CN107655800B - 一种pm2.5在线监测系统及其校核标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PM2.5在线监测系统及其校核标定方法，多个传感器；测量仪，测量仪用于实时监测空间内的PM2.5浓度值，并将实时数据监测数据发送至数据终端；气溶胶发生器；大流量采样器；数据终端，用于接收传感器发送的各个位置处的PM2.5浓度值，和测量仪实时监测的空间内PM2.5浓度值，以及大流量采样器采集测量时间段的PM2.5浓度值；传感器和测量仪，以及大流量采样器均与数据终端无线或有线连接。本发明通过两个步骤：一在实验空间内采用气溶胶发生器发尘，对多个传感器监测PM2.5数据进行浓度分段的一致性校核标定；二通过大流量采样器与传感器在进行数据比对，对传感器监测数据二次校核标定，可有效地提高传感器在线监测系统的较高精确度。
Description
技术领域
本发明涉及PM2.5传感器在线监测技术领域，尤其涉及一种PM2.5在线监测系统及其校核标定方法。
背景技术
PM2.5是近年来我国一些主要城市的首要污染物，通过建筑围护结构避免室外PM2.5渗透进入室内，对室内环境直接构成危害。
目前通过PM2.5传感器在线监测系统，可以获知建筑内一个或多个房间的室内环境的PM2.5的实时数据，是未来实现建筑室内环境智能化的重要组成部分。现有的PM2.5传感器在线监测系统主要是基于光散射原理，经过测量信号参数转换求得粉尘质量浓度的方法。该类PM2.5传感器使用过程中，经常出现多个传感器的数据存在随机偏差，并且在不同的室内环境条件下，PM2.5传感器的测试值与真实值存在固有偏差问题，因而限制了PM2.5传感器在线监测系统的应用推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题克服现有技术的不足，提供一种PM2.5在线监测系统及其校核标定方法，该结构不仅简单、操作方便，能够有效提高监测精确度，还能为该类产品的广泛推广与应用提供有效技术保障。
本发明提供的技术方案如下：
一种PM2.5在线监测系统，包括：
多个传感器，多个所述传感器分设在一个空间的各个位置处，用于检测各个位置处的PM2.5浓度值，并将其检测到的PM2.5浓度值传输至数据终端；
测量仪，所述测量仪用于实时监测空间内的PM2.5浓度值，并将实时数据监测数据发送至数据终端；
气溶胶发生器，所述气溶胶发生器用于向空间内增加颗粒尘；
大流量采样器，所述大流量采样器采集测量时间段的PM2.5浓度值；
所述数据终端，用于接收所述传感器发送的各个位置处的PM2.5浓度值，和所述测量仪实时监测的空间内PM2.5浓度值，以及所述大流量采样器采集测量时间段的PM2.5浓度值；
所述传感器和所述测量仪，以及大流量采样器均与所述数据终端无线或有线连接。
优选地，还设有一风扇，所述风扇用于将所述气溶胶发生器向空间内增加的颗粒尘吹散。
本发明还提供了一种校核标定方法，具体运用上述PM2.5在线监测系统进行校核标定，具体包括以下步骤：
S01、选定实验空间，在实验空间内放置多个传感器和一测量仪，所述测量仪上预先标定PM2.5浓度计量值；
S02、多个传感器和测量仪与数据终端连接，设定所述测量仪测试时间间隔与所述传感器测试时间间隔；
S03、打开气溶胶发生器，当所述测量仪上显示的PM2.5浓度值大于500μg/m3，关闭气溶胶发生器；
S04、实验空间自然渗透风，使空间内PM2.5浓度自然衰减，同时打开多个所述传感器和所述测量仪，根据步骤S02中设置的测试时间间隔进行监测，当所述测量仪上显示的PM2.5浓度值小于预先标定PM2.5浓度计量值，停止实验。
优选地，步骤S02中，设定所述测量仪测试时间间隔与所述传感器测试时间间隔相等，均为5分钟。
优选地，步骤S03中，在实验空间内采用所述气溶胶发生器发尘，对颗粒尘进行标定，颗粒尘包括香烟、蚊香中的一种或几种。
优选地，步骤S04中，数据终端获取所述测量仪逐时实验数据C(t)，以及多个所述传感器实时监测数据Y1(t)、Y2(t)、...yn(t)；
对于浓度分段，在每个浓度粒径范围，划分确定测量仪C(t)浓度值，并在对应时间t找到各传感器对应的浓度值Yi(t)，对该浓度范围的所有测点值，进行线性回归，获得线性回归方程。
回归方程式(1)的系数
具体为：
式(2)中，xi对应各PM2.5传感器在粒径浓度划分范围的浓度Yi(t)，yi对应PM2.5测量仪C(t)浓度，
分别对应该粒径浓度范围Yi(t)、C(t)的均值。
优选地，得到每个所述传感器的浓度分段的标定方程，采用所述数据终端记录的数据一致性标定各传感器的PM2.5数据，实现所述传感器一次校核标定。
优选地，S05、采用大流量采样器，对一次校核标定的所述传感器进行二次标定，具体如下：
以大流量采样器的计重法为基准，得到测试时间段的PM2.5浓度值C，同时测得在相同环境条件下所述传感器的相应时间段的PM2.5浓度值y(t)，取该时段所述传感器的浓度均值
根据所述大流量采样器与所述传感器均值
比较，获得所述传感器的二次标定系数k，具体计算如式(3):
将该条件下使用已一次校核标定的所述传感器，在所述数据终端，乘以统一的修正系数k，实现二次校核标定。
本发明提供的一种PM2.5在线监测系统及其校核标定方法，能够带来以下至少一种有益效果：
1、本发明先通过气溶胶发生器发尘，在实验空间内对各个传感器监测数据进行浓度分段的一致性校核标定，实现各传感器的一次校核标定；再次通过大流量采样器与各个已校核标定的传感器在使用环境现场进行数据比对，对传感器进行二次校核标定。通过两次的传感器校核标定，有效地保证PM2.5传感器在线监测系统的较高精确度。
2、本发明结构简单，操作方便，且为产品的广泛推广与应用提供有效技术保障。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对PM2.5在线监测系统及其校核标定方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明PM2.5在线监测系统进行一次校核标定的结构示意图；
图2是本发明PM2.5在线监测系统进行二次校核标定的结构示意图；
图3是本发明校核标定方法的操作流程。
附图标号说明：
实验空间A；
传感器100；测量仪200；气溶胶发生器300；大流量采样器400；数据终端500；风扇600。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，但并不代表其作为产品的实际结构。
在本发明的系统实施例中，参看图1、2所示，一种PM2.5在线监测系统，具体的包括多个传感器100，多个传感器100分设在一个空间的各个位置处，用于检测同一空间中各个位置处的PM2.5浓度值，并将其检测到的PM2.5浓度值传输至数据终端500，并通过数据终端500将其进行记录；
测量仪200，测量仪200用于实时监测空间内的PM2.5浓度值，并将实时数据监测数据发送至数据终端500，同样通过数据终端500将其进行记录；
气溶胶发生器300，气溶胶发生器300用于向空间内增加颗粒尘；
大流量采样器400，大流量采样器400采集测量时间段的PM2.5浓度值；
数据终端500，用于接收传感器100发送的各个位置的PM2.5浓度值，和测量仪200实时监测的空间内PM2.5浓度值，以及大流量采样器400采集测量时间段的PM2.5浓度值。其中应说明的是，传感器100和测量仪200，以及大流量采样器400均与数据终端500无线或有线连接。
在实际使用时，多个传感器100是分布在空间的各个位置处，并非如图1所示排列在一起，且传感器100的数量也根据实际的空间和实际需求选定一定的数量，而测量仪200可以仅放一台，只需保证多个传感器100和测量仪200在同一PM2.5浓度环境条件下即可。
在本发明的系统实施例中，再次参看图1所示，在实验的空间还设置一风扇600，风扇600的作用主要是将气溶胶发生器300向空间内增加的颗粒尘吹散，可以有效地保证增加的颗粒尘能够均匀地分布在空间的各处，提高测量的精准性。
本发明中还提供了具体的校核标定的方法，具体的是采用前述的PM2.5在线监测系统进行校核标定，具体包括以下步骤：
S01、选定实验空间A，在实验空间A内放置多个传感器100和一测量仪200，测量仪200上预先标定PM2.5浓度计量值；
S02、多个传感器100和测量仪200与数据终端500连接，设定测量仪200测试时间间隔与传感器100测试时间间隔；
S03、打开气溶胶发生器300，当测量仪200上显示的PM2.5浓度值大于500μg/m3，关闭气溶胶发生器300；
S04、实验空间A自然渗透风，使实验空间A内PM2.5浓度自然衰减，同时打开多个传感器100和测量仪200，根据步骤S02中设置的测试时间间隔进行监测，当测量仪200上显示的PM2.5浓度值小于预先标定PM2.5浓度计量值，停止实验。
其中，实验空间A测量之前为保证测量数据的准确性，保持实验空间A内无颗粒物污染源。而测量仪200上预先标定PM2.5浓度计量值，主要是为了在测量时，提供一个测量的结束点标准。同时为了保证数据终端500能够在同一时间点对多个传感器100和测量仪200的监测数据进行采集。
本发明的方法步骤S02中，设定测量仪200测试时间间隔与传感器100测试时间间隔相等，均设为5分钟。这样每5分钟测量仪200和各个传感器100均向数据终端500传输PM2.5浓度值。同时，在步骤S03中，实验空间A内采用气溶胶发生器300向实验空间A发尘，对颗粒尘进行标定，而发出的颗粒尘包括香烟、蚊香中的一种或几种，目的是为了提高实验空间A内的PM2.5浓度。一旦实验空间A内的PM2.5浓度过高，如大于10mg/m3，可短时开启门窗稀释实验空间A内的颗粒物浓度。
本发明的方法步骤S04中，在实验空间A内PM2.5浓度自然衰减的同时，多个传感器100和测量仪200每隔5分钟将监测数据传输至数据终端500，当测量仪200上显示的PM2.5浓度值小于预先标定PM2.5浓度计量值，停止实验。本实施例中预先标定PM2.5浓度计量值为25μg/m3。
其中，数据终端500获取测量仪200逐时实验数据C(t)，以及多个传感器100实时监测数据Y1(t)、Y2(t)、...yn(t)；
对于浓度分段，可根据需求划分，如分为25～50μg/m3、50～75μg/m3、...、475～500μg/m3范围等待，在每个浓度粒径范围，划分确定测量仪200C(t)浓度值，并在对应时间t找到各传感器100对应的浓度值Yi(t)，对该浓度范围的所有测点值，进行线性回归，获得线性回归方程。
回归方程式(1)的系数
具体为：
式(2)中，xi对应各PM2.5传感器100在粒径浓度划分范围的浓度Yi(t)，yi对应PM2.5测量仪200C(t)浓度，
分别对应该粒径浓度范围Yi(t)、C(t)的均值。
通过以上的计算方式得到每个传感器100的浓度分段的标定方程，采用数据终端500记录的数据一致性标定各传感器100的PM2.5数据，实现对各个传感器100的一次校核标定。使用已经过一次校核标定的传感器100，再次采用大流量采样器400，对其进行二次标定。
具体的增加步骤S05、采用大流量采样器400，对一次校核标定的传感器100进行二次标定，具体如下：
以大流量采样器400的计重法为基准，得到测试时间段的PM2.5浓度值C，同时测得在相同环境条件下所述传感器100的相应时间段的PM2.5浓度值y(t)，取该时段(本发明中优选4h)传感器100的浓度均值
根据大流量采样器400与传感器100均值
比较，获得传感器100的二次标定系数k，具体计算如式(3):
将该条件下使用已一次校核标定的所述传感器100，在所述数据终端500，乘以统一的修正系数k，实现二次校核标定。通过两次的校核标定有效地提高传感器100在线监测系统的较高精确度，且结构简单，操作方便，为产品的广泛推广与应用提供有效技术保障。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种PM2.5在线监测系统的校核标定方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S01、选定实验空间，在实验空间内放置多个传感器和一测量仪，所述测量仪上预先标定PM2.5浓度计量值；
S02、多个传感器和测量仪与数据终端连接，设定所述测量仪的测试时间间隔与所述传感器的测试时间间隔；
S03、打开气溶胶发生器，向实验空间内增加的颗粒尘；当所述测量仪上显示的PM2.5浓度值大于500μg/m3，关闭气溶胶发生器；同时，还打开风扇将实验空间内颗粒尘均匀扩散；
S04、实验空间由于自然风的渗透稀释，使空间内PM2.5浓度自然衰减，同时打开多个所述传感器和所述测量仪，根据步骤S02中设置的测试时间间隔进行监测，当所述测量仪上显示的PM2.5浓度值小于预先标定PM2.5浓度计量值，停止实验；
步骤S04中，数据终端获取所述测量仪逐时实验数据C(t)，以及多个所述传感器实时监测数据Y1(t)、Y2(t)、...Yn(t)，Yn(t)为第n个传感器的实时监测数据；
对于浓度分段，在每个浓度粒径范围，划分确定测量仪C(t)浓度值，并在对应时间t找到各传感器对应的浓度值Yi(t)，对浓度值Yi(t)的所有测点浓度值，进行线性回归，获得线性回归方程：
回归方程式(1)的系数
具体为：
式(2)中，xi对应各PM2.5传感器在粒径浓度划分范围的浓度Yi(t)，yi对应PM2.5测量仪C(t)浓度，
分别对应该粒径浓度范围Yi(t)、C(t)的均值；
据此得到每个实验空间内传感器的浓度分段的标定方程，采用所述数据终端记录的数据一致性标定各传感器的PM2.5数据，实现PM2.5传感器的一次校核标定。
2.根据权利要求1所述一种PM2.5在线监测系统的校核标定方法，其特征在于：采用大流量采样器，对一次校核标定的所述传感器进行二次标定，具体标定步骤如下：
以大流量采样器的计重法为基准，得到测试时间段的PM2.5浓度值C，同时测得在相同环境条件下所述传感器的相应时间段的PM2.5浓度值y(t)，取该时间段所述传感器的浓度均值
根据所述大流量采样器与所述传感器均值
比较，获得所述传感器的二次标定系数k，具体计算如式(3):
将该条件下使用已一次校核标定的所述传感器，在所述数据终端，乘以统一的修正系数k，实现二次校核标定。
3.根据权利要求1至2任一所述一种PM2.5在线监测系统的校核标定方法，其特征在于：
步骤S02中，设定所述测量仪测试时间间隔与所述传感器测试时间间隔相等，均为5分钟。
4.根据权利要求1至2任一所述一种PM2.5在线监测系统的校核标定方法，其特征在于：
步骤S03中，采用所述气溶胶发生器向实验空间发送颗粒尘，所述颗粒尘包括香烟、蚊香中的一种或几种。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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