CN112098594A - 一种基于多维传感器技术的空气质量监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了空气质量监测领域的一种基于多维传感器技术的空气质量监测系统，本发明通过采样单元，得到同一气体化合物具有不同气体检测传感器的浓度值，通过信号处理单元与数据处理单元，不仅去除杂乱、无序的检测量化数值，从而提高监测数据的精度、准确性和稳定性，而且每种气体化合物不同气体检测传感器的检测量化数值进行归一化加权平均处理，使得每种气体化合物不同气体检测传感器的检测量化数值进行类比与修正，得到每种气体化合物的修正值具有说服力和准确性，从而避免使用单一传感器造成监测结果稳定性差和精确性差的问题，使得监测结果与传统大型空气质量监测地面站差值较小，满足空气质量精细化管理的需要。
Description
技术领域
本发明涉及空气质量监测领域，具体为一种基于多维传感器技术的空气质量监测系统。
背景技术
随着环境的日益恶化，人们对空气质量的关心程度越来越高，为此环保部门通过在各地建立空气质量微型站，监测当地大气中各种气体化合物浓度，并通过互联网关联，实现实时监测大气环境中的各种气体化合的浓度。
现有空气质量微型站采用单一传感器方法，如小分子气体化合物均采用电化学传感器，因其原理以及受环境影响的因素，其监测结果的精度、准确性和稳定性与传统大型空气质量监测地面站相比有较大差距，同时采用单一传感器方法开发的空气质量微型站产品在实际应用中提供的数据价值较低，不能满足空气质量精细化管理的需要。
基于此，本发明设计了一种基于多维传感器技术的空气质量监测系统，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多维传感器技术的空气质量监测系统，以解决上述背景技术中提出监测数据的精度、准确性和稳定性降低，不能满足空气质量精细化管理的需要的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于多维传感器技术的空气质量监测系统，包括采样单元、信号与数据处理单元、WIFI网关单元以及终端监测显示单元；
采样单元：所述采样单元包括有若干种气体检测传感器，若干种所述气体检测传感器均可监测一种或多种气体，所述采样单元与数据处理单元连接，所述采样单元用于检测大气中多种气体化合物浓度，并将检测大气中多种气体化合物的浓度转化成模拟信号并传输至数据处理单元；
信号处理单元：所述信号处理单元与数据处理单元连接，所述信号处理单元将采样单元传输的模拟信号进行测量与滤波，并将模拟信号转变成量化数据，再将量化数据传递至数据处理单元；
数据处理单元：所述数据处理单元将量化数据进行归一化加权平均处理，得到各种气体化合物浓度的修正值，所述数据处理单元与WIFI网关单元连接；
WIFI网关单元：所述WIFI网关单元通过互联网与所述终端监测显示单元连接，所述WIFI网关单元将各种气体化合物浓度的修正值通过互联网传递至终端监测显示单元；
终端监测显示单元：所述终端监测显示单元包括终端控制器、数据储存云库、可视化处理软件以及可视化显示器，所述终端控制器通过WIFI网关单元控制采样单元的工作状态，所述数据储存云库将WIFI网关单元的传递的各种气体化合物浓度的修正值进行在线数据存储，所述可视化处理软件将WIFI网关单元的传递的各种气体化合物浓度的修正值进行可视化数据处理，并根据需要的可视化方式在所述可视化显示器显示图表数据。
更进一步地，若干种所述气体检测传感器包括电化学传感器、金属氧化物半导体传感器、催化燃烧传感器、红外传感器和热导传感器其中的两种或多种。
更进一步地，所述电化学传感器分别包括检测硫化氢、二氧化硫、湿度、温度、氧化氮、甲醛、氧化碳、氨气、氯气、氧气、环氧乙炔和臭氧的气体电化学传感器。
更进一步地，所述金属氧化物半导体传感器分别包括检测氧化碳与硫化氢的气体金属氧化物半导体传感器。
更进一步地，所述催化燃烧传感器分别包括检测甲醛、硫化氢与环氧乙炔的气体催化燃烧传感器。
更进一步地，所述红外传感器分别包括检测硫化氢、二氧化硫、氧化碳、温度、氨气和氧化氮的气体红外传感器。
更进一步地，所述热导传感器分别包括检测氨气、氯气、臭氧和氧化碳的气体热导传感器。
更进一步地，所述信号处理单元包括模拟信号处理器和模数转化器。
采用上述的技术方案，本发明达到的有益效果是：
通过采样单元，得到同一气体化合物具有不同气体检测传感器的浓度值，通过信号处理单元与数据处理单元，不仅去除杂乱、无序的检测量化数值，从而提高监测数据的精度、准确性和稳定性，而且每种气体化合物不同气体检测传感器的检测量化数值进行归一化加权平均处理，使得每种气体化合物不同气体检测传感器的检测量化数值进行类比与修正，得到每种气体化合物的修正值具有说服力和准确性，从而避免使用单一传感器造成监测结果稳定性差和精确性差的问题，使得监测结果与传统大型空气质量监测地面站差值较小，满足空气质量精细化管理的需要。
附图说明
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。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。
图1为本发明的空气质量监测系统图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
实施例：
一种基于多维传感器技术的空气质量监测系统，包括采样单元、信号与数据处理单元、WIFI网关单元以及终端监测显示单元；
采样单元：所述采样单元包括有若干种气体检测传感器，若干种所述气体检测传感器均可监测一种或多种气体，所述采样单元与数据处理单元连接，所述采样单元用于检测大气中多种气体化合物浓度，并将检测大气中多种气体化合物的浓度转化成模拟信号并传输至数据处理单元；
信号处理单元：所述信号处理单元与数据处理单元连接，所述信号处理单元将采样单元传输的模拟信号进行测量与滤波，并将模拟信号转变成量化数据，再将量化数据传递至数据处理单元；
数据处理单元：所述数据处理单元将量化数据进行归一化加权平均处理，得到各种气体化合物浓度的修正值，所述数据处理单元与WIFI网关单元连接；
WIFI网关单元：所述WIFI网关单元通过互联网与所述终端监测显示单元连接，所述WIFI网关单元将各种气体化合物浓度的修正值通过互联网传递至终端监测显示单元；
终端监测显示单元：所述终端监测显示单元包括终端控制器、数据储存云库、可视化处理软件以及可视化显示器，所述终端控制器通过WIFI网关单元控制采样单元的工作状态，所述数据储存云库将WIFI网关单元的传递的各种气体化合物浓度的修正值进行在线数据存储，所述可视化处理软件将WIFI网关单元的传递的各种气体化合物浓度的修正值进行可视化数据处理，并根据需要的可视化方式在所述可视化显示器显示图表数据。
其中，若干种气体检测传感器包括电化学传感器、金属氧化物半导体传感器、催化燃烧传感器、红外传感器和热导传感器其中的两种或多种，从而可通过各种传感器测得同一种气体化合物的浓度；
其中，电化学传感器分别包括检测硫化氢、二氧化硫、湿度、温度、氧化氮、甲醛、氧化碳、氨气、氯气、氧气、环氧乙炔和臭氧的气体电化学传感器，其型号分别选用H2S-A1硫化氢传感器、ME3-S02二氧化硫传感器、RY-WS301湿度传感器、LM35DZ温度传感器、NOx-D4氧化氮传感器、BYC02甲醛传感器、ME2-COx氧化碳传感器、ME3-NH3氨气传感器、7Cl2-50氯气传感器、ke-25-f3氧气传感器、4ETO-M环氧乙炔传感器和BYG511-O3臭氧传感器；
其中，金属氧化物半导体传感器分别包括检测氧化碳与硫化氢的气体金属氧化物半导体传感器，其型号分别选用COx-MFF氧化碳传感器与H2S-MFF硫化氢传感器；
其中，催化燃烧传感器分别包括检测甲醛、硫化氢与环氧乙炔的气体催化燃烧传感器，其型号分别选用KGS801-CHCO甲醛传感器、KGS801-H2S硫化氢传感器与KGS801-C2H4O环氧乙炔传感器
其中，红外传感器分别包括检测硫化氢、二氧化硫、氧化碳、温度、氨气和氧化氮的气体红外传感器，其型号分别选用4NE/7NE-H2S硫化氢传感器、4NE/7NE-SO2二氧化硫传感器、KGQ9氧化碳传感器、CGQ-1温度传感器、4NE/7NE-NH3氨气传感器和4NE/7NE-NOx氧化氮传感器；
其中，热导传感器分别包括检测氨气、氯气、臭氧和氧化碳的气体热导传感器，其型号分别选用TCS208F-NH3氨气传感器、TCS208F-Cl2氯气传感器、TCS208F-O3臭氧传感器和TCS208F-COx氧化碳传感器；
其中，信号处理单元包括模拟信号处理器和模数转化器，模拟信号处理器将采样单元传递的模拟信号进行放大与滤波，同时模数转化器再将放大与滤波后的模拟信号转换成量化数据，从而便于数据处理单元处理采样单元传递的大气中多种气体化合物的浓度。
通过采样单元的若干种气体检测传感器检测大气中气体化合物的浓度，每种气体化合物的浓度均可通过不同气体检测传感器进行检测，因而同一气体化合物具有不同气体检测传感器的浓度值，将得到每种气体化合物不同气体检测传感器的检测数值以模拟信号输出传递至信号处理单元，信号处理单元将模拟信号进行滤波与放大后，并将模拟信号转变成量化数据，不仅得到每种气体化合物不同气体检测传感器的检测量化数值，而且去除杂乱、无序的检测量化数值，从而提高监测数据的精度、准确性和稳定性，通过数据处理单元，将每种气体化合物不同气体检测传感器的检测量化数值进行归一化加权平均处理，使得每种气体化合物不同气体检测传感器的检测量化数值进行类比与修正，得到每种气体化合物的修正值，得出所需的监测结果，从而避免使用单一传感器造成监测结果稳定性差和精确性差的问题，使得监测结果与传统大型空气质量监测地面站差值较小，并使得监测结果具有说服力和准确性，进而满足空气质量精细化管理的需要，通过WIFI网关单元，将数据处理单元得到每种气体化合物的修正值传递至终端监测显示单元，终端监测显示单元不仅可将每种气体化合物的修正值存储至数据储存云库，便于今后数据查看和学术报告研究，而且将每种气体化合物的修正值通过可视化处理软件，如Origin、Excel等进行图表转换，并将图表数据以可视化显示器显示出，便于查看，同时通过终端监测显示单元的终端控制器，终端控制器传输信号并通过WIFI网关单元传递反馈至信号处理单元与数据处理单元，再通过信号处理单元与数据处理单元传递至采样单元，从而实现控制采样单元的工作状态。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种基于多维传感器技术的空气质量监测系统，其特征在于：包括采样单元、信号处理单元、数据处理单元、WIFI网关单元以及终端监测显示单元；
采样单元：所述采样单元包括有若干种气体检测传感器，若干种所述气体检测传感器均可监测一种或多种气体，所述采样单元与数据处理单元连接，所述采样单元用于检测大气中多种气体化合物浓度，并将检测大气中多种气体化合物的浓度转化成模拟信号并传输至数据处理单元；
信号处理单元：所述信号处理单元与数据处理单元连接，所述信号处理单元将采样单元传输的模拟信号进行测量与滤波，并将模拟信号转变成量化数据，再将量化数据传递至数据处理单元；
数据处理单元：所述数据处理单元将量化数据进行归一化加权平均处理，得到各种气体化合物浓度的修正值，所述数据处理单元与WIFI网关单元连接；
WIFI网关单元：所述WIFI网关单元通过互联网与所述终端监测显示单元连接，所述WIFI网关单元将各种气体化合物浓度的修正值通过互联网传递至终端监测显示单元；
终端监测显示单元：所述终端监测显示单元包括终端控制器、数据储存云库、可视化处理软件以及可视化显示器，所述终端控制器通过WIFI网关单元控制采样单元的工作状态，所述数据储存云库将WIFI网关单元的传递的各种气体化合物浓度的修正值进行在线数据存储，所述可视化处理软件将WIFI网关单元的传递的各种气体化合物浓度的修正值进行可视化数据处理，并根据需要的可视化方式在所述可视化显示器显示图表数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于多维传感器技术的空气质量监测系统，其特征在于：若干种所述气体检测传感器包括电化学传感器、金属氧化物半导体传感器、催化燃烧传感器、红外传感器和热导传感器其中的两种或两种以上。
3.根据权利要求2所述的一种基于多维传感器技术的空气质量监测系统，其特征在于：所述电化学传感器分别包括检测硫化氢、二氧化硫、湿度、温度、氧化氮、甲醛、氧化碳、氨气、氯气、氧气、环氧乙炔和臭氧的气体电化学传感器。
4.根据权利要求2所述的一种基于多维传感器技术的空气质量监测系统，其特征在于：所述金属氧化物半导体传感器分别包括检测氧化碳与硫化氢的气体金属氧化物半导体传感器。
5.根据权利要求2所述的一种基于多维传感器技术的空气质量监测系统，其特征在于：所述催化燃烧传感器分别包括检测甲醛、硫化氢与环氧乙炔的气体催化燃烧传感器。
6.根据权利要求2所述的一种基于多维传感器技术的空气质量监测系统，其特征在于：所述红外传感器分别包括检测硫化氢、二氧化硫、氧化碳、温度、氨气和氧化氮的气体红外传感器。
7.根据权利要求2所述的一种基于多维传感器技术的空气质量监测系统，其特征在于：所述热导传感器分别包括检测氨气、氯气、臭氧和氧化碳的气体热导传感器。
8.根据权利要求1所述的一种基于多维传感器技术的空气质量监测系统，其特征在于：所述信号处理单元包括模拟信号处理器和模数转化器。
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| CN113281472A (zh) * | 2021-07-26 | 2021-08-20 | 北京英视睿达科技有限公司 | 环境空气质量传感器、监测装置及方法 |
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