CN112444602B - 多相态环境污秽物智能检测装置及方法 - Google Patents

多相态环境污秽物智能检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种多相态环境污秽物智能检测方法，采用多相态传感器阵列模式，通过分析不同相态环境污秽物的特征信号，启动相应的传感器，对特征信号进行表征、分析和显示，从而实现环境污秽物的有效检测。通过多相态传感器阵列，以环境污秽附着后谐波变化，利用数字转换电路、数据分析模块和传输模块，在显示终端直观展现环境污秽物特征量值，解决了现有检测技术不能直接、准确的展现不同相态污秽物的相态、积污值等问题和不足，本发明提供的测量方式更直接，数据准确性更高。综合性能大大优于目前环境检测使用的设备和方法。本发明的方法准确率高，可自然环境和特定工况环境条件下长期使用，使用寿命长，能广泛适用于环境质量监测领域。

Description

多相态环境污秽物智能检测装置及方法
技术领域
本发明属于环境质量领域，具体涉及一种适用于多相态环境污秽物多相态检测方法。
背景技术
多相态环境污秽物中气态、液态和固态污秽物的检测测方式各不相同，针对每种物质或元素的监测方法也不同。这就要求对大气污秽物进行分类的、专用的、长期的、大量的监测，费时费力。如何实现多相态污秽物同时监测成为目前的大气环境监测的发展趋势。
通过调研现有技术中多相态传感器仅能实现从气态到固态，单一相态污秽物的检测与分析。根据测量对象的不同，通过在单相态传感器传感材料表面涂敷制备具有不同敏感性的吸附薄膜，可对气敏传感器、湿度(液态)传感器和(固态)传感器进行特定检测。目前已实现了上述单相态污秽物中SO2、氮氧化物(NO2、NH3)、挥发性有机物(甲苯、甲醛)、重金属汞、液态污秽物的湿度表征、固态颗粒物等应用。值得注意的是，航空航天领域中超微、微小质量检测系统的建立实例验证了谐振式传感器对环境污秽物检测的可行性。
综上所述，谐振式传感器在实际应用中，对大气环境单一相态污秽物检测的敏感性进行了充分验证，并从提高稳定性以及搭建数据分析方法等方面进行改善和发展，由此有必要提供一种多相态环境污秽物智能检测，实现各类环境污秽物的直接、有效检测。
发明内容：
为克服现有技术的不足，解决环境污秽物不同相态检测的难题，本发明提供一种适用于多相态环境污秽物智能检测方法，实现不同物理状态下环境污秽物的直接表征，为各行业不同环境污秽物的多种相态的检测需求提供技术支撑。
本发明提出一种多相态环境污秽物智能检测装置，包括多相态传感器组合阵列，数据分析模块，数据传输模块，数据采集电路，电源管理模块，显示终端和数据转换电路，所述多相态传感器组合阵列连接至数据传输模块和第一数据采集电路，第一数据采集电路分别传输数据至第一数据分析模块，第二数据分析模块和数字转换电路，其中第一数据分析模块传输数据至数字转换电路，第二数据分析模块传输数据至第二数据采集电路，第二数据采集电路传输数据至第一数据分析模块和第三数据分析模块，第三数据分析模块输出数据至第三数据采集电路，第三数据采集电路传输数据至数字转换电路和数据传输模块，数据传输模块传输数据至电源管理模块，电源管理模块传输数据至显示终端；通过分析不同相态环境污秽物的特征信号，启动相应的传感器，对特征信号进行表征、分析和显示，实现环境污秽物的有效检测。
其中所述多相态传感器组合阵列，所述数字转换电路，所述数据传输模块均与供电单元连接，所述的显示终端用于信号显示和记录。
进一步地，主机发出多相态环境污秽物数据采集指令，多相态传感器组合阵列启动，对表面污秽相态进行判定，并开展检测方法选用进行判定，启动相应的相态传感器，所述的检测是污秽物对多相态传感器组合阵列产生谐波的影响幅值。
进一步地，多相态传感器组合阵列产生的谐振波形震动，通过数据采集电路进行数据采集，所述的谐振波形是对不同相态环境污秽物的特征反映。
进一步地，通过所述数据转换电路，将谐振信号转变为数字信号，所述的数字信号是不同相态环境污秽物的直接数字反映。
进一步地，所述数据分析模块，对数字信号进行分析，判定环境污秽物相态，并对数据采集电路、数据转换电路发出指令，启动对应相态传感器，对特定相态环境污秽物进行检测，所述的数字信号是不同相态环境污秽物的直接数字反映。
进一步地，主机发出指令，数据传输模块启动，将采集到的特定阵列传感器的数字信号，传输到显示端，所述的传输信号采用GPRS/3G/4G/5G网络传输。
进一步地，数据传输到显示终端后，观察和记录环境污秽物特定相态、检测量的变化，所述的显示终端可以提供信息的直接显示。
进一步地，各模块由电源管理模块供电，电能来自电网感应取电或太阳能发电。
进一步地，主机将多相态传感器阵列、数据采集电路、数字转换电路、数据分析模块、数据传输模块、电源管理模块和显示终端进行统一整合，构成智能检测装置。
进一步地，还包括气象条件检测传感器，在自然环境实际各类工况下，与待检测目标物处于相同条件条件，主机发出气象参数测量指令，气象条件检测传感器启动；数字采集电路将采集到的气象参数传输至信号转换电路，将气象谐波信号转变为数字信号，用以直观表征气象条件的变化；数据传输模块将数字信号通过GPRS/3G/4G网络传输；信号传输至显示终端时，观测和记录信号变化值，对气象条件实时记录。
本发明还提出一种多相态环境污秽物智能检测方法，包括以下步骤：
步骤1：主机发出多相态环境污秽物数据采集指令，多相态传感器组合阵列启动，对表面污秽相态进行判定，并开展检测方法选用进行判定，启动相应的相态传感器；
步骤2：多相态传感器阵列产生的谐振波形震动，通过数据采集电路进行数据采集，所述的谐振波形是对不同相态环境污秽物的特征反映，液态污秽物为例，其波形中振幅、波长以及特征频率不同；
步骤3：通过数据转换电路，将谐振信号转变为数字信号，包括相位、幅频和增益，所述的数字信号是不同相态环境污秽物的直接数字反映；
步骤4：通过数据分析模块，对液态污秽物的数字信号的相位、幅频和增益进行分析，判定环境污秽物相态，并对数据采集电路、数据转换电路发出指令，启动对应液态传感器，对液态环境污秽物进行检测，然后重复步骤2与步骤3；
步骤5：主机发出指令，数据传输模块启动，将采集到的液态传感器的数字信号，传输到显示端，所述的传输信号采用GPRS/3G/4G/5G网络传输；
步骤6：数据传输到显示终端后，可以观察和记录环境污秽物特定相态、检测量的变化，所述的显示终端可以提供信息的直接显示；
进一步地，步骤1中，所述的检测是污秽物对多相态传感器组合阵列产生谐波的影响幅值。
进一步地，步骤3中，所述的数字信号是特定液态环境污秽物的直接数字反映。
进一步地，上述步骤2-步骤9，对于气态、固态环境污秽物采用同样的智能检测方法步骤1判定为气态、固态环境污秽物后，重复步骤2-步骤9，实现对应相态环境污秽物的检测。
进一步地，对于液态环境污秽物，主机发出气象参数测量指令，气象条件检测传感器启动；数字采集电路将采集到的气象参数传输至信号转换电路，将气象谐波信号转变为数字信号，用以直观表征气象条件的变化；数据传输模块将数字信号通过GPRS/3G/4G网络传输；信号传输至显示终端时，观测和记录信号变化值，对气象条件实时记录。
本发明的多相态环境污秽物智能检测方法与现有技术相比具有以下优点：目前环境污秽检测领域，对于气态、液态和固态污秽检测需要不同的方法和设备。本发明提供的方法可以集成于一台设备或仪器，采用一套方法，在等同条件进行检测和分析，成本低、集成度高、数据可比性强、准确度高，便于对各类自然环境工况的使用和检测。
本发明中采用多相态传感器阵列模式，通过分析不同相态环境污秽物的特征信号，启动相应的传感器，对特征信号进行表征、分析和显示，从而实现环境污秽物的有效检测。本发明通过多相态传感器阵列，以环境污秽附着后谐波变化，利用数字转换电路、数据分析模块和传输模块，在显示终端直观展现环境污秽物特征量值，解决了现有检测技术不能直接、准确的展现不同相态污秽物的相态、积污值等问题和不足，本发明提供的测量方式更直接，数据准确性更高。综合性能大大优于目前环境检测使用的设备和方法。本发明的方法准确率高，可自然环境和特定工况环境条件下长期使用，使用寿命长，能广泛适用于环境质量监测领域。
附图说明
图1是本发明实施例所述的智能检测方法示意图
1、多相态传感器组合阵列；2、数据分析模块；3、数据传输模块；4、数据采集电路；5、电源管理模块；6、显示终端；7、数据转换电路。
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的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明所述的多相态环境污秽物智能检测装置，包括多相态传感器组合阵列1，数据分析模块2，数据传输模块3，数据采集电路4，电源管理模块5，显示终端6和数据转换电路7，通过分析不同相态环境污秽物的特征信号，启动相应的传感器，对特征信号进行表征、分析和显示，实现环境污秽物的有效检测。
主机发出多相态环境污秽物数据采集指令，多相态传感器组合阵列1启动，对表面污秽相态进行判定，并开展检测方法选用进行判定，启动相应的相态传感器，所述的检测是污秽物对多相态传感器组合阵列产生谐波的影响幅值，具体智能检测方法如下；
多相态传感器阵列1产生的谐振波形震动，通过数据采集电路4进行数据采集，所述的谐振波形是对不同相态环境污秽物的特征反映，液态污秽物为例，其波形中振幅、波长以及特征频率不同。
通过数据转换电路7，将谐振信号转变为数字信号，包括相位、幅频和增益，所述的数字信号是不同相态环境污秽物的直接数字反映；
通过数据分析模块2，对液态污秽物的数字信号的相位、幅频和增益进行分析，判定环境污秽物相态，并对数据采集电路4、数据转换电路7发出指令，启动对应液态传感器，对液态环境污秽物进行检测，然后重复步骤2与步骤3，所述的数字信号是特定液态环境污秽物的直接数字反映；
主机发出指令，数据传输模块启动，将采集到的液态传感器的数字信号，传输到显示端，所述的传输信号采用GPRS/3G/4G/5G网络传输；
数据传输到显示终端后，可以观察和记录环境污秽物特定相态、检测量的变化，所述的显示终端可以提供信息的直接显示；
上述各模块可以由电源管理供电，在自然环境直接工作3年以上，所述的供电单元电能来自电网感应取电或太阳能发电；
放置于自然环境中，所述的主机可以将多相态传感器阵列、数据采集电路、数字转换电路、数据分析模块、数据传输模块、电源管理模块和显示终端进行统一整合，构成智能检测方法。
对应液态环境污秽物气象条件检测方法：在自然环境实际各类工况下，与待检测目标物处于相同条件条件。主机发出气象参数测量指令，气象条件检测传感器启动；数字采集电路将采集到的气象参数传输至信号转换电路，将气象谐波信号转变为数字信号，用以直观表征气象条件的变化；数据传输模块将数字信号通过GPRS/3G/4G网络传输；信号传输至显示终端时，观测和记录信号变化值，对气象条件实时记录。所述的环境条件智能检测方法可在自然环境(包括沿海、高原、山地等)下长期、可靠运行，在特定工况运行环境下实现检测；
对于气态、固态环境污秽物采用同样的智能检测方法。
主机发出多相态环境污秽物数据采集指令，多相态传感器组合阵列1启动，对表面污秽相态判定为气态、固态环境污秽物后，重复上述检测步骤，即可实现对应相态环境污秽物的检测。
本发明提供的多相态环境污秽物智能检测方法，通过分析不同相态环境污秽物的特征信号，启动相应的传感器，对特征信号进行表征、分析和显示，从而实现环境污秽物的有效检测。本发明通过多相态传感器阵列，以环境污秽附着后谐波变化，利用数字转换电路、数据分析模块和传输模块，在显示终端直观展现环境污秽物特征量值，解决了现有检测技术不能直接、准确的展现不同相态污秽物的相态、区域气象条件、积污值等问题和不足。
申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种多相态环境污秽物智能检测装置，其特征在于，包括多相态传感器组合阵列(1)，数据分析模块(2)，数据传输模块(3)，数据采集电路(4)，电源管理模块(5)，显示终端(6)和数据转换电路(7)，所述多相态传感器组合阵列连接至数据传输模块和第一数据采集电路，第一数据采集电路分别传输数据至第一数据分析模块，第二数据分析模块和数字转换电路，其中第一数据分析模块传输数据至数字转换电路，第二数据分析模块传输数据至第二数据采集电路，第二数据采集电路传输数据至第一数据分析模块和第三数据分析模块，第三数据分析模块输出数据至第三数据采集电路，第三数据采集电路传输数据至数字转换电路和数据传输模块，数据传输模块传输数据至电源管理模块，电源管理模块传输数据至显示终端；通过分析不同相态环境污秽物的特征信号，启动相应的传感器，对特征信号进行表征、分析和显示，实现环境污秽物的有效检测；
主机发出多相态环境污秽物数据采集指令，多相态传感器组合阵列启动，对表面污秽相态进行判定，并开展检测方法选用进行判定，启动相应的相态传感器，所述的检测是污秽物对多相态传感器组合阵列产生谐波的影响幅值；多相态传感器组合阵列产生的谐振波形震动，通过数据采集电路进行数据采集，所述的谐振波形是对不同相态环境污秽物的特征反映。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述多相态传感器组合阵列，所述数字转换电路，所述数据传输模块均与供电单元连接，所述的显示终端用于信号显示和记录。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过所述数据转换电路，将谐振信号转变为数字信号，所述的数字信号是不同相态环境污秽物的直接数字反映。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述数据分析模块，对数字信号进行分析，判定环境污秽物相态，并对数据采集电路、数据转换电路发出指令，启动对应相态传感器，对特定相态环境污秽物进行检测，所述的数字信号是不同相态环境污秽物的直接数字反映。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，主机发出指令，数据传输模块启动，将采集到的特定阵列传感器的数字信号，传输到显示端，传输信号采用GPRS/3G/4G/5G网络传输。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，数据传输到显示终端后，观察和记录环境污秽物特定相态、检测量的变化，所述的显示终端可以提供信息的直接显示。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，各模块由电源管理模块供电，电能来自电网感应取电或太阳能发电。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，主机将多相态传感器阵列、数据采集电路、数字转换电路、数据分析模块、数据传输模块、电源管理模块和显示终端进行统一整合，构成智能检测装置。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括气象条件检测传感器，在自然环境实际各类工况下，与待检测目标物处于相同条件，主机发出气象参数测量指令，气象条件检测传感器启动；数字采集电路将采集到的气象参数传输至信号转换电路，将气象谐波信号转变为数字信号，用以直观表征气象条件的变化；数据传输模块将数字信号通过GPRS/3G/4G网络传输；信号传输至显示终端时，观测和记录信号变化值，对气象条件实时记录。
10.一种多相态环境污秽物智能检测方法，采用如权利要求1-9任一项所述的智能检测装置，包括以下步骤：
步骤1：主机发出多相态环境污秽物数据采集指令，多相态传感器组合阵列启动，对表面污秽相态进行判定，并开展检测方法选用进行判定，启动相应的相态传感器；所述的检测是污秽物对多相态传感器组合阵列产生谐波的影响幅值；
步骤2：多相态传感器阵列产生的谐振波形震动，通过数据采集电路进行数据采集，所述的谐振波形是对不同相态环境污秽物的特征反映，液态污秽物为例，其波形中振幅、波长以及特征频率不同；
步骤3：通过数据转换电路，将谐振信号转变为数字信号，包括相位、幅频和增益，所述的数字信号是不同相态环境污秽物的直接数字反映；
步骤4：通过数据分析模块，对液态污秽物的数字信号的相位、幅频和增益进行分析，判定环境污秽物相态，并对数据采集电路、数据转换电路发出指令，启动对应液态传感器，对液态环境污秽物进行检测，然后重复步骤2与步骤3；
步骤5：主机发出指令，数据传输模块启动，将采集到的液态传感器的数字信号，传输到显示端，传输信号采用GPRS/3G/4G/5G网络传输；
步骤6：数据传输到显示终端后，可以观察和记录环境污秽物特定相态、检测量的变化，所述的显示终端可以提供信息的直接显示。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，
步骤3中，所述的数字信号是特定液态环境污秽物的直接数字反映。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，对于液态环境污秽物，主机发出气象参数测量指令，气象条件检测传感器启动；数字采集电路将采集到的气象参数传输至信号转换电路，将气象谐波信号转变为数字信号，用以直观表征气象条件的变化；数据传输模块将数字信号通过GPRS/3G/4G网络传输；信号传输至显示终端时，观测和记录信号变化值，对气象条件实时记录。
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