CN108351335A - 采集并记录空气中的细微颗粒和/或NOx气体密度的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于采集并记录空气中的细微颗粒和/或NOx气体密度的车载装置和移动式方法。该装置(1)包括至少一个用于探测空气中颗粒和/或NOx气体密度的传感器(3)，所述传感器能够计数存在于空气中的、尺寸在单位空气体积的规定数值之间的烟尘颗粒或颗粒的数量；并且包括用于显示和/或记录与该传感器的规定测量位置相关的所述数量和/或密度的机构(7,19)，该装置还被设计成安装在活动的交通工具(2)上并发挥作用并且在地图的某些位点参照固定的标准化传感器被初始化或甚至被再校准。
Description
技术领域
本发明涉及采集并记录空气中的细微颗粒和/或NOx气体密度的装置和方法，尤其用于获得并记录空气中的细微颗粒和/或NOx气体密度，尤其在活动条件下和在城市的各不同地方。
背景技术
已知的是，在城市中数量庞大的带有热力发动机、尤其是柴油机的交通工具因从其热力发动机中排出的气态污染物和尤其是细小至极细微颗粒的排放烟尘和来自交通工具的制动和行驶的烟尘而对这些城市的主要污染负有责任。这些污染排放物和烟尘危害到遭受它们侵袭的人体的健康，尤其是直径小于2.5微米的极细微颗粒即所谓PM2.5，其进入呼吸树，甚至可能到达血流，于是助长了长期健康问题，这可能反映在心血管并发症或生成各种形式的癌。
对个人而言极其有利的是，知晓在遭遇细微颗粒高度密集的地方的颗粒水平，以便与所述密度相关地调节或调整其活动(尤其是运动和身体行为)并因此保持其健康。
此外，对于具有纤弱支气管的人(尤其易患哮喘)来说，知晓空气中存在有害的直接侵害性气体还有颗粒是有用的，所述气体尤其是被称为NOx的气态氮氧化物且尤其呈硝酸NO3形式。
发明内容
本发明的目的是提供一种这些病症的识别、溯源和最终解决的部分补救手段或完整补救手段。
根据本发明，提出一种用于采集并记录空气中的细微颗粒和/或NOx气体密度的装置，其特点是，它包括至少一个空气中颗粒和/或NOx气体密度的传感器(该传感器能够计数尺寸在单位空气体积的规定值之间的存在于空气中的烟尘颗粒或其它颗粒的数量和/或NOx气体密度)和用于显示和/或记录与传感器的特定测量地点相关的所述数量和/或密度的机构，该装置设计成安装在交通工具(包括任何移动支持系统)上并发挥作用，其中，该传感器可以在地图的某些点参照固定的标准化传感器被初始化，或甚至被再校准。
该装置也可以如上所述地包括：能够测量空气中的NOx气体密度的NOx气体传感器和用于显示和/或记录与传感器的特定测量地点相关的所述密度的机构。
于是，所述颗粒数量和密度可以与特定测量地点尤其是交通工具的测量线路相关地被单独地或共同地测量、显示和记录(在数据库中)。
所述数值尤其低于2.5微米且对应于对人类健康最有害的颗粒。
所考虑的空气体积是立方米。因此，每立方米空气的细微颗粒数量被记录在案。
所述显示和/或记录机构可以包括用于显示所述数量和/或所述密度的简单屏幕，或者用于在记录介质例如纸打印机或数据文件上获得所述数量和/或所述密度的装置。
所述显示或记录有利地在对应于所述具体测量地点的地图的介质上进行。于是，可以在交通工具行驶时连续或非连续地确定在所述地点的空气中的细微颗粒密度和/或NOx气体密度的高清映射。此信息可以被实时或延迟地传输到至少一个数据库，该数据库可以通过尤其涉及在所述区域中的人的运动和行为的各不同应用加以利用，目的是就个体而言保持其健康。
所述颗粒和/或NOx气体密度的采集的所述非连续确定可以在所述地点的特定测量点来建立，例如在所述地点的某地理区域的敏感区域，每个点被分配颗粒数量和/或NOx气体密度的测量结果，例如每立方米的细微颗粒数量。
测量可以在交通工具停止时或运动时进行。停止可以根据规定周期被延迟以允许在每个测量点的传感器的再初始化或甚至再校准，例如通过用于在稳定环境中精密测量的固定边界，因此使得在每个点的测量可靠，而传感器没有被处于在先点的测量空气影响到。根据所述周期的颗粒和/或NOx气体密度的测量是在所述地点处从交通工具的测量线路上进行的。
在测量线路中，根据传感器再初始化能力，中等速度的行驶也是可行的，例如低于30公里/小时，允许传感器进行“不停机”(运动中)测量且具有可接受的交通工具周围空气测量误差范围。
传感器的基于固定边界的再初始化或再校准允许提供阈值，并因此保证根据小于0.2或最高达到0.4的误差范围的测量值。
颗粒传感器最好是例如"GP2Y1010AU0F Sharp"型光学烟尘传感器，其设计用于检测空气中颗粒并因此估计空气质量。这种检测穿过空气体积的光量的传感器允许显示在规定数值范围内的尤其小于2.5微米的颗粒的瞬值。
NOx气体的传感器可以是光学传感器，其测量对应于空气中的所述气体的波长谱。
这种传感器可以通过交通工具的电源或甚至通过由交通工具充电的电池而被供应能量。
所述传感器有利地安装在交通工具上的有利于最好瞬时接收待测空气的位置以便采集测量点的空气中颗粒和/或NOx气体密度。所述传感器也设计成尽量减轻空气运动、风和/或交通工具速度的影响。
在传感器上的空气(随机)运动可以通过给其配备周边防护裙板被尽量减轻，其设计成在运动时容许空气经过，例如配设有透风格栅。
此外，传感器的某个测量点的残余空气有利地在每次新测量之前通过用于从传感器排空残余空气的装置、例如用于吹送中性空气到传感器中的装置而被排空。用于排空残余空气的所述装置安装在该传感器上。
传感器清洁有利地利用超声波进行。这种传感器的常规的综合清洁尤其可以执行在装载的移动条件下的精确可靠测量，而这原先在现有技术中是不允许的，因此将污染测量限制至固定工站的阶段，其对于精确测量个体(尤其在呼吸高度)的暴露是很不足的。
传感器可以安装在交通工具的柱杆或者针对取向和/或高度可调节的活动伸缩臂上，例如在距测量点的竖向投影线上，以便在活动的竖直轴线上补充在呼吸高度上进行的主要测量。
测量于是可以针对某个点在几个高度进行，它也可以在某个点的周围环境中、紧邻该点或者关于该点的法线进行，例如通过使柱杆和传感器在某个测量高度上调整取向。
于是，可以确定在婴儿车高度、在步行道上的行人高度、在居住建筑的一层地面高度或更高层、或者甚至在建筑内的颗粒和/或气体的密度。
从今以后也可以确定污染源(例如烟囱或例如来自地下公共交通如在其紧邻环境中的地铁或大都市和地区轨道系统的空气排放出口)的源头和影响。
安装在不排放颗粒的交通工具上(不污染的，例如带有电动机)，避免了影响测量结果，这不同于带有热力发动机的交通工具。在后者情况下，将传感器与发动机烟气源隔绝开是成问题的，尤其在延长了至后者的距离时，考虑到风和交通工具相对风的运动等。
该装置有利地接合至所谓的GPS(全球定位系统)装置。
于是，该装置可以设计成将在一个以上的测量高度的颗粒密度和/或气体密度的局域点显示与GPS地理定位地图组合，尤其以实时和动态方式。该地图于是被补充所述颗粒数量和/或NOx气体密度的数值点。
数值记录可以针对交通工具的对应于所经过的一定距离的某次前旅程，在两个连续测量点之间的规定期间被排序，以获得在交通工具线路上的所述颗粒值和/或NOx气体密度值的常规点显示。
该传感器还可以在地图上的某些固定点，参照标准化传感器(例如合格的环境监测机构的PM2.5颗粒定点传感器以及为了补充移动网络而安装的专有固定传感器)被初始化或甚至再校准。
该装置可以包括盒，其优选安装在交通工具的仪表板上，连接至所述GPS装置和传感器，所述盒设计成显示和/或记录来自GPS装置的数据和来自每个测量点的传感器的数据。
可选地，关于空气质量例如湿度、迷雾、电磁波、按分贝计的噪音级等的其它数据可以被显示和/或记录。
优选地，所获数据被存在记忆器中以便随后记录，尤其构成动态数据库。
所述盒可以包括用于显示数据、尤其是显示补充有颗粒数和/或NOx气体密度的所述数值点的测量地点的高清地理地图的屏幕，这对于直接监视测量的时间和空间进展是便利的。
有利地，所述装置永久安装在交通工具例如发动机进风单元或者乘客厢室(防破坏的固定安装)上，但它可以具有按紧凑形式的在交通工具上的可快拆的安装结构(没有测量柱杆或臂)。所述传感器可以安装在风挡玻璃(在不碍眼的位置)、交通工具的顶部或罩或者能够在良好采集条件下容纳所述传感器的任何其它主体部分或外构件例如后视镜。
本发明也涉及一种用于测量并显示和/或记录空气中颗粒和/或NOx气体密度的方法，为此借助至少一个空气中颗粒和/或NOx气体密度的传感器(该传感器能够计数尺寸在单位空气体积的规定值之间的颗粒的数量和/或NOx气体密度)和用于显示和/或记录与规定地点相关的所述数量和/或密度的装置，其全部还被设计成安装在交通工具(包含任何活动的支持系统或甚至无人机)上并工作运行，所述方法包括在所述交通工具上的测量线路的多个点获取所述数量和/或密度。
附图说明
本发明的这些特征和优点将从以下参照附图对本发明实施例的描述中变得更加清楚，其中：
图1是根据本发明一个实施例的用于采集并记录空气中细微颗粒的装置的前视示意图，其安装在机动车上，此时从机动车乘客厢室看过去，
图2是所述装置的颗粒传感器的前视示意图，和
图3示出装置，其用于记录来自该装置的数据，其距后者一段距离地安置，还示出在某个地理区域内的空气中细微颗粒的绝对密度或相对密度的打印地理地图，其利用所述装置获得。
具体实施方式
在以下说明中，相同的附图标记被用于标示相似的或相同的零部件。
参见附图，图1示出了根据本发明的一个实施例的用于采集并记录空气中细微颗粒的装置1，其安装在交通工具2上。在此，该装置包括至少一个空气中颗粒传感器3，其能够计数空气中烟尘颗粒或其它颗粒的数目，最好是例如"GP2Y1010AU0F Sharp"型光学传感器或其它设计用于检测空气体积内的颗粒、大体上在1立方米空气中的某尺寸或更小的颗粒的数量。在这里，它可以显示在在此例子中被定为2.5微米和更小(PM2.5)的规定尺寸值范围内的每立方米空气的颗粒数量瞬值。这些颗粒实际上尤其对人体健康有害，其深入呼吸树中或甚至在穿过肺泡壁后进入血流。
在此，该传感器布置在交通工具的风挡玻璃5上，不碍眼地在其角落，通过合适的紧固件最好可拆卸地与之形成一体，例如通过接触楔紧。
该装置可以包括几个这种类型的传感器以提供更精确的空气质量信息，例如两个传感器，其均布置在风挡玻璃的角落处，均采集不同尺寸的颗粒，尤其是每立方米空气的2.5微米和更小的以及10微米和更小的颗粒。
该装置也可以包括如上所述的空气中NOx气体密度传感器，例如代替上述的每立方米空气的10微米和更小的传感器10。
该装置也包括用于显示和/或记录7与传感器的特定测量地点相关的所述颗粒数量的机构，该装置还被设计成安装在交通工具且在此是机动车上并工作运行。在本例子中，该装置包括盒9，其安装在交通工具的仪表板11上，连接至GPS(全球定位系统)装置13和传感器3。所述盒被设计用于显示和/或记录来自GPS装置的数据和来自每个测量点处的传感器的数据。
优选地，所获数据被存在记忆器中以便由例如无线传输机构24、移动或综合电话支持系统等随后或同时记录，在此借助数据处理单元例如图3所示的便携式计算机15和记录单元或打印单元如与计算机相连的打印机17。来自GPS装置的数据的和来自测量线路20的每个测量点的传感器的数据的地图18被打印在纸上。在此线路上所圈出的图例代表在每个测量点的每立方米空气的细微颗粒数值。
所采集的信息也可以被记录在数据库16上，还以应用形式在便携式电话、平板电脑、计算机、"GSM"、"GPS"等上被使用。
盒9在此包括数据显示屏19，尤其显示补充有传感器报告的颗粒数量的数值点的测量地点的地理地图(GPS地图)，这对于直接监视测量进展是便利的。
于是，可以在交通工具行驶期间连续或非连续地确定在所述地点的空气中细微颗粒的密度映射。
确定颗粒采集的非连续方式可以在所述地点的待测特定点建立，例如所述地点的某个地理区域的敏感地方，每个点被分配颗粒数量如每立方米的细微颗粒数量的测量结果。
测量可以在交通工具停止时或行驶时进行。停止可以被延迟规定期间以允许在所述地点在所述交通工具的测量线路上的每个测量点再初始化或再校准该传感器。
也可能的是，在测量线路中，根据传感器再初始化的能力，以中等速度行驶，例如低于30公里/小时，允许传感器完成“不停机”(运动中)测量且具有可接受的交通工具周围空气测量误差范围。
传感器的再初始化实现了提供阈值且因此保证了根据低于0.20或最高达0.40的误差范围的测量值。
有利地，所述传感器安装在交通工具上的有利于良好接收待测空气的位置上以采集测量点的空气中颗粒(和/或NOx气体密度)。在此，该传感器安装在风挡玻璃上，但它可以安装在发动机进气单元或乘客厢室、交通工具的顶部或罩或者固定于交通工具的柱杆或其它臂或配件上。
于是，传感器可安装在交通工具的柱杆或者针对取向和/或高度可调节的活动伸缩臂上，尤其允许在可变高度的测量，例如根据测量点的竖向投影线。
测量于是可以针对某个点在几个高度进行；它也可以在某个点的周围、紧邻所述点或者与所述点的垂线近距离地进行，例如通过将柱杆和传感器定位在某个测量高度。于是可以确定在婴儿车高度、步行道上的行人高度、居住建筑的一层高度或更高层或甚至建筑内的颗粒密度(和/或在气体传感器情况下的NOx气体密度)。
传感器也可以被设计成尽量减小空气运动、风和/或交通工具速度的作用，例如通过给其装备周边防护裙板，其设计成在运动时允许空气经过，例如透风的外格栅21，如图2所示。
此外，该传感器可以包括用于在每次新测量之前从传感器排空残余空气的装置，例如用于将中性空气吹送入传感器(未示出)的装置，其可以加速传感器的初始化。传感器可以有利地配备有超声波清洁系统，使其使用可靠耐用，因此允许传感器的新使用、密集且在活动状况中。
所述数值也可以在地图上的某些位点参照对应于标准化颗粒传感器例如设置在线路上的定点传感器的那些数值被初始化(以便精确测量)，以补充并监视移动装载网络。
本发明也涉及一种用于测量并显示和/或记录空气中的颗粒和/或NOx气体密度的方法，为此借助至少一个空气中的颗粒和/或NOx气体密度的传感器3(其能够计数尺寸在单位空气体积的规定值之间的颗粒的数量和/或NOx气体密度)和用于显示和/或记录与规定地点相关的所述数量和/或密度的装置7、15、17，它们全都设计成安装在交通工具2上并工作运行，所述方法包括在交通工具上的测量线路的多个点获取所述数量和/或密度。
数值记录可以针对交通工具的对应于所经过的一定距离的某次前旅程，在两个连续测量点之间的规定期间被排序，以获得在交通工具线路上的所述颗粒数值和/或NOx气体密度的常规点显示。
该装置的运行是简单的且尽量可接近。装置1自交通工具仪表板侧被启用。这是在预建立的测量线路上维持运行的问题，此时了解了所显示的测量结果的生成以便作为读取数值相关性函数地可选补充该线路。最终记录由家用计算机15来永久运算。
可单独或组合采用各不同的上述特征来设想本发明的许多变型实施例。
于是，本发明提供了可以伴随某地理区域尤其是敏感的污染市区的空气中颗粒和/或NOx气体密度的直接显示和记录地实时知晓或随时预测(依据演变曲线)的可能性。
Claims (10)
1.一种用于采集并记录空气中的细微颗粒和/或NOx气体密度的装置(1)，其特征是，它包括：
至少一个空气中颗粒和/或NOx气体密度的传感器(3)，所述传感器能够计数存在于空气中的、尺寸在单位空气体积的规定数值之间的烟尘颗粒或其它颗粒的数量和/或NOx气体密度；和
用于显示和/或记录与该传感器的颗粒测量位置相关的所述数量和/或密度的机构(7,9,15,17,19)，
该装置被设计成安装在活动的交通工具(2)上并发挥作用，在所述交通工具中，所述传感器(3)能够在地图的某些位点参照标准化传感器被初始化或甚至被再校准。
2.根据权利要求1的装置，其中，所述显示和/或记录机构包括用于显示所述数量和/或密度的屏幕(19)或者在记录介质(18)上的所述数量和/或密度的获取装置(15,17)。
3.根据前述权利要求之一的装置，其中，所述传感器(3)是例如“GP2Y1010AU0F Sharp”型的光学烟尘传感器，其设计用于检测并计数空气中颗粒。
4.根据前述权利要求之一的装置，其中，所述传感器(3)安装在交通工具(2)上的对接收待测空气有利的位置上，以便采集测量点的空气中颗粒和/或NOx气体密度，其设计成尽量减小空气运动、风和/或交通工具速度的作用。
5.根据前述权利要求之一的装置，其中，所述传感器(3)配备有周围护卫裙板(21)，其设计成在运动时容许空气经过，例如配设有透风格栅。
6.根据前述权利要求之一的装置，它包括用于在每次新测量之前从传感器(3)排空残余空气的装置，如用于吹送中性空气到传感器中的装置；和用于清洁该传感器的装置，例如借助超声波。
7.根据前述权利要求之一的装置，其中，所述传感器(3)能够安装在交通工具的柱杆上，或甚至在能够针对取向和/或高度被调节的活动伸缩臂上。
8.根据前述权利要求之一的装置，其中，它被接合至所谓的GPS(全球定位系统)装置(13)，以将颗粒或氮氧化物气体的密度的局域点显示与GPS全球定位地图组合。
9.根据前述权利要求之一的装置，其中，所述传感器(3)能够安装到发动机的进气单元或乘客厢室、交通工具的顶部或罩或者固定在交通工具上的柱杆或其它臂和配件。
10.一种测量并显示和/或记录空气中颗粒和/或NOx气体密度的方法，为此借助至少一个空气中颗粒和/或NOx气体密度的传感器(3)并借助用于显示和/或记录与规定地点相关的所述数量和/或密度的装置(7,9,15,17,19)，该传感器能够计数尺寸在单位空气体积的规定数值之间的颗粒的数量和/或NOx气体密度，它们全都设计成安装在交通工具(2)上并工作，所述方法包括在所述交通工具上的测量线路(20)的多个点获取所述数量和/或密度。
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