CN113294881B - 一种具有预警功能的空调风管积尘量监控系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有预警功能的空调风管积尘量监控系统及监控方法。所述监控系统包括：至少两个压电悬臂梁传感器，所述至少两个压电悬臂梁传感器设置于待检测空调的积尘采样点所在的检测风管内，所述检测风管的底部的内壁开设有第一凹槽，所述第一凹槽用于收容一个压电悬臂梁传感器，所述压电悬臂梁传感器的压电薄膜的上表面与所述检测风管的底部内壁的上表面处于同一水平面；检测集成单元；及控制中心。检测集成单元分别与所述控制中心和每个压电悬臂梁传感器通信连接。本发明可实现在线检测，方便快捷准确得到结果；系统简单，传感器体积小，便于系统安装，不影响风管的清洁，也不影响建筑装修。

Description

一种具有预警功能的空调风管积尘量监控系统及方法
技术领域
本发明涉及空调技术领域，具体地指一种具有预警功能的空调风管积尘量监控系统及方法。
背景技术
空调是为了保持室内适宜的温度和湿度，空调风管是空调系统重要的组成部分。在空调的运行中，空调风管道内会不可避免的出现灰尘，不但影响空调的空气清洁度，还会促成螨虫、军团菌、大肠杆菌等的滋生，污染整个室内的空气，甚至传播疾病。中国疾病预防控制中心公布的空调卫生状况调查结果显示，在对60多个城市的空调系统通风管道积尘量和积尘细菌含量的检测中，合格的仅占6.12％。
在现行的规范中，关于空调风管集尘量检测与清洗虽然有一定的规定与操作要求：《公共场所集中空调通风系统卫生规范》(WS394-2012)风管积尘量检测采用称重的方法；关于采样点数量与采样点的确定存在一定的随机性：机器人采样，每套空调系统至少选择三个采样点，手工擦拭采样，每套空调系统至少选择六个采样点；关于采样点的布置：机器人采样在每套空调系统的风管中，选择三个代表性采样断面，每个断面设置一个采样点，手工擦拭采样，在每套空调系统的风管中选择两个代表性采样断面，每个断面在分管的上面底面和侧面各设置一个采样点。如确实无法在风管中采样，采样可抽取该套系统全部送风口的3％-5％且不少于三个作为采样点；关于采样的方法的确定也缺乏具体量化指标：表面积尘较多时采用刮拭法材料，积尘较少，不适宜刮拭法采用擦拭法采样；风管内表面多个采样点积尘量检测结果的平均值不符合要求，即判断该套集中空调系统不符合卫生质量要求；风管表面积尘量大于20g/m2，必须对风管进行清洗；《公共场所集中空调通风系统清洗消毒规范(2012.09.19)，对风管的清洗和消毒进行了明确的规定，风管清洗后的积尘量小于1g/m2。
但在实际运行中，空调风管积尘量的测试方法是人工称重法，步骤繁琐，无法实现连续检测；同时采样点布置多在现场根据测试孔的位置以及装修情况进行确定，很难做到代表性，数据容易失真，更为严重的是造成空调风管清洗与否无法为经营者提供决策依据。
为解决该问题，人们进行了相关的探索。申请号CN201210277057.7的专利公开了一种微尘沉积量的远程监控系统及检测方法，设置积尘槽收集微尘，发光部件照射其中的灰尘，并透过槽底的菲涅尔透镜，汇聚射到光电传感器上，根据积尘对光强变化的影响转换成积尘重量。该方法虽然可行，但在实际运行时会出现一些问题：积尘槽结构的限制会影响风管气流，造成积尘槽表面积尘量失真，同时影响风管的清洗；另外该系统设有主壳体，壳体内还设置给发光部件、光电传感器、微处理器以及无线通信组件，过大的主壳体容易与建筑的装修风格起冲突，限制其应用。
因此，提供一种方便有效的空调积尘量监测及预警方法迫在眉睫。
发明内容
本发明为解决上述技术问题提供一种具有预警功能的空调风管积尘量监控系统及方法。
本发明的技术方案如下：
一种具有预警功能的空调风管积尘量监控系统，所述监控系统包括：
至少两个压电悬臂梁传感器，所述至少两个压电悬臂梁传感器设置于待检测空调的积尘采样点所在的检测风管内，所述检测风管的底部的内壁开设有第一凹槽，所述第一凹槽用于收容一个压电悬臂梁传感器，所述压电悬臂梁传感器的压电薄膜的上表面与所述检测风管的底部内壁的上表面处于同一水平面；
检测集成单元；及
控制中心；
其中，每个压电悬臂梁传感器用于将对应的压电薄膜表面积尘时产生的电信号传输至所述检测集成单元，所述检测集成单元根据接收到的电信号计算每个采样点积尘量，并根据每个采样点积尘量计算所有采样点积尘量的平均值，且将每个采样点积尘量和所有采样点积尘量的平均值传输给所述控制中心，所述控制中心用于显示每个采样点积尘量和所有采样点积尘量的平均值，并将所有采样点积尘量的平均值与污染临界值比较，且根据比较结果进行声光报警。
优选地，所述检测风管为矩形风管。
优选地，所述检测风管为空调风管主管或空调风管支管的一部分管段。
优选地，所述检测风管的两端与待检测空调风管的其余管段为法兰连接。
优选地，所述压电悬臂梁传感器还包括：
固定支座，所述检测风管的侧部的内壁开设有第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽相连通，所述固定支座收容于所述第二凹槽内；及
等强度梁，所述等强度梁的一端与所述固定支座连接，所述压电薄膜设置于所述等强度梁的上表面。
优选地，所述检测集成单元包括：
至少两个运算放大器，每个运算放大器与对应的压电悬臂梁传感器通信连接，以接收对应的压电悬臂梁传感器输出的电信号，并对接收到的电信号进行放大处理；
至少两个AD转换器，每个AD转换器与相应的运算放大器通信连接，以接收对应的运算放大器输出的放大后的电信号，并将接收到的电信号转换为数字信号；及
微处理器，所述微处理器与所述每个AD转换器与所述控制中心通信连接，以接收每个AD转换器输出的数字信号，并根据接收到的数字信号计算每个采样点积尘量，且根据每个采样点积尘量计算所有采样点积尘量的平均值，还将每个采样点积尘量和所有采样点积尘量的平均值传输给所述控制中心。
优选地，所述控制中心还用于设置污染临界值、采样初始时间以及采样时间间隔。
一种具有预警功能的空调风管积尘量监控方法，
所述控制中心还用于设置污染临界值、采样时间和第一间隔时间；
所述具有预警功能的空调风管积尘量监控系统在每个采样时间内工作，所述具有预警功能的空调风管积尘量监控系统工作时，每个压电悬臂梁传感器将对应的将压电薄膜表面积尘时产生的电信号传输至所述检测集成单元，所述检测集成单元根据接收到的电信号计算每个采样点积尘量，并根据每个采样点积尘量计算所有采样点积尘量的平均值，且将每个采样点积尘量和所有采样点积尘量的平均值传输给所述控制中心，所述控制中心用于显示每个采样点积尘量和所有采样点积尘量的平均值，并将所有采样点积尘量的平均值与污染临界值比较，且根据比较结果进行声光报警；
所述具有预警功能的空调风管积尘量监控系统在每个第一间隔时间内进入休眠状态。
优选地，所述污染临界值包括轻微污染临界值、中度污染临界值及严重污染临界值，所述控制中心包括控制处理及统计显示单元和声光报警单元，所述控制中心用于：
当所有采样点积尘量的平均值小于或等于所述轻微污染临界值时，控制所述声光报警单元不显示不报警；
当所有采样点积尘量的平均值大于所述轻微污染临界值且小于等于所述中度污染临界值时，控制所述声光报警单元显示绿灯；
当所有采样点积尘量的平均值大于所述中度污染临界值且小于或等于所述严重污染临界值的3/4时，设定第二间隔时间为所述第一间隔时间的1/2，控制所述声光报警单元显示红灯；
当所有采样点积尘量的平均值大于所述严重污染临界值的3/4且小于或等于所述严重污染临界值时，设定第三间隔时间为所述第一间隔时间的1/4，控制所述声光报警单元显示红灯；
当所有采样点积尘量的平均值大于所述严重污染临界值时，控制所述声光报警单元显示红灯并发出报警声音。
本发明的有益效果如下：
(1)可以实现在线检测，方便快捷准确得到结果；
(2)系统简单，传感器体积小，便于系统安装，不影响风管的清洁，也不影响建筑装修；
(3)可以实现多系统检测，更专业测试点布置，保障数据的真实性；
(4)采用法兰连接，可以与空调风管系统拆卸方便；
(5)可以同步实现检测空调风管的清洗效果，免除了相关额外的费用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的具有预警功能的空调风管积尘量监控系统的结构示意图。
图2为图1中的压电悬臂梁传感器、控制中心及检测集成单元之间的连接框图
图3为图1中的压电悬臂梁传感器的放大图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1至图3所示，其为本发明实施例提供的一种具有预警功能的空调风管积尘量监控系统，其包括至少两个压电悬臂梁传感器300、控制中心100及与分别与所述控制中心100和每个压电悬臂梁传感器300通信连接的检测集成单元200。
如图3所示，每个压电悬臂梁传感器300包括固定支座320、等强度梁340及设置于等强度梁340上表面的压电薄膜360。等强度梁340的一端与固定支座320连接，另一端为自由端。在本实施例中，压电薄膜360为PVDF薄膜。
结合图1和图3所示，至少两个压电悬臂梁传感器300设置于待检测空调的积尘采样点所在的检测风管500内。检测风管500为空调风管主管或空调风管支管的一部分管段。检测风管500的两端与待检测空调风管的其余管段为通过法兰盘400连接。当压电悬臂梁传感器300为两个时，其分别设置于空调风管主管和空调风管支管的检测风管内。当压电悬臂梁传感器300为三个以上时，需保证空调风管主管和空调风管支管的检测风管均至少有一个。检测风管500的底部的内壁开设有第一凹槽520，检测风管500的侧部的内壁开设有第二凹槽540，第一凹槽520与所述第二凹槽540相连通。等强度梁340及压电薄膜360收容于第一凹槽520内，固定支座320收容于第二凹槽540内。压电薄膜360的上表面与检测风管500的底部内壁的上表面560是齐平的，处于同一水平面。所述等强度梁340的下表面与第一凹槽520的上表面之间存在间隙。在本实施例中，检测风管500为矩形风管。在本实施例中，第一凹槽520与第二凹槽540是沿着检测风管500的一个角相邻的底面和侧面开设。在本实施例中，第一凹槽520与第二凹槽540所在的平面是相互垂直的。由于压电薄膜360的上表面与检测风管500的底部内壁的上表面560是齐平的，压电薄膜360表面的灰尘易于清洁，有利于检测结果的准确性。并且通过固定支座320卡固于第二凹槽540内，整个传感器300也不容易松动。
可以理解的是，可以是在原有的空调风管主管或空调风管支管的一部分管段开设第一凹槽和第二凹槽形成检测风管500，也可以选择其他相同尺寸的检测风管开槽处理后与原有空调风管相连接。
如图1和2所示，检测集成单元200可设置于检测风管500的外侧壁。在本实施例中，检测集成单元200包括依次两个运算放大器220、两个AD转换器240及微处理器260。可以理解的是，两个运算放大器220可以集成为一个多输入输出端的放大器、两个AD转换器240也可以集成为一个多输入输出端的转换器。每个运算放大器220与对应的压电悬臂梁传感器300通信连接，以接收对应的压电悬臂梁传感器300输出的电信号，并对接收到的电信号进行放大处理，且将放大后的电信号输出给相应的AD转换器240；每个AD转换器240与相应的运算放大器220通信连接，以接收对应的运算放大器220输出的电信号，并将接收到的电信号转换为数字信号，且将所述数字信号传输给所述微处理器260；所述微处理器260与所述每个AD转换器240与所述控制中心100通信连接，以接收每个AD转换器240输出的数字信号，并根据接收到的数字信号计算每个采样点积尘量，且根据每个采样点积尘量计算所有采样点积尘量的平均值，还将每个采样点积尘量和所有采样点积尘量的平均值传输给所述控制中心100。在本实施例中，所述平均值为算术平均值。
继续结合图2所示，控制中心100包括控制处理及统计显示单元120及报警声光单元140。微处理器260分别与所述控制处理及统计显示单元120和报警声光单元140电连接。控制中心100设置于待检测空调的终端控制系统内。控制处理及统计显示单元120用于设置污染临界值、采样时间和第一间隔时间并用于显示微处理器260传输的每个采样点积尘量和所有采样点积尘量的平均值。报警声光单元140用于将微处理器260传输的所有采样点积尘量的平均值与污染临界值比较，且根据比较结果进行声光报警。该具有预警功能的空调风管积尘量监控系统在每个采样时间内工作，在每个第一间隔时间内进入休眠状态。
本发明还提供一种具有预警功能的空调风管积尘量监控方法，包括如下步骤：
S1、提供上述具有预警功能的空调风管积尘量监控系统，在控制中心100的控制处理及统计显示单元120设置积尘量轻微污染临界值A1＝1g/m2、中度污染临界值A2＝2g/m2、严重污染临界值A3＝20g/m2，与之对应的在控制中心100的报警声光单元140设置绿灯显示、红灯显示、警铃报警提醒；同时在控制处理及统计显示单元120设置初始采样时间间隔T＝168h，所述T为第一间隔时间；并设置在达到初始采样时间，进入工作状态，在初始采样时间间隔内进入休息状态；
S2、在达到初始采样时间，进入工作状态。所述压电薄膜360表面积尘时，传感器的谐振频率发生改变，传感器上层的PVDF薄膜产生的电信号，产生的电信号输入至运算放大器220，运算放大器220对接收到的电信号进行放大处理后，经AD转换器240将电信号转化为数字信号、经微处理器260计算每个采样点积尘量，且根据每个采样点积尘量计算所有采样点积尘量的算术平均值，再将每个采样点积尘量和所有采样点积尘量的算术平均值以无线或者有线的方式通信远端的控制中心100；
当所述算术平均值小于等于轻微污染临界值1g/m2时，所述控制处理及统计显示单元120显示各个采样点的积量数值和对应空调系统的算术平均值，报警声光单元140不显示且不报警；
当所述算术平均值大于轻微污染临界值1g/m2且小于等于中度污染临界值2g/m2时，所述控制处理及统计显示单元120显示各个采样点的积量数值和对应空调系统的算术平均值，报警声光单元140显示绿灯；
当所述算术平均值大于中度污染临界值2g/m2且小于等于严重污染临界值15g/m2时，设定采样时间间隔T2为84h，所述控制处理及统计显示单元120显示各个采样点的积量数值和对应空调系统的算术平均值，报警声光单元140显示红灯，所述T2为第二间隔时间；
当所述算术平均值大于严重污染临界值15g/m2且小于等于严重污染临界值20g/m2时，设定采样时间间隔T3为42h，所述控制处理及统计显示单元显示120各个采样点的积量数值和对应空调系统的算术平均值，报警声光单元140显示红灯，所述T3为第三间隔时间；
当所述算术平均值大于严重污染临界值A3时，所述控制处理及统计显示单元120显示各个测点的积量数值和对应空调系统的算术平均值，报警声光单元140报警。
在采样时间间隔期时，监控系统进入休息状态。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，同样也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有预警功能的空调风管积尘量监控系统，其特征在于，所述监控系统包括：
至少两个压电悬臂梁传感器，所述至少两个压电悬臂梁传感器设置于待检测空调的积尘采样点所在的检测风管内，所述检测风管的底部的内壁开设有第一凹槽，所述第一凹槽用于收容一个压电悬臂梁传感器，所述压电悬臂梁传感器的压电薄膜的上表面与所述检测风管的底部内壁的上表面处于同一水平面；
检测集成单元；及
控制中心；
其中，每个压电悬臂梁传感器用于将对应的压电薄膜表面积尘时产生的电信号传输至所述检测集成单元，所述检测集成单元根据接收到的电信号计算每个采样点积尘量，并根据每个采样点积尘量计算所有采样点积尘量的平均值，且将每个采样点积尘量和所有采样点积尘量的平均值传输给所述控制中心，所述控制中心用于显示每个采样点积尘量和所有采样点积尘量的平均值，并将所有采样点积尘量的平均值与污染临界值比较，且根据比较结果进行声光报警；
所述压电悬臂梁传感器还包括：
固定支座，所述检测风管的侧部的内壁开设有第二凹槽，所述第一凹槽与所述第二凹槽相连通，所述固定支座收容于所述第二凹槽内；及
等强度梁，所述等强度梁的一端与所述固定支座连接，所述压电薄膜设置于所述等强度梁的上表面。
2.如权利要求1所述的具有预警功能的空调风管积尘量监控系统，其特征在于，所述检测风管为矩形风管。
3.如权利要求1所述的空调风管积尘量监控系统，其特征在于，所述检测风管为空调风管主管或空调风管支管的一部分管段。
4.如权利要求1所述的空调风管积尘量监控系统，其特征在于，所述检测风管的两端与待检测空调风管的其余管段为法兰连接。
5.如权利要求1所述的空调风管积尘量监控系统，其特征在于，所述检测集成单元包括：
至少两个运算放大器，每个运算放大器与对应的压电悬臂梁传感器通信连接，以接收对应的压电悬臂梁传感器输出的电信号，并对接收到的电信号进行放大处理；
至少两个AD转换器，每个AD转换器与相应的运算放大器通信连接，以接收对应的运算放大器输出的放大后的电信号，并将接收到的电信号转换为数字信号；及
微处理器，所述微处理器与所述每个AD转换器与所述控制中心通信连接，以接收每个AD转换器输出的数字信号，并根据接收到的数字信号计算每个采样点积尘量，且根据每个采样点积尘量计算所有采样点积尘量的平均值，还将每个采样点积尘量和所有采样点积尘量的平均值传输给所述控制中心。
6.如权利要求5所述的空调风管积尘量监控系统，其特征在于，所述控制中心还用于设置污染临界值、采样初始时间以及采样时间间隔。
7.利用如权利要求1至6任一项所述的空调风管积尘量监控系统的空调风管积尘量监控方法，其特征在于，
所述控制中心还用于设置污染临界值、采样时间和第一间隔时间；
所述具有预警功能的空调风管积尘量监控系统在每个采样时间内工作，所述具有预警功能的空调风管积尘量监控系统工作时，每个压电悬臂梁传感器将对应的将压电薄膜表面积尘时产生的电信号传输至所述检测集成单元，所述检测集成单元根据接收到的电信号计算每个采样点积尘量，并根据每个采样点积尘量计算所有采样点积尘量的平均值，且将每个采样点积尘量和所有采样点积尘量的平均值传输给所述控制中心，所述控制中心用于显示每个采样点积尘量和所有采样点积尘量的平均值，并将所有采样点积尘量的平均值与污染临界值比较，且根据比较结果进行声光报警；
所述具有预警功能的空调风管积尘量监控系统在每个第一间隔时间内进入休眠状态。
8.如权利要求7所述的具有预警功能的空调风管积尘量监控系统，其特征在于，所述污染临界值包括轻微污染临界值、中度污染临界值及严重污染临界值，所述控制中心包括控制处理及统计显示单元和声光报警单元，所述控制中心用于：
当所有采样点积尘量的平均值小于或等于所述轻微污染临界值时，控制所述声光报警单元不显示不报警；
当所有采样点积尘量的平均值大于所述轻微污染临界值且小于等于所述中度污染临界值时，控制所述声光报警单元显示绿灯；
当所有采样点积尘量的平均值大于所述中度污染临界值且小于或等于所述严重污染临界值的3/4时，设定第二间隔时间为所述第一间隔时间的1/2，控制所述声光报警单元显示红灯；
当所有采样点积尘量的平均值大于所述严重污染临界值的3/4且小于或等于所述严重污染临界值时，设定第三间隔时间为所述第一间隔时间的1/4，控制所述声光报警单元显示红灯；
当所有采样点积尘量的平均值大于所述严重污染临界值时，控制所述声光报警单元显示红灯并发出报警声音。
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