CN108195728A - 一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统及其控制方法，属于环境监测技术领域。监测设备内部有独立的多个传感器，气体由分气箱出气口排出分气箱，再经由高温硅胶软管进入对应激光传感器，气体进入激光传感器后，利用激光散射法测得数据。激光传感器通过数据通信接口将数据传输给控制模块。所述控制模块通过对多个传感器的数据进行相互校验，利用实时自动侦测算法，可在线识别传感器故障，提高数据可靠性；对于识别出的故障传感器进行数据剔除，实现监测设备的自动化远程修复，提高数据在线率。本发明在网格化布点的地区，维护成本高、设备检修不便时，优势更加明显，能够有效的减少人员现场维修、标定的次数，日常维护成本大幅度减少。

Description

一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统及其控制方法，属于环境监测技术领域。
背景技术
我国大部分城市空气环境问题凸显，雾霾天气频繁出现，有分析指出，扬尘颗粒物是我国城市中主要的空气污染源之一，已经成为严重制约我国空气环境质量改善的主要因素。扬尘颗粒物不仅严重影响了城市生态景观，而且对人们的身体健康造成了严重的威胁。
在现有技术中，以激光散射原理为测量方法的大气颗粒物浓度检测设备广泛应用于诸多领域。但是，就激光散射原理而言，核心器件激光二极管容易受到各种环境因素影响，产生光强的突然变化。该变化会导致测量数据大幅波动。此种数据表现和局部突发污染非常相似，容易引起误判，对治霾工作产生不利影响。
当传感器数据突然大幅变化时，能够智能判断出变化原因是传感器故障还是突发污染，将会极大提高数据可靠性，对于保证环保监测数据质量具有重要价值。
当设备发生故障时，如果能够远程自动修复，可以大大能提高数据的在线率，对于治霾工作的连续监测具有重要价值。同时又可以节省设备维保方面的人力物力，减少社会浪费。
发明内容
针对上述不足，本发明提供了一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统，包括分气箱、控制模块和监测模块，所述分气箱的进气口为气体采样头，所述分气箱出气口与检测模块的进气口连接，所述监测模块用于同时段、同区域监测气体颗粒物浓度，所述控制模块用于接收、分析和上传监测模块监测的数据，并且为检测模块供电。
进一步地，所述分气箱包括气体采样头、分气仓、风扇和分气箱出气口，所述气体采样头出气端连接分气仓，所述分气仓内部靠近进气口一侧安装有风扇，所述分气箱出气口设置在靠近监测模块一侧。
进一步地，所述检测模块包括激光传感器，所述激光传感器安装有激光传感器数据通信接口，所述激光传感器安装有传感器进气口且与分气箱出气口连接，所述激光传感器上方安装有激光传感器排气风扇，所述激光传感器排气风扇安装有传感器出气口。
进一步地，所述激光传感器数量为两个或两个以上。
进一步地，所述控制模块安装有控制模块数据通信接口，所述控制模块数据接口与激光传感器数据通信接口通过导线连接。
进一步地，所述分气箱、控制模块和检测模块均设置在外壳和底板组成的封闭空间内。
进一步地，所述气体采样头伸出所述密闭空间。
进一步地，所述外壳上安装有外接管脚插头，所述外接管脚插头与所述控制模块电性连接。
一种基于多核颗粒物传感器技术提高数据可靠性的系统的控制方法，包括，气体由分气箱出气口排出分气箱，再经由高温硅胶软管进入激光传感器，气体进入激光传感器后，利用激光散射法测得数据；
激光传感器通过激光传感器数据通信接口将数据通过与其连接的控制模块数据通信接口传输给控制模块；
所述控制模块通过嵌实时自动侦测算法对数据进行筛选；
所述控制模块再将筛选后的数据通过无线网络或有线网络上传至在线监测系统。
进一步地，所述在线监测系统负责接受数据，存储，数据处理，生成可视化的污染云图；
进一步地，所述在线监测系统对于判断出的故障传感器，通过将此故障传感器数据剥离后用剩余三个传感器数据均值作为本台设备的数据。并可根据分析故障激光传感器与其他激光传感器的数据曲线的相关性，判断是否为数据整体性偏高或偏低，可由人工控制进行二次校准，故障传感器数据达标后可并入其他激光传感器。
进一步地，所述控制模块监测激光传感器数据的刷新频率小于5s每次。
进一步地，所述外壳采用不锈钢板折弯结构；所述分气箱的气体采样头采用螺纹连接方式固定在外壳，气体采样头出气端连接分气箱；所述分气箱内部有风扇安装在进气口一侧，分气箱一侧有四个圆柱形出气口分别对应四个激光传感器进气口；所述控制模块安装在分气箱上部，由12v电源供电，四个独立的数据通信接口通过电子线连接四个激光传感器，所述监测模块采用四个或多个激光传感器同时段、同区域监测气体颗粒物浓度；所述激光传感器内部安装激光二极管，采用激光散射法监测气体颗粒物浓度；所述控制模块数据算法写在MCU中，通过数据算法求四个激光传感器的平均值及甄别异常数据；所述导气结构中气体通过风扇形成负压，使外部气体进入监测模块；废气由激光传感器排气风扇通过传感器出气口排出。
本发明的有益效果为：
1、异常数据实时自动侦测算法
当一台设备数据出现异常时，四个激光传感器通过控制模块实现自我校验，根据嵌入的自动侦测算法，判断出故障激光传感器，将其数据剥离，同时在监测平台发出警告提示，完成故障自我诊断，从而提高数据可靠性。
2、测量数据精度高
该装置利用四个激光传感器同时测量气体颗粒物浓度，最终数值取四个激光传感器的平均值。四个激光传感器分别有独立气路设计，各设备间互不干扰；安装前通过电脑标定智能匹配，挑选出四个激光传感器数据互补的激光传感器；当判断出故障传感器将其数据剥离后，用剩余的三个激光传感器数据平均值作为输出结果，继续正常使用，从而大幅度延长使用寿命。由此实现高精度测量，设备在线率高，数据一致性好。
3、使用成本低
设备总成本变化仅为增加三个激光传感器，对设备整体而言并没有大幅度成本提升；采用“实时自动侦测算法”技术可延长使用寿命、缩短维护周期，有效减少设备更换和维修造成的经济损失。
附图说明
图1为本发明了一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统设备示意图；
图2为本发明了一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统设备内部示意图；
图3为本发明了一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统设备内部全景示意图；
图中：1、外壳，2、外接管脚插头，3、气体采样头，4、底板，5、传感器进气口，6、传感器出气口，7、激光传感器排气风扇，8、激光传感器A，9、激光传感器B，10、激光传感器C，11、激光传感器D，12、分气箱，13、控制模块，14、控制模块数据通信接口，15、激光传感器数据通信接口，16、分气箱出气口。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1-3所示，一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统，包括分气箱12、控制模块13和监测模块，所述分气箱12的进气口为气体采样头3，所述分气箱出气口16与检测模块的进气口连接，所述监测模块用于同时段、同区域监测气体颗粒物浓度，所述控制模块13用于接收、分析和上传监测模块监测的数据，并且为检测模块供电。所述分气箱12包括气体采样头3、分气仓、风扇和分气箱出气口16，所述气体采样头3出气端连接分气仓，所述分气仓内部靠近进气口一侧安装有风扇，所述分气箱出气口16设置在靠近监测模块一侧。所述检测模块包括四个激光传感器，为激光传感器A8、激光传感器B9、激光传感器C10、激光传感器D11，每个所述激光传感器安装有均激光传感器数据通信接口15，每个所述激光传感器安装有传感器进气口，每个所述激光传感器上方安装有激光传感器排气风扇7，所述激光传感器排气风扇7安装有传感器出气口6。所述传感器进气口与分气箱出气口16连接。所述控制模块13安装有控制模块数据通信接口14，所述控制模块13数据接口与激光传感器数据通信接口15通过导线连接。所述控制模块13通过无线网络将监测数据实时上传到在线监测系统。所述分气箱12、控制模块13和检测模块均设置在外壳1和底板4组成的封闭空间内所述气体采样头3伸出所述密闭空间。所述外壳1上安装有外接管脚插头2，所述外接管脚插头2与所述控制模块13电性连接。所述外壳1采用不锈钢板折弯结构；所述分气箱12的气体采样头3采用螺纹连接方式固定在外壳1，气体采样头3出气端连接分气箱12；所述分气箱12内部有风扇安装在进气口一侧，分气箱12一侧有四个圆柱形出气口分别对应四个激光传感器进气口；所述控制模块13安装在分气箱12上部，由12v电源供电，四个独立的数据通信接口通过电子线连接四个激光传感器，所述监测模块采用四个或多个激光传感器同时段、同区域监测气体颗粒物浓度；每个所述激光传感器内部安装激光二极管，采用激光散射法监测气体颗粒物浓度；所述控制模块13数据算法写在MCU中，通过数据算法求个个激光传感器的平均值及甄别异常数据；所述导气结构中气体通过风扇形成负压，使外部气体进入监测模块；废气由激光传感器排气风扇7通过传感器出气口6排出。
一种基于多核颗粒物传感器技术提高数据可靠性的系统的控制方法，包括，
气体由分气箱出气口16排出分气箱12，再经由高温硅胶软管进入激光传感器，气体进入激光传感器后，利用激光散射法测得数据；激光传感器通过激光传感器数据通信接口15将数据通过与其连接的控制模块数据通信接口14传输给控制模块13；所述控制模块13通过嵌入实时自动侦测算法对数据进行筛选；所述控制模块13再将筛选后的数据通过无线网络或有线网络上传至在线监测系统。
所述控制模块13激光传感器监测数据刷新频率小于5s每次。
本发明了一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统及其控制方法利用多个激光传感器实现大气颗粒物浓度测量，尤其是在网格化布点的地区，维护成本高，设备检修不便时，优势更加明显，能够有效的减少人员现场维修、标定的次数，日常维护成本有大幅度减少。四组设备同时监测颗粒物浓度，利用传感器的原始数据，进行智能化配对，实现数据偏差互补，相互校验，进一步显著提高传感器间的一致性，所得数据更加精准，具有较高参考性，所测的数据便于分析和研究，本发明功能强大，性能全面，能够进行大范围全天候的大气监测，便于管理，安装简便，维修成本低，对我国的环境监测事业将有重大帮助，应用前景十分广阔。
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)

1.一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统，其特征在于：包括分气箱、控制模块和监测模块，所述分气箱的进气口为气体采样头，所述分气箱出气口与检测模块的进气口连接，所述监测模块用于同时段、同区域监测气体颗粒物浓度，所述控制模块用于接收、分析和上传监测模块监测的数据，并且为监测模块供电。
2.如权利要求1所述的一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统，其特征在于：所述检测模块包括激光传感器、设置在激光传感器上的激光传感器数据通信接口、设置在激光传感器上的传感器进气口、安装在激光传感器上方的激光传感器排气风扇和设置在激光传感器排气风扇上的传感器出气口。
3.如权利要求1所述的一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统，其特征在于：所述检测模块激光传感器数量为两或两个以上，且激光传感器进气口与分气箱出气口连接。
4.如权利要求1所述的一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统，其特征在于：所述控制模块安装有控制模块数据通信接口，所述控制模块数据接口与激光传感器数据通信接口通过导线连接。
5.如权利要求1所述的一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统，其特征在于：所述分气箱、控制模块和检测模块均设置在外壳和底板组成的封闭空间内。
6.如权利要求1所述的一种基于多核颗粒物传感器技术的控制系统及其控制方法，其特征在于：
（1）气体由分气箱出气口排出分气箱，再经由高温硅胶软管进入激光传感器，气体进入激光传感器后，利用激光散射法测得数据；
（2）激光传感器通过激光传感器数据通信接口将数据通过与其连接的控制模块数据通信接口传输给控制模块；
（3）所述控制模块通过嵌入实时自动侦测算法对数据进行筛选；
（4）所述控制模块再将筛选后的数据通有线网络或无线网络方式上传至在线监测系统。
7.如权利要求7所述的种基于多核颗粒物传感器技术的控制方法，其特征在于，所述嵌入实时自动侦测算法为：一个传感器的实时数值同另三个传感器的均值偏差超过50%时，系统自动对最近24小时内的此传感器秒均数值与其他三个传感器秒均数值进行相关性计算，根据公式：其中yi为故障传感器第i时刻的数值，为其他传感器在第i时刻的平均值，当值大于30%时，系统判断此激光传感器为故障传感器。
8.如权利要求7所述的种基于多核颗粒物传感器技术的控制方法，其特征在于，所述嵌入实时自动侦测算法判断出故障传感器，通过将此故障传感器数据剥离后用剩余三个传感器数据均值作为本台设备的数据，并可根据分析故障激光传感器与其他激光传感器的数据曲线的相关性，判断是否为数据整体性偏高或偏低，可由人工控制进行二次校准，故障传感器数据达标后可并入其他激光传感器。
9.如权利要求7所述的种基于多核颗粒物传感器技术的控制方法，其特征在于，所述控制模块监测激光传感器数据的刷新频率小于5s每次。
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