CN108415038A - 车载移动式VOCs和恶臭气体质谱仪及污染源精准锁定系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大气污染监测技术领域，尤其为车载移动式VOCs和恶臭气体质谱仪及污染源精准锁定系统，包含气体进样系统，离子源产生器，反应器，质谱测量仪，气象参数测量仪，GPS/北斗定位系统，自动采样模块。通过控制与采集软件对整机的气压、温度、流量、电压、电流、质谱状态等参数进行监测和控制，保障气体进样系统，离子源产生器，反应器，质谱测量仪，GPS/北斗定位系统等子系统的监控和运行控制。溯源分析软件系统通过质谱仪测量的数据，GPS信息，气象参数信息结合区域VOCs特征数据库，对污染高值点进行快速分析和来源解析。溯源分析软件系统提供解析结果对疑似污染排放点进行采样保存，固定污染排放证据。
Description
技术领域
本发明涉及大气污染监测技术领域，具体为车载移动式VOCs和恶臭气体质谱仪及污染源精准锁定系统。
背景技术
我国城市和区域大气污染形势严峻，尤其多地臭氧已成为首要污染物。而作为细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)的关键前体物，挥发性有机物(VOCs)的排放量呈现惊人的快速增长态势，这些物质会进一步引发灰霾、光化学烟雾等大气环境问题。极低浓度的恶臭气体也会引起人类嗅觉不适和恐慌，所以环境保护部门常需要对重点恶臭气体污染源进行监测，以减少恶臭气体污染环境大气，保护人民健康，回应群众关切。
发明内容
本发明的目的在于提供车载移动式VOCs和恶臭气体质谱仪及污染源精准锁定系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
车载移动式VOCs和恶臭气体质谱仪及污染源精准锁定系统，包括：
气体进样系统，所述气体进样系统采集大气；
VOCs采集模块，其连接于所述气体进样系统与工控机，并采分离、采集大气中的VOCs气体；
气象参数测量仪，其用于获取大气的气象参数信息，该气象参数信息包括风向/速、温/度、经/纬度、气压、雨量；
质谱测量仪，其连接所述气体进样系统，并采集大气中的恶臭气体；
自动采样模块，其通信连接于VOCs采集模块、质谱测量仪和气象参数测量仪，并接收VOCs气体的、气象参数信息以及恶臭气体的信息，转换成数字信号后上传到与其多线程通信连接的工控机；
定位系统，采用北斗或GPS系统其用于产生位置信号，并将置信号实时上传到与其通信连接的工控机；
所述工控机读取自动采样模块上传的信息分析处理，并通过调取与其双向总线通信的数据服务器内的预设数据做对比，根据定位系统产生的位置信号锁定VOCs气体以及恶臭气体的位置。
优选的，所述气体进样系统包括过滤器、质量流量传感器、气泵、电磁阀以及采样仓，其中：所述过滤器连接质量流量传感器，所述质量流量传感器连接到气泵输入口，所述气泵输出口与采样仓连接，所述采样仓连接到与工控机通信连接的VOCs采集模块，所述质量流量传感器与工控机通信连接，所述工控机通过控制电磁阀连接气泵。
优选的，所述VOCs采集模块包括与工控机串行通信的离子源产生器以及反应器，其中，所述离子源产生器置于反应器内，所述反应器通过内置的无线TVOC气体传感器与自动采样模块通信连接。
优选的，所述气象参数测量仪基于1080气象五参数监测仪。
优选的，所述质谱测量仪采用多级四级杆质谱测量仪，飞行时间质谱测量仪或者离子迁移质谱测量仪，所述质谱测量仪通信连接于自动采样模块。
优选的，所述自动采样模块采用32路AD转换模块。
优选的，所述定位系统包括定位芯片、双路通信模块以及串口电平转换模块，其中：所述双路通信模块包括GPS模块以及蓝牙模块，所述GPS模块、蓝牙模块通过串口电平转换模块串行连接到定位芯片，所述定位芯片与工控机多线程通信。
优选的，所述数据服务器采用RAID磁盘阵列，且RAID磁盘阵列通过硬盘控制器挂载到工控机上
与现有技术相比，本发明的有益效果是：工控机控制与自动采样模块采集软件对系统整机的气压、温度、流量、电压、电流、质谱状态等参数进行监测和控制，保障气体进样系统，离子源产生器，反应器，质谱测量仪，GPS/北斗定位系统等子系统的监控和运行控制。溯源分析软件系统通过质谱仪测量的数据，GPS信息，气象参数信息结合区域VOCs特征数据库，对污染高值点进行快速分析和来源解析。通过工控机自动采样结合溯源分析软件系统提供解析结果对疑似污染排放点进行采样保存，固定污染排放证据。
附图说明
图1为本发明结构示意框图；
图2为本发明气体进样系统示意框图；
图3为本发明定位系统示意框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～3，本发明提供技术方案：
车载移动式VOCs和恶臭气体质谱仪及污染源精准锁定系统，包括：气体进样系统，所述气体进样系统采集大气；VOCs采集模块，其连接于所述气体进样系统与工控机，并采分离、采集大气中的VOCs气体；气象参数测量仪，其用于获取大气的气象参数信息，该气象参数信息包括风向/速、温/度、经/纬度、气压、雨量；质谱测量仪，其连接所述气体进样系统，并采集大气中的恶臭气体；自动采样模块，其通信连接于VOCs采集模块、质谱测量仪和气象参数测量仪，并接收VOCs气体的、气象参数信息以及恶臭气体的信息，转换成数字信号后上传到与其多线程通信连接的工控机；定位系统，其用于产生位置信号，并将置信号实时上传到与其通信连接的工控机；所述工控机读取自动采样模块上传的信息分析处理，并通过调取与其双向总线通信的数据服务器内的预设数据做对比，根据定位系统产生的位置信号锁定VOCs气体以及恶臭气体的位置。
所述气体进样系统包括过滤器、质量流量传感器、气泵、电磁阀以及采样仓，其中：所述过滤器连接质量流量传感器，所述质量流量传感器连接到气泵输入口，所述气泵输出口与采样仓连接，所述采样仓连接到与工控机通信连接的VOCs采集模块，所述质量流量传感器与工控机通信连接，所述工控机通过控制电磁阀连接气泵。
所述VOCs采集模块包括与工控机串行通信的离子源产生器以及反应器，其中，所述离子源产生器置于反应器内，所述反应器通过内置的无线TVOC气体传感器与自动采样模块通信连接。
所述气象参数测量仪基于1080气象五参数监测仪。
所述质谱测量仪包括CPU芯片以及传感器阵列，其中：所述传感器阵列包括与CPU芯片串行通信的MOS传感器、ECS传感器以及PID传感器，所述CPU芯片通信连接于自动采样模块。
所述自动采样模块采用32路AD转换模块。
所述定位系统包括定位芯片、双路通信模块以及串口电平转换模块，其中：所述双路通信模块包括GPS模块以及蓝牙模块，所述GPS模块、蓝牙模块通过串口电平转换模块串行连接到定位芯片，所述定位芯片与工控机多线程通信。
工控机作为系统的各子系统、部件的控制核心采用嵌入式IPC610L工控机，可以对32路AD转换模块的信号进行读取和处理，AD转换模块采用NET2801数据采集卡，250KS/s16位32路模拟量输入，带DIO，可以保存IP地址、网关、采集方式、采样频率、采样长度、触发等信息，嵌入式IPC610L工控机体积小、运算速度快，提供丰富的IO扩展、便于携带，嵌入式IPC610L工控机控制气体进样系统对大气进行样气采集，具体为根据系统设定程序或者手动操作通过IPC610L工控机控制气泵(间歇性)打开，气泵对空气进行抽取，空气经过过滤器出去大气中如粉尘等大颗粒杂质，进入到质量流量计送入到采样仓中，当采样仓中达到预设量，通过质量流量计将信号递送至嵌入式IPC610L工控机，工控机通过控制电磁阀，采用SMC二通电磁阀控制关断气泵输入到采样仓的进气。
反应器引入采样仓中的大气，即样气，在反应器中的离子源产生器将样气分子转换成离子态的VOCs。质谱测量仪检测由气体进样系统即采样仓中的转换成离子态的VOCs。具体为：多级四级杆质谱测量仪的四极杆系统、电场产生系统，高压电源，MCP微通道板以及高速采样器。可以对对样气中的VOC是气体或者恶臭气体、复合恶臭浓度进行检测如硫化氢、氨气以及复合臭气等成分的检测，可对臭气污染源信息进行连续自动采集，并通过STM32F103C8芯片作为CPU芯片对传感器输出的多路信号进行实时采集，并通过数字滤波对异常数据进行处理，克服各种干扰的影响，确保采集的数据准确可靠，同时定位系统对检测到的VOCs气体、气象参数信息以及恶臭气体的信息所处位置进行定位，具体为定位芯片采用STM32系列嵌入式处理器作为主控芯片，GPS模块、蓝牙模块(BC417芯片)的输出口接主控芯片，GPS模块、蓝牙模块内置有射频信号处理模块，射频信号处理模块以BG-DB-2416CX射频芯片或SKY77324-12芯片为处理核心，同时射频信号处理模块的输出接口还串接有MAX232芯片的串口电平转换电路，MAX232芯片的串口电平转换电路通过串口转USB线可外接嵌入式IPC610L工控机，通过GPS模块、蓝牙模块可以降低因设备损坏的定位故障，且GPS模块、蓝牙模块可以实时将位置信息由嵌入式IPC610L工控机与数据服务器存储数据进行比对再结合1080气象五参数监测仪，从而锁定VOCs气体、恶臭气体进行溯源追踪，掌握恶臭分布的空间和规率。
所述数据服务器采用RAID磁盘阵列，且RAID磁盘阵列通过硬盘控制器挂载到工控机上，在RAID磁盘阵列内采用B/S架构，内嵌了包括数据监测、历史数据查询、基础数据维护等功能，还嵌入了区域VOCs特征数据库、溯源分析软件系统，如LabVIEW函数库用于软件开发和对系统软件控制，溯源分析软件系统通过质谱仪测量的数据，GPS信息，气象参数信息结合区域VOCs特征数据库，对污染高值点进行快速分析和来源解析。工控机通过溯源分析软件系统提供解析结果对疑似污染排放点进行采样保存，固定污染排放证据。
工作时，该锁定系统可安装在车上，随车移动，工控机控制与自动采样模块采集软件对系统整机的气压、温度、流量、电压、电流、质谱状态等参数进行监测和控制，保障气体进样系统，离子源产生器，反应器，质谱测量仪，GPS/北斗定位系统等子系统的监控和运行控制。
溯源分析软件系统通过质谱仪测量的数据，GPS信息，气象参数信息结合区域VOCs特征数据库，对污染高值点进行快速分析和来源解析。通过工控机自动采样结合溯源分析软件系统提供解析结果对疑似污染排放点进行采样保存，固定污染排放证据。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.车载移动式VOCs和恶臭气体质谱仪及污染源精准锁定系统，其特征在于，包括：
气体进样系统，所述气体进样系统采集大气；
VOCs采集模块，其连接于所述气体进样系统与工控机，并采分离、采集大气中的VOCs气体；
气象参数测量仪，其用于获取大气的气象参数信息，该气象参数信息包括风向/速、温/度、经/纬度、气压、雨量；
质谱测量仪，其连接所述气体进样系统，并采集大气中的恶臭气体；
自动采样模块，其通信连接于VOCs采集模块、质谱测量仪和气象参数测量仪，并接收VOCs气体的、气象参数信息以及恶臭气体的信息，转换成数字信号后上传到与其多线程通信连接的工控机；
定位系统，采用北斗或GPS系统其用于产生位置信号，并将置信号实时上传到与其通信连接的工控机；
所述工控机读取自动采样模块上传的信息分析处理，并通过调取与其双向总线通信的数据服务器内的预设数据做对比，根据定位系统产生的位置信号锁定VOCs气体以及恶臭气体的位置和来源分析。
2.根据权利要求1所述的车载移动式VOCs和恶臭气体质谱仪及污染源精准锁定系统，其特征在于：所述气体进样系统包括过滤器、质量流量传感器、气泵、电磁阀以及采样仓，其中：所述过滤器连接质量流量传感器，所述质量流量传感器连接到气泵输入口，所述气泵输出口与采样仓连接，所述采样仓连接到与工控机通信连接的VOCs采集模块，所述质量流量传感器与工控机通信连接，所述工控机通过控制电磁阀连接气泵。
3.根据权利要求1所述的车载移动式VOCs和恶臭气体质谱仪及污染源精准锁定系统，其特征在于：所述VOCs采集模块包括与工控机串行通信的离子源产生器以及反应器，其中，所述离子源产生器置于反应器内。
4.根据权利要求1所述的车载移动式VOCs和恶臭气体质谱仪及污染源精准锁定系统，其特征在于：所述气象参数测量仪基于1080气象五参数监测仪。
5.根据权利要求1所述的车载移动式VOCs和恶臭气体质谱仪及污染源精准锁定系统，其特征在于：所述质谱测量仪采用多级四级杆质谱测量仪，飞行时间质谱测量仪或者离子迁移质谱测量仪，所述质谱测量仪通信连接于自动采样模块。
6.根据权利要求1所述的车载移动式VOCs和恶臭气体质谱仪及污染源精准锁定系统，其特征在于：所述自动采样模块采用高速AD转换模块。
7.根据权利要求1所述的车载移动式VOCs和恶臭气体质谱仪及污染源精准锁定系统，其特征在于：所述定位系统包括定位芯片、双路通信模块以及串口电平转换模块，其中：所述双路通信模块包括GPS模块以及蓝牙模块，所述GPS模块、蓝牙模块通过串口电平转换模块串行连接到定位芯片，所述定位芯片与工控机多线程通信。
8.根据权利要求1所述的车载移动式VOCs和恶臭气体质谱仪及污染源精准锁定系统，其特征在于：所述数据服务器采用RAID磁盘阵列，且RAID磁盘阵列通过硬盘控制器挂载到工控机上。
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