CN115166005B - 一种空气质量态势感知系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了环境监测技术领域的一种空气质量态势感知系统及方法，一种空气质量态势感知系统，感知系统包括机柜，机柜的一端还设有滑动配合的采样泵，采样泵的一端设有入泵腔与排气口，机柜内侧表面均贴有绝缘层。本发明中工作人员可线上实现设备控制和更新等功能，本发明的采集装置可以随时移动和固定，定位插销可在安装位置确定时固定装置，采集装置的机柜材质为良性导体，有防雷电的作用；接地链起到泄放静电的作用，感知部分为采用电化学法的气体传感器和采用激光散射原理的颗粒物传感器，体积小，测量精度低于国标法的小型环境监测站，成本降低，测量组分可灵活组合，方便安装，有利于多数量布置，大范围推广。

Description

一种空气质量态势感知系统及方法
技术领域
本发明涉及一种环境监测技术领域,具体是一种空气质量态势感知系统及方法。
背景技术
使用国标法小型环境监测站测量精度很高，能够准确的收集和处理监控数据。但由于成本的问题，目前布置很少，无法很好的反映出一个城市的环境质量情况；目前的环境自动监测站多数安装在空旷的郊外或者建筑屋顶,户外环境恶劣，雨水的渗入和强大的雷击很容易损坏机柜内的空气质量监测设备，造成经济损失；已有的环境质量监测站大多数只能固定安装，设备拆装和布置位置的变动比较困难，造成了人力的浪费，为此我们提出一种空气质量态势感知系统及方法用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空气质量态势感知系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种空气质量态势感知系统，感知系统包括机柜，所述机柜的一侧设有机柜门，机柜门上设有固定连接的门把手与固定连接的门锁，机柜的一端还设有滑动配合的采样泵，采样泵的一端设有入泵腔与排气口，机柜内侧表面均贴有绝缘层。
优选地，所述机柜的一端设有固定连接的侧耳，侧耳内安装有定位插销，采样泵上设有固定连接的第一挡板。
优选地，所述第一挡板的一侧设有固定连接的太阳能板，太阳能板的支架与采样泵连接，机柜下方还设有阵列分布的减震器与固定连接的接地链，减震器与机柜固定连接，减震器下方均设有万向轮。
优选地，所述机柜内部另一端设有第一液压杆，第一液压杆的一侧设有第一电机，第一液压杆的伸缩端与采样泵固定连接，机柜内侧底部设有固定连接的第二液压杆。
优选地，所述第二液压杆的一侧设有第二电机，第二液压杆的伸缩端设有固定连接的第二挡板，机柜内还设有微处理器、散热器、过滤器、颗粒物传感器、气体传感器、蓄电池、除湿包。
优选地，所述使用方法包括以下步骤：
步骤1：首先将机柜与内部零件安装完毕，随后第二电机控制第二液压杆定时打开机柜缺口，此时第一电机控制第一液压杆将采样泵伸出机柜外采集气体，采集气体同时太阳能板也伸出机柜开始给蓄电池充电。
步骤2：采样泵采样同时，将上一次采样的空气质量样本通过排气口排出机柜外。
步骤3：采集结束后再由第一液压杆将采样泵收回，之后第二液压杆再推动第二挡板挡住缺口，将机柜密封，成为一个法拉第笼。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明包含三个系统，数据感知层、数据传输层和数据应用层，数据中心的工作人员可以通过Web端页面查看本区域内任意环境质量监测装置的实时监测数据，可线上实现设备控制和更新等功能。
2.本发明的采集装置可以随时移动和固定，万向轮的设置，能够方便地移动环境质量监测站增加了装置使用的便携性；定位插销的设置可以让位置确定时固定装置的位置，防止装置发生位移晃动，确保了设备监测精度。
3.本发明采集装置的机柜材质为金属或其他良性导体，封闭时形成一个法拉第笼，对雷电产生的电磁波起到屏蔽的作用，起到了防雷电的作用；接地链主要起到泄放静电的作用，对防雷电起到一定的辅助作用。
4.感知部分为采用电化学法的气体传感器和采用激光散射原理的颗粒物传感器，体积小，测量精度低于国标法的小型环境监测站，但成本大大降低，测量组分可以灵活组合，可以在任何地方安装，有利于多数量布置，大范围推广，在区域构建起网格化的环境质量监测网络。
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是本发明感知系统结构示意图；
图2是本发明感知系统中环境监测装置的原理图；
图3是本发明感知系统中环境监测装置的外视图；
图4是本发明感知系统中环境监测装置的内部结构图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1至图4所示，一种空气质量态势感知系统，感知系统包括机柜1，机柜1的一侧设有机柜门3，机柜门3上设有固定连接的门把手2与固定连接的门锁4，机柜1的一端设有固定连接的侧耳11，侧耳11内安装有定位插销10，机柜1的一端还设有滑动配合的采样泵9，采样泵9上设有固定连接的第一挡板27，第一挡板27的一侧设有固定连接的太阳能板8，太阳能板8的支架与采样泵9连接，采样泵9的一端设有入泵腔19与排气口20，机柜1下方还设有阵列分布的减震器5与固定连接的接地链7，减震器5与机柜1固定连接，减震器5下方均设有万向轮6。
所述机柜1内侧表面均贴有绝缘层18，机柜1内部另一端设有第一液压杆26，第一液压杆26的一侧设有第一电机28，第一液压杆26的伸缩端与采样泵9固定连接，机柜1内侧底部设有固定连接的第二液压杆14，第二液压杆14的一侧设有第二电机15，第二液压杆14的伸缩端设有固定连接的第二挡板21，机柜1内还设有微处理器12、散热器13、过滤器23、颗粒物传感器22、气体传感器16、蓄电池24、除湿包25。
所述机柜1为金属或其他良性导体材质，可以采用不锈钢材料，机柜1侧面设有矩形缺口，以便太阳能板8和采样泵9可以伸出机柜1，采样泵9完成采集任务时，第一电机28控制第一液压杆26将采样泵9收回机柜1内，第二电机15控制第二液压杆14推动第二挡板21自动闭合，所述第二挡板21内侧粘结有绝缘层18，此时机柜1形成了一个密闭的金属腔体，即法拉第笼，对雷电产生的电磁波起到了屏蔽的作用，起到了防雷电的作用，所述第二挡板21采用和机柜相同材质。
所述门把手2可以打开机柜门3，从而完成蓄电池24更换、机柜1除尘、除湿包25更换和过滤器23滤芯更换等功能。
所述定位插销10能够在检测时固定装置的位置，防止柜内设备发生剧烈晃动，确保装置的监测精度。
所述万向轮6的材质为绝缘的橡胶，采用万向轮6能够方便移动环境质量监测站，增加装置使用的便携性，万向轮6与机柜1通过减震器5连接，减震器5能够保证监测装置移动时的稳定性，对机柜1内设备起到保护作用，所述减震器5可以是不锈钢材料的弹簧，每个万向轮6上接有四根弹簧，弹簧一端接在万向轮6上，另一端焊于机柜1底部，邻近的两根弹簧之间交叉连接金属条固定住弹簧，防止弹簧剧烈晃动。
所述接地链7最外层材料为橡胶，橡胶内部有两组粗铜线连接金属外壳，接地链7主要用于泄放静电荷，对防雷电起到辅助作用，接地链7长度应不低于50cm。
所述绝缘层18为橡胶材质，紧贴机柜1内部的六边，能够进一步屏蔽雷电危害，为机柜1内设备起到保护作用。
所述微处理器12为以ARM处理器为内核的工业嵌入式模块，可外接存储设备，微处理器12可长时间稳定运行，模块自身内部具有存储空间，可保存半年时间内的采集数据，通过微处理器12各路串口，分别连接采样泵9、气体传感器16、颗粒物传感器22、数据传输装置17、第一电机28、第二电机15、散热器13和蓄电池24。
所述采样泵9将采集的空气质量样本通过两根硅胶软管传送给气体传感器16和颗粒物传感器22，采样泵9与颗粒物传感器22之间连接有过滤器23，气体传感器16和颗粒物传感器22都套接两根软管，一根软管空气质量样本从入泵腔19传送给传感器，另一根软管将传感器检测完的空气样本通过排气口20排出机柜1外。
所述蓄电池24为锂电池，与铅酸电池相比体积更小，充放电次数更多，使用寿命更长，对环境污染更小，经太阳能板8充电后蓄电池可以保证在阴雨天气下连续十五天供电。
所述机柜1自动打开后，第一电机28控制第一液压杆26将采样泵9伸出机柜1外对区域内的气体进行抽样检测，采样泵9置于太阳能板8下，太阳能板8可以帮助采样泵9挡住雨水，所述采样泵9抽气式比扩散式采样速度更快。
所述太阳能板8是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，太阳能板8迎光面上有一层玻璃，玻璃上涂了一层玻璃镀膜剂，可以使得玻璃上不会粘上雨水，太阳能板8顶部与第一挡板27连接，所述第一挡板27底部和采样泵9焊接在一起，采样泵9伸出机柜1外时，第一挡板27顶部和采样泵9底部挡住缺口，将机柜1密封，防止雨天采样时将雨水带入机柜1内，太阳能板8两侧由两根支架支撑，与水平面呈四十五度放置，太阳能板8、支架和第一挡板27构成一个稳定的三角形，四十五度放置发电效率较高，倾斜放置可以防止雨水聚集在太阳能板8上，防止雨水带入机柜1内，天气晴朗时，远程终端通过数据传输装置17可以控制环境监测站打开第二挡板21，伸出太阳能板8给蓄电池24充电。
所述第一液压杆26与第二液压杆14均为电液推杆，均以电机为动力源，通过双向齿轮泵输出压力油，经油路集成块的控制至油缸，实现液压杆的往复运动。
所述气体传感器16利用电化学原理对NO2、SO2、CO、O3等被监测物质进行实时监测。
所述颗粒物传感器22利用激光散射原理PM2.5、PM10等被监测物质进行实时监测。
所述气体传感器16和颗粒物传感器22可以根据实际需要灵活组装更换。
所述过滤器23安装在采样泵9和颗粒物传感器22之间，使得颗粒物传感器22来感测在过滤器23中所捕获的颗粒的量。
所述散热器13安装在中心服务器上方，在服务器过热时启动散热风扇对其进行降温处理，防止其过热影响监测结果，造成服务器故障，安装散热器13能够显著延长服务器使用寿命。
所述除湿包25是氯化钙、活性炭颗粒组成的产品，能够吸收机柜1中的水分水降低机柜1内部的湿度，防止水气中的杂质和腐蚀物使得电路毁坏。
所述数据传输装置17通过GPRS和4G无线网络双向通道传输相关数据，既保证了数据传输的稳定性，又降低了运营成本，环境质量参数、噪声参数等信息通过GPRS传送到数据平台，利用4G无线网络可以实现远程控制和软件更新功能。
一种空气质量态势感知系统的使用方法，使用方法包括以下步骤：
步骤1：首先将机柜1与内部零件安装完毕，随后第二电机15控制第二液压杆14定时打开机柜缺口，此时第一电机28控制第一液压杆26将采样泵9伸出机柜1外采集气体，采集气体同时太阳能板8也伸出机柜1开始给蓄电池24充电，同时阻止下雨时雨水打湿采样泵9。
步骤2：采样泵9采样同时，将上一次采样的空气质量样本通过排气口20排出机柜1外。
步骤3：采集结束后再由第一液压杆26将采样泵9收回，之后第二液压杆14再推动第二挡板21挡住缺口，将机柜1密封，成为一个法拉第笼，以此屏蔽雷电伤害。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.一种空气质量态势感知系统，感知系统包括机柜（1），其特征在于,所述机柜（1）的一侧设有机柜门（3），机柜门（3）上设有固定连接的门把手（2）与固定连接的门锁（4），机柜（1）的一端还设有滑动配合的采样泵（9），采样泵（9）的一端设有入泵腔（19）与排气口（20），机柜（1）内侧表面均贴有绝缘层（18）；
所述机柜（1）内部另一端设有第一液压杆（26），第一液压杆（26）的一侧设有第一电机（28），第一液压杆（26）的伸缩端与采样泵（9）固定连接，机柜（1）内侧底部设有固定连接的第二液压杆（14）；
所述第二液压杆（14）的一侧设有第二电机（15），第二液压杆（14）的伸缩端设有固定连接的第二挡板（21）；
机柜（1）侧面设有矩形缺口，以便太阳能板（8）和采样泵（9）可以伸出机柜（1），采样泵（9）完成采集任务时，第一电机（28）控制第一液压杆（26）将采样泵（9）收回机柜（1）内，第二电机（15）控制第二液压杆（14）推动第二挡板（21）自动闭合，所述第二挡板（21）内侧粘结有绝缘层（18），此时机柜（1）形成了一个密闭的金属腔体，即法拉第笼。
2.根据权利要求1所述的一种空气质量态势感知系统,其特征在于，所述机柜（1）的一端设有固定连接的侧耳（11），侧耳（11）内安装有定位插销（10），采样泵（9）上设有固定连接的第一挡板（27）。
3.根据权利要求2所述的一种空气质量态势感知系统,其特征在于，所述第一挡板（27）的一侧设有固定连接的太阳能板（8），太阳能板（8）的支架与采样泵（9）连接，机柜（1）下方还设有阵列分布的减震器（5）与固定连接的接地链（7），减震器（5）与机柜（1）固定连接，减震器（5）下方均设有万向轮（6）。
4.根据权利要求3所述的一种空气质量态势感知系统,其特征在于，机柜（1）内还设有微处理器（12）、散热器（13）、过滤器（23）、颗粒物传感器（22）、气体传感器（16）、蓄电池（24）、除湿包（25）。
5.根据权利要求4所述的一种空气质量态势感知系统的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：
步骤1：首先将机柜（1）与内部零件安装完毕，随后第二电机（15）控制第二液压杆（14）定时打开机柜缺口，此时第一电机（28）控制第一液压杆（26）将采样泵（9）伸出机柜（1）外采集气体，采集气体同时太阳能板（8）也伸出机柜（1）开始给蓄电池（24）充电；
步骤2：采样泵（9）采样同时，将上一次采样的空气质量样本通过排气口（20）排出机柜（1）外；
步骤3：采集结束后再由第一液压杆（26）将采样泵（9）收回，之后第二液压杆（14）再推动第二挡板（21）挡住缺口，将机柜（1）密封，成为一个法拉第笼。
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