CN107478774A - 一种气体自动监测系统及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
一种气体自动监测系统及其监测方法，包括：采样监测单元、数据传输单元和中央处理单元；该系统采用科学的结构设计，优化的监测手段，在不增加耗能以及加装特殊设备的情况下，仅依靠自身的结构设计和科学的监测方法，大大提高了对大气监测的自动化、实时性和准确性，采用文丘里效应的纯物理结构设计，很好的解决了现有技术中，风扇送风采样装置中，风扇叶对采样气体初始值的破坏，采用多监测风道的结构设计，很好的解决了大气监控过程中的客观性和真实性；采用用无线PC卡通信技术，又同时支持GPRS无线数据传输技术，大大加快了大气监测的及时性。
Description
技术领域
本发明涉及气体监测系统技术领域，特别是一种气体自动监测系统及其监测方法。
背景技术
大气污染物按其存在状态分为粒子状污染物和分子状污染物(亦称气态污染物)两大类；根据污染物的存在状态，大气污染监测项目也分粒状污染物监测和气态污染物监测两大监测项目；其中，粒状污染物监测又分总悬浮微粒监测、飘尘监测、降尘监测和粒状污染物成分监测；气态污染物监测包括：二氧化硫、氮氧化物、—氧化碳、光化学氧化剂(O3)、氯化氢、氟化氢、总烃等；总之大气环境监测的监测项目是相当多的，上面只列举了其中的—部分。即使这—部分，也不是任何单位在任何—次监测工作中，都要进行监测；中国在《大气环境质量标准》中，只对总悬浮微粒、飘尘、二氧化硫、氮氧化物、—氧化碳和光化学氧化剂六个项目的限值作了规定，近年来对排放源和大气中的VOC、VOCs及苯系物等监测要求日益提升，其中飘尘作为参考标准；
实际上，在大气环境监测中，总悬浮微粒、二氧化硫、氮氧化物三项是必测项目，其他项目则要根据实际情况和监测目的进行选择；
在现有技术中，对大气进行监测的系统大致采用扇形布局采样点，通过各分散子系统采集的数据，汇总至中央控制单元，进行读数、分析和历史记录，这种方式大大提高了大气监测的及时性，对环境状况监测起到了长足的发展与促进，但随着人类社会的逐步进步，各种污染源的多样化，监测环境复杂话，以及现有气体监测装备设计的缺陷，都导致了大气监测数据的不准确性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种气体自动监测系统及其监测方法，该系统采用科学的结构设计，优化的监测手段，在不增加耗能以及加装特殊设备的情况下，仅依靠自身的结构设计和科学的监测方法，大大提高了对大气监测的自动化、实时性和准确性，在抗干扰以及降低监测误差上有很大的改进。
一种气体自动监测系统及其监测方法，其中：
一种气体自动监测系统，包括：采样监测单元、数据传输单元和中央处理单元；
进一步的，所述采样监测单元包括N个气体监测仪；
作为一种举例说明，所述N的数量为大于等于1的自然数；
进一步的，所述气体监测仪包括：气体进风道、风机、监测风道、架体、多路气体传感器以及颗粒激光计数仪；所述多路气体传感器以及颗粒激光计数仪设置在所述监测风道的表层；所述气体进风道的一侧安装有所述风机，进风道与所述风机的轴线一致；所述架体用于支撑所述气体进风道、监测风道、多路气体传感器以及颗粒激光计数仪；
作为一种举例说明，所述风机采用自带扇叶的轴流风机；
作为一种举例说明，所述多路气体传感器为二氧化硫气体传感器、氮氧化物气体传感器、—氧化碳气体传感器、光化学氧化剂气体传感器、氯化氢气体传感器以及氟化氢气体传感器中的一种或者组合；
作为一种举例说明，所述颗粒激光计数仪用于监测空气中的雾霾颗粒指数；
作为一种举例说明，所述气体进风道的孔径大于监测风道的孔径；
作为一种优选举例说明，所述监测风道的孔径不大于气体进风道孔径的十分之一；
作为一种举例说明，所述监测风道的数量为大于等于1的自然数；
传统的气体监测仪要么是单一的采用气体分析仪或者单一的颗粒物分析仪，没有将二者有机的结合在一起使用，造成功能监测的单一，而且在使用风机进行送风采样的时候，风机扇叶因为旋转产生的压力、扇叶表面的粘附力以及扇叶对空气样本的旋转切割，都会造成对采样空气原始值中气体数据与颗粒数据的破坏，为了更好的进行送风采样，本发明在保留送风系统的同时，采用纯物理原理的文丘里效应结构设计，大大增加了原始采样空气数据值的准确性，采样的同时，不破坏对原始采样数据的浓度、颗粒数目等关键参数；
文丘里效应，也称文氏效应，这种现象以其发现者，意大利物理学家文丘里(Giovanni Battista Venturi)命名。该效应表现在受限流动在通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象，其流速与过流断面成反比。而由伯努利定律知流速的增大伴随流体压力的降低，即常见的文丘里现象。通俗地讲，这种效应是指在高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用，利用这种效应可以制作出文氏管；当气体或液体在文丘里管里面流动，在管道的最窄处，动态压力(速度头)达到最大值，静态压力(静息压力)达到最小值，气体(液体)的速度因为通流横截面面积减小而上升。整个涌流都要在同一时间内经历管道缩小过程，因而压力也在同一时间减小，进而产生压力差，这个压力差用于测量或者给流体提供一个外在吸力；文丘里效应的原理则就是当风吹过阻挡物时，在阻挡物的背风面上方端口附近气压相对较低，从而产生吸附作用并导致空气的流动；文氏管的原理其实很简单，它就是把气流由粗变细，以加快气体流速，使气体在文氏管出口的后侧形成一个“真空”区，当这个真空区靠近工件时会对工件产生一定的吸附作用；对于理想流体(气体或者液体，其不可压缩和不具有摩擦)，其压力差通过伯努利方程获得；
进一步的，所述数据传输单元包括：放大电路和远程数据通讯单元；所述放大电路用于将所述采样监测单元的采样数据放大后，传递给所述远程数据通讯单元；采用放大电路进行信号放大，可以很好的保证后期数据传递过程中的不失真；
作为一种举例说明，所述远程数据通讯单元由调制解调器和公用电话线路组成，通过有线调传或进行所述采样监测单元和中央处理单元的数据传递；
作为一种举例说明，所述数据通讯单元采用无线PC卡通信技术，可支持GPRS无线数据传输技术；
进一步的，所述中央处理单元包括：工业计算机，所述工业计算机具备PC机通讯接口，可以连接RS232、RS485、无线数传电台以及GPRS通讯；
进一步的，所述工业计算机内置有采样数据分析运行软件；所述采样数据分析运行软件用于大气上自动监测系统的运行及维护；并执行大气自动监测系统之监测方法的工作运行；
一种气体自动监测系统的监测方法，由采样数据分析运行软件控制执行，包括如下技术步骤：
步骤一、风机给电启动后，向气体进风道输送空气；
步骤二、当气体通过进风道流动后，根据文丘里效应，监测风道产生负压，自动吸附大气中的待采样气体，该气体不经过风扇叶的加压、切割以及风扇叶的吸附，可以保留最真实的，最贴合实际的待采样大气样品；
步骤三、当待采样气体经过监测风道中的多路气体传感器以及颗粒激光计数仪后，将采样得到的气体参数值以及颗粒物参数值，通过数据传输单元，将采样数据传输到中央处理单元；
步骤四、中央处理单元对接收到的数据进行分析处理，并实时的将数据通过外围设备进行展示，并将数据进行历史存档；
作为一种举例说明，所述外围设备包括：显示器、打印机、报警器以及数字示波器；
作为一种举例说明，所述采样数据分析运行软件设置有异常值报警提示功能，当所述中央处理单元分析处理后的采样数据值高于原设定的参考值时，所述中央处理单元会自动发出视觉或者声音报警提示；
作为一种举例说明，当所述监测风道的数量为大于等于2的自然数时，所述中央处理单元将对每个通道的采样空气进行单独分析处理，而后相加取均值，此举大大增加了大气监测数据的准确与客观性；
本发明的积极效果：
1.采用文丘里效应的纯物理结构设计，很好的解决了现有技术中，风扇送风采样装置中，风扇叶对采样气体初始值的破坏，大大增加了采样数据的准确性；
2.采用多监测风道的结构设计，很好的解决了大气监控过程中的客观性和真实性；
3.采用用无线PC卡通信技术，又同时支持GPRS无线数据传输技术，大大加快了大气监测的及时性；
附图说明
图1是本发明一种气体自动监测系统及其监测方法之大气自动监测系统的整体结构示意图
图2是本发明一种气体自动监测系统及其监测方法之气体监测仪结构原理图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
参照图1至图2所示，一种气体自动监测系统及其监测方法，其中：
一种气体自动监测系统，包括：采样监测单元101、数据传输单元102和中央处理单元103；
进一步的，所述采样监测单元101包括N个气体监测仪；
作为一种举例说明，所述N的数量为大于等于1的自然数；
进一步的，所述气体监测仪包括：气体进风道201、风机202、监测风道203、架体204、多路气体传感器205以及颗粒激光计数仪206；所述多路气体传感器205以及颗粒激光计数仪206设置在所述监测风道203的表层；所述气体进风道201的一侧安装有所述风机202，气体进风道201与所述风机202的轴线一致；所述架体204用于支撑所述气体进风道201、监测风道203、多路气体传感器205以及颗粒激光计数仪206；
作为一种举例说明，所述风机202采用自带扇叶的轴流风机；
作为一种举例说明，所述多路气体传感器205为二氧化硫气体传感器、氮氧化物气体传感器、—氧化碳气体传感器、光化学氧化剂气体传感器、氯化氢气体传感器以及氟化氢气体传感器中的一种或者组合；
作为一种举例说明，所述颗粒激光计数仪206用于监测空气中的雾霾颗粒指数；
作为一种举例说明，所述气体进风道201的孔径大于监测风道203的孔径；
作为一种优选举例说明，所述监测风道203的孔径不大于气体进风道201孔径的十分之一；
作为一种举例说明，所述监测风道203的数量为大于等于1的自然数；
传统的气体监测仪要么是单一的采用气体分析仪或者单一的颗粒物分析仪，没有将二者有机的结合在一起使用，造成功能监测的单一，而且在使用风机进行送风采样的时候，风机扇叶因为旋转产生的压力、扇叶表面的粘附力以及扇叶对空气样本的旋转切割，都会造成对采样空气原始值中气体数据与颗粒数据的破坏，为了更好的进行送风采样，本发明在保留送风系统的同时，采用纯物理原理的文丘里效应结构设计，大大增加了原始采样空气数据值的准确性，采样的同时，不破坏对原始采样数据的浓度、颗粒数目等关键参数；
文丘里效应，也称文氏效应，这种现象以其发现者，意大利物理学家文丘里(Giovanni Battista Venturi)命名。该效应表现在受限流动在通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象，其流速与过流断面成反比。而由伯努利定律知流速的增大伴随流体压力的降低，即常见的文丘里现象。通俗地讲，这种效应是指在高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用，利用这种效应可以制作出文氏管；当气体或液体在文丘里管里面流动，在管道的最窄处，动态压力(速度头)达到最大值，静态压力(静息压力)达到最小值，气体(液体)的速度因为通流横截面面积减小而上升。整个涌流都要在同一时间内经历管道缩小过程，因而压力也在同一时间减小，进而产生压力差，这个压力差用于测量或者给流体提供一个外在吸力；文丘里效应的原理则就是当风吹过阻挡物时，在阻挡物的背风面上方端口附近气压相对较低，从而产生吸附作用并导致空气的流动；文氏管的原理其实很简单，它就是把气流由粗变细，以加快气体流速，使气体在文氏管出口的后侧形成一个“真空”区，当这个真空区靠近工件时会对工件产生一定的吸附作用；对于理想流体(气体或者液体，其不可压缩和不具有摩擦)，其压力差通过伯努利方程获得；
进一步的，所述数据传输单元102包括：放大电路和远程数据通讯单元；所述放大电路用于将所述采样监测单元的采样数据放大后，传递给所述远程数据通讯单元；采用放大电路进行信号放大，可以很好的保证后期数据传递过程中的不失真；
作为一种举例说明，所述远程数据通讯单元由调制解调器和公用电话线路组成，通过有线调传或进行所述采样监测单元101和中央处理单元103的数据传递；
作为一种举例说明，所述数据通讯单元采用无线PC卡通信技术，可支持GPRS无线数据传输技术；
进一步的，所述中央处理单元103包括：工业计算机，所述工业计算机具备PC机通讯接口，可以连接RS232、RS485、无线数传电台以及GPRS通讯；
进一步的，所述工业计算机内置有采样数据分析运行软件；所述采样数据分析运行软件用于大气上自动监测系统的运行及维护；并执行大气自动监测系统之监测方法的工作运行；
进一步的，本发明为了加强中央处理单元对气体分析准确型和快速性的性能，创造性的引入双通路处理结构，即信号放大单元数值处理和常规信号数值处理，所述信号放大单元数值处理通过将单个监测风道的采集信号进行信号的保真放大处理后，分析得出的数据值，所述常规信号数值处理就是采用单个监测风道常规得到的数据信号进行处理，而后将此放大与常规信号取均值，作为单个监测风道的监测数据；
一种气体自动监测系统的监测方法，由采样数据分析运行软件控制执行，包括如下技术步骤：
步骤一、风机给电启动后，向气体进风道输送空气；
步骤二、当气体通过进风道流动后，根据文丘里效应，监测风道产生负压，自动吸附大气中的待采样气体，该气体不经过风扇叶的加压、切割以及风扇叶的吸附，可以保留最真实的，最贴合实际的待采样大气样品；
步骤三、当待采样气体经过监测风道中的多路气体传感器以及颗粒激光计数仪后，将采样得到的气体参数值以及颗粒物参数值，通过数据传输单元102，将采样数据传输到中央处理单元；
步骤四、中央处理单元103对接收到的数据进行分析处理，并实时的将数据通过外围设备进行展示，并将数据进行历史存档；
作为一种举例说明，所述外围设备包括：显示器、打印机、报警器以及数字示波器；
作为一种举例说明，所述采样数据分析运行软件设置有异常值报警提示功能，当所述中央处理单元分析处理后的采样数据值高于原设定的参考值时，所述中央处理单元会自动发出视觉或者声音报警提示；
作为一种举例说明，当所述监测风道的数量为大于等于2的自然数时，所述中央处理单元将对每个通道的采样空气进行单独分析处理，而后每个监测风道相加取均值，此举大大增加了大气监测数据的准确与客观性；
本发明采用文丘里效应的纯物理结构设计，很好的解决了现有技术中，风扇送风采样装置中，风扇叶对采样气体初始值的破坏，大大增加了采样数据的准确性；采用多监测风道的结构设计，很好的解决了大气监控过程中的客观性和真实性；采用用无线PC卡通信技术，又同时支持GPRS无线数据传输技术，大大加快了大气监测的及时性；
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种气体自动监测系统，其特征在于，包括：采样监测单元、数据传输单元和中央处理单元；
所述采样监测单元包括：N个气体监测仪；所述N的数量为大于等于1的自然数；所述气体监测仪包括：气体进风道、风机、监测风道、架体、多路气体传感器以及颗粒激光计数仪；所述多路气体传感器以及颗粒激光计数仪设置在所述监测风道的表层；所述气体进风道的一侧安装有所述风机，进风道与所述风机的轴线一致；所述架体用于支撑所述气体进风道、监测风道、多路气体传感器以及颗粒激光计数仪；
所述数据传输单元包括：放大电路和远程数据通讯单元；所述放大电路用于将所述采样监测单元的采样数据放大后，传递给所述远程数据通讯单元；
所述中央处理单元包括：工业计算机，所述工业计算机具备PC机通讯接口，可以连接RS232、RS485、无线数传电台以及GPRS通讯；所述工业计算机内置有采样数据分析运行软件；所述采样数据分析运行软件用于大气上自动监测系统的运行及维护；并执行大气自动监测系统之监测方法的工作运行。
2.根据权要求1所述的一种气体自动监测系统，其特征在于，所述风机采用自带扇叶的轴流风机。
3.根据权要求2所述的一种气体自动监测系统，其特征在于，所述多路气体传感器为二氧化硫气体传感器、氮氧化物气体传感器、—氧化碳气体传感器、光化学氧化剂气体传感器、氯化氢气体传感器以及氟化氢气体传感器中的一种或者组合。
4.根据权要求3所述的一种气体自动监测系统，其特征在于，所述远程数据通讯单元由调制解调器和公用电话线路组成，通过有线调传或进行所述采样监测单元和中央处理单元的数据传递。
5.根据权要求4所述的一种气体自动监测系统，其特征在于，所述数据通讯单元采用无线PC卡通信技术，可支持GPRS无线数据传输技术。
6.根据权要求5所述的一种气体自动监测系统，其特征在于，所述监测风道的孔径不大于气体进风道孔径的十分之一。
7.根据权要求6所述的一种气体自动监测系统，其特征在于，所述监测风道的数量为大于等于1的自然数。
8.一种气体自动监测系统的监测方法，其特征在于，由采样数据分析运行软件控制执行，包括如下技术步骤：
步骤一、风机给电启动后，向气体进风道输送空气；
步骤二、当气体通过进风道流动后，根据文丘里效应，监测风道产生负压，自动吸附大气中的待采样气体，该气体不经过风扇叶的加压、切割以及风扇叶的吸附，可以保留最真实的，最贴合实际的待采样大气样品；
步骤三、当待采样气体经过监测风道中的多路气体传感器以及颗粒激光计数仪后，将采样得到的气体参数值以及颗粒物参数值，通过数据传输单元，将采样数据传输到中央处理单元；
步骤四、中央处理单元对接收到的数据进行分析处理，并实时的将数据通过外围设备进行展示，并将数据进行历史存档。
9.根据权要求8所述的一种气体自动监测系统的监测方法，其特征在于，所述外围设备包括：显示器、打印机、报警器以及数字示波器。
10.根据权要求9所述的一种气体自动监测系统的监测方法，其特征在于，所述采样数据分析运行软件设置有异常值报警提示功能，当所述中央处理单元分析处理后的采样数据值高于原设定的参考值时，所述中央处理单元会自动发出视觉或者声音报警提示。
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