾大气对人体健康的危害甚至大于沙尘暴。粒径大于10μm的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2.5μm-10μm的颗粒物，能够进入上呼吸道，部分可通过痰液等排出体外，部分会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小；粒径小于2.5μm的细颗粒物，不易被阻挡，被吸入人体后直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发哮喘、支气管炎和心血管病等疾病。
但现有的大气颗粒物监测设备存在如下问题：
①目前有些机构利用无人机等进行测量研究，人力成本较高，适合次数较少的测量，无人机的气流，对于测量误差也有影响；
②利用热气球、氢气球、氦气球放飞的方式进行测量，适合单次，不适合多次测量；
③利用激光雷达监测车可以完成不同高度、不同距离的大气颗粒物浓度测量，但是其成本较高，接近1千万元人民币，不利于大面积推广。
发明内容
针对上述不足，本发明提供了一种自动化大气颗粒物监测设备。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种自动化大气颗粒物监测设备，包括拉绳、颗粒物浓度监测传感器、第一电机、旋转支架、气球、激光发射器、控制器、底板、绕绳辊、大电动机、减速箱、电线、第二电机和光学成像传感器，所述底板上端安装有绕绳辊，所述绕绳辊与减速箱连接，所述减速箱与大电动机连接，所述绕绳辊上绕有拉绳，所述拉绳的另一端与气球固定连接，所述气球下端安装有颗粒物浓度监测传感器，所述颗粒物浓度监测传感器下端安装有第一电机，所述第一电机驱动下方的旋转支架转动，所述旋转支座上安装有激光发射器，所述激光发射器通过第二电机驱动转动，所述激光发射器下方设有光学成像传感器，所述第一电机和第二电机通过电线与控制器电性连接。
进一步，所述拉绳内部为中空结构，所述拉绳中间的中空结构内设有电线。
进一步，所述绕绳辊旁边安装有绕线轮，所述绕线轮与小电动机固定连接。
进一步，所述底板上端安装有箱体，所述箱体上设有开口，所述控制器安装在箱体上，所述绕线轮通过支撑座安装在箱体内部。
进一步，所述绕线辊通过绕线辊支架固定在底板上，所述大电动机通过电机支架固定在底板上。
进一步，所述颗粒物浓度监测传感器上安装有高度传感器。
进一步，所述颗粒物浓度监测传感器上安装有风速风向传感器。
进一步，所述气球内部气体为氢气或氦气。
进一步，所述光学成像传感器上方安装有遮雨罩。
该发明的有益之处是，该装是置无人值守的，三维空间大气颗粒物浓度测量设备，可以测量出较大范围不同高度，不同位置的三维浓度分布场；人力成本较低，适合次数较多的测量，通过该装置，对于测量误差影响也较小；适合多次测量；该装置价格低廉利于大面积推广。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明图1中去掉箱体时结构示意图；
图3为本发明图1的俯视结构示意图；
图4为本发明图3的侧视结构示意图；
图5为本发明图1中气球下方结构放大示意图。
图中，1、箱体，2、开口，3、拉绳，4、颗粒物浓度监测传感器，5、第一电机，6、旋转支架，7、气球，8、激光发射器，9、控制器，10、底板，11、绕绳辊，12、大电动机，13、绕线辊支架，14、电机支架，15、减速箱，16、电线，17、绕线轮，18、小电动机，19、固定板，20、第二电机，21、遮雨罩，22、光学成像传感器。
具体实施方式
一种自动化大气颗粒物监测设备，包括拉绳3、颗粒物浓度监测传感器4、第一电机5、旋转支架6、气球7、激光发射器8、控制器9、底板10、绕绳辊11、大电动机12、减速箱15、电线16、第二电机20和光学成像传感器22，所述底板10上端安装有绕绳辊11，所述绕绳辊11与减速15箱连接，所述减速箱15与大电动机12连接，所述绕绳辊11上绕有拉绳3，所述拉绳3的另一端与气球7固定连接，所述气球7下端安装有颗粒物浓度监测传感器4，所述颗粒物浓度监测传感器4下端安装有第一电机5，所述第一电机5驱动下方的旋转支架6转动，所述旋转支座6上安装有激光发射器8，所述激光发射器8通过第二电机20驱动转动，所述激光发射器8下方设有光学成像传感器22，所述第一电机5和第二电机20通过电线16与控制器9电性连接。
进一步，所述拉绳3内部为中空结构，所述拉绳3中间的中空结构内设有电线16。
进一步，所述绕绳辊11旁边安装有绕线轮17，所述绕线轮17与小电动机18固定连接。
进一步，所述底板10上端安装有箱体1，所述箱体1上设有开口2，所述控制器9安装在箱体1上，所述绕线轮17通过支撑座安装在箱体1内部。
进一步，所述绕线辊11通过绕线辊支架13固定在底板上，所述大电动机12通过电机支架14固定在底板10上。
进一步，所述颗粒物浓度监测传感器4上安装有高度传感器。
进一步，所述颗粒物浓度监测传感器4上安装有风速风向传感器。
进一步，所述气球7内部气体为氢气或氦气。
进一步，所述光学成像传感器22上方安装有遮雨罩21。
该装置在工作时，光学成像传感器22根据颗粒物遇到激光束时的不同位置的散射光强度，可以通过计算等测量出激光线上不同位置的颗粒物浓度，高度传感器，可以是海拔高度传感器，或者GPS传感器等能够给出高度的传感器，绕绳辊11和大电动机12，负责控制气球的高度上升或下降，通讯模块负责将测量到的数据及高度数据传输到监测中心进行记录和分析、显示；控制器，负责控制绕线辊11和大电动机12按照程序，进行循环的上下移动气球及携带的设备；颗粒物浓度可以测量出PM2.5/PM10/PM100【TSP】浓度，但不局限于此，也可以输出各种粒径的浓度分布，如PM1/PM0.5等等；电动360度水平旋转支架和竖直180度的旋转支架6，可以控制激光发射器8以任何角度进行投射；通过卷扬机的上下移动扫描，激光束不同方向的旋转扫描，激光束可以扫描整个三维空间，结合光学成像传感器22，可以计算测量出三维空间颗粒物浓度分布场；定位光标：能够通过光学成像传感器22，结合激光束，高度传感器，计算得到设备在空间当中的三维坐标。
对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种自动化大气颗粒物监测设备，包括拉绳、颗粒物浓度监测传感器、第一电机、旋转支架、气球、激光发射器、控制器、底板、绕绳辊、大电动机、减速箱、电线、第二电机和光学成像传感器，其特征在于：所述底板上端安装有绕绳辊，所述绕绳辊与减速箱连接，所述减速箱与大电动机连接，所述绕绳辊上绕有拉绳，所述拉绳的另一端与气球固定连接，所述气球下端安装有颗粒物浓度监测传感器，所述颗粒物浓度监测传感器下端安装有第一电机，所述第一电机驱动下方的旋转支架转动，所述旋转支座上安装有激光发射器，所述激光发射器通过第二电机驱动转动，所述激光发射器下方设有光学成像传感器，所述第一电机和第二电机通过电线与控制器电性连接。
2.如权利要求1所述的自动化大气颗粒物监测设备，其特征在于：所述拉绳内部为中空结构，所述拉绳中间的中空结构内设有电线。
3.如权利要求1所述的自动化大气颗粒物监测设备，其特征在于：所述绕绳辊旁边安装有绕线轮，所述绕线轮与小电动机固定连接。
4.如权利要求1所述的自动化大气颗粒物监测设备，其特征在于：所述底板上端安装有箱体，所述箱体上设有开口，所述控制器安装在箱体上，绕线轮通过支撑座安装在箱体内部。
5.如权利要求1所述的自动化大气颗粒物监测设备，其特征在于：绕线辊通过绕线辊支架固定在底板上，所述大电动机通过电机支架固定在底板上。
6.如权利要求1所述的自动化大气颗粒物监测设备，其特征在于：所述颗粒物浓度监测传感器上安装有高度传感器。
7.如权利要求1所述的自动化大气颗粒物监测设备，其特征在于：所述颗粒物浓度监测传感器上安装有风速风向传感器。
8.如权利要求1所述的自动化大气颗粒物监测设备，其特征在于：所述气球内部气体为氢气或氦气。
9.如权利要求1所述的自动化大气颗粒物监测设备，其特征在于：所述光学成像传感器上方安装有遮雨罩。
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