CN116499846A - 一种基于激光散射法的道路扬尘监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明的一种基于激光散射法的道路扬尘监测系统，涉及道路扬尘监测领域。相较于现有技术，本发明通过交替式过滤模组可以免频繁清理/更换；并且所述过滤器被设置成能够在气路模块中自转，使干扰物在过滤器中始终保持运动，使细微粒能通过干扰物之间的缝隙并在离心力的推力作用下畅通的通过过滤器，避免过滤器阻塞时影响监测数据的真实性。

Description

一种基于激光散射法的道路扬尘监测系统

技术领域

本发明的一种基于激光散射法的道路扬尘监测系统，涉及道路扬尘监测领域。

背景技术

在一些发达城市，随着工业污染和燃煤对空气环境污染的占比重大幅减小，道路扬尘污染已经成为城市空气环境的主要污染源之一。为获取城市扬尘/积尘数据，生产科学的环卫系统降尘作业指导，有发明人研发出车载道路扬尘/积尘监测系统，它通过在车辆外部安装颗粒物监测设备采集颗粒物浓度信息，通过车辆在城市间运行，密切监控城市大气质量。

更为具体的，如专利CN105300862B公开的一种基于云处理车载移动大气颗粒污染物的环境检测方法及系统。该系统是利用激光散射法来检测颗粒物浓度，激光散射法是基于光的散射现象，当光线通过颗粒物时,会与颗粒物表面发生散射。散射光的强度与颗粒物的大小和浓度有关，因此可以通过测量散射光的强度来确定颗粒物的大小和浓度。

但是这种利用激光散射法来来检测颗粒物浓度的监测系统，在实际应用中存在诸多问题，具体原因如下：

美国国家环境保护局 (EPA)将粗微粒分类为直径10微米或更小，并且将细微粒分类为直径2 .5微米或更小；并用‘PMx’表示颗粒物的尺寸，基于其尺寸来指代颗粒物；其中x表示此类颗粒物的以微米为单位的最大直径；因此，粗微粒被称为PM10，并且细微粒被称为PM2 .5；当前，PM2 .5颗粒由于其更小的尺寸使得它们对于人体而言相对更难以过滤掉，对例如呼吸、心血管和神经血管疾病的影响而受到关注，尤其在冬季，政府常常由于过高的PM2 .5水平而发布健康警告，因此道路扬尘监测主要监测的就是PM2.5的数据；但是道路上干扰物较多，例如柳絮、大颗粒物、粗微粒等，现有技术虽多采用滤膜进行过滤，但是干扰物很快就会堵塞滤孔，需要频繁清理/更换，较为繁琐；并且最为难以解决的是，未完全堵塞时，滤膜会产生阻塞，导致细微粒通过不畅，此时就难以表达出真实的浓度数据。

发明内容

鉴于上述情况，本发明构思的目的是提供一种能过滤柳絮、大颗粒等干扰物，且方便使用，且提高数据真实性的基于激光散射法的道路扬尘监测系统。

根据本发明构思，本发明提供的一种基于激光散射法的道路扬尘监测系统，包括：

采集器，所述采集器用于捕获空气；

光电检测模块，所述光电检测模块进行数据采集，获取颗粒物浓度数据；

气路模块，所述气路模块连接所述采集器和光电检测模块，所述气路模块用于将采集器捕获的空气导入光电检测模块。

在本发明中，起到创造性贡献的是所述气路模块中设有交替式过滤模组，所述交替式过滤模组设有至少两个过滤器，过滤器被设置成轮流式进入气路模块对气路模块中的干扰物进行过滤，并在过滤器在出气路模块后自动清洁内部，通过自动化的运行，免频繁清理/更换；并且所述过滤器被设置成能够在气路模块中自转，使干扰物在过滤器中始终保持运动，使细微粒能通过干扰物之间的缝隙并在离心力的推力作用下畅通的通过过滤器。

进一步的，可替代的，在过滤器足够多的情况下被设置成手动清洁。在手动清洁这种情况下，需要停车后暂停监测，对过滤器进行清洁。

需要说明的是，因为干扰物复杂，除了大颗粒、杨絮，还有车辆行驶过程中飞溅的石子、树叶、塑料袋；飞溅的石子进入气路模块会对交替式过滤模组造成伤害，比如将交替式过滤模组击穿，这又会进一步对光电检测模块造成伤害；树叶、塑料袋进入采集器或者气路模块会造成采集器与气路模块交接口的堵塞。基于干扰物复杂的问题，采集器被设置在车尾底部并面向气流，光电检测模块被设置在后备箱门上，两者之间由所述气路模块连接，因为采集器和光电检测模块不在一个平面，所以气路模块设有转角，如此在飞溅的石子即使沿着采集器进入气路模块后也会撞击在转角位置以消除冲击力后滑落出采集器；且，采集器活动的连接在车底，同时监测系统设置有驱动所述气路模块摆动的驱动设备，该驱动设备能够将气路模块与采集器交接口堵塞的干扰物，如树叶、塑料袋甩脱。

综述，相较于现有技术，本发明通过交替式过滤模组可以免频繁清理/更换；并且所述过滤器被设置成能够在气路模块中自转，使干扰物在过滤器中始终保持运动，使细微粒能通过干扰物之间的缝隙并在离心力的推力作用下畅通的通过过滤器，避免过滤器阻塞时影响监测数据的真实性。

附图说明

图1为本发明安装在车上的后视状态示意图；

图2为本发明安装在车上的侧视状态示意图；

图3为图2局部放大图；

图4为本发明交替式过滤模组与气路模块的配合状态立体结构示意图；

图5为本发明交替式过滤模组与气路模块的配合状态立体结构示意图二；

图6为本发明交替式过滤模组与气路模块的配合状态剖面示意图；

图中附图标记：采集器100；

光电检测模块200；

气路模块300，转角301，通气管道302，波纹管302a；

交替式过滤模组400，过滤器401，外套管401a，滤斗401b,连接件402,定位部403,齿槽403a,环形槽404,支架405,第一电机406,驱动齿轮406a,驱动轮407,第二电机408；

弹簧管500，拉杆501，弹簧502；

驱动设备600。

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。

请参照图1-6，本发明的一种基于激光散射法的道路扬尘监测系统，包括：

采集器100，所述采集器100用于捕获低空的空气；

基于激光散射法的光电检测模块200，所述光电检测模块200进行数据采集，获取颗粒物浓度数据；

气路模块300，所述气路模块300连接所述采集器100和光电检测模块200，所述气路模块300用于将采集器100捕获的低空空气导入光电检测模块200。

作为一种优选的实施例，所述采集器100安装在车尾底部，光电检测模块200安装在后背箱门上，两者之间由所述气路模块300连接，因为采集器100和光电检测模块200不在一个平面，所以气路模块300设有转角301，该转角301的设置是为了避免飞溅的石子进入气路模块300后对下述交替式过滤模组400、光电检测模块200造成伤害。

作为一种优选的实施例，采集器100设有进口和出口，并且设有自进口至出口断面逐渐缩小的通道，这样的采集器100不仅能大幅增加空气的吸入量，并且采集器100被设置为进口面向气流，这样的采集器100不仅能利用气流使空气自动进入采集器100内，还通过断面逐渐缩小的通道使空气流速加大，使空气有足够的动力沿着向上的气路模块300进入光电检测模块200。当然，如果考虑车速不快，迎面气流不强的情况，光电检测模块200的出气口可以连接负压风机。

应当理解的是，本发明中提及的光电检测模块200是现有技术，本发明并未对光电检测模块200做改进，因此并未详细赘述。相关技术可以参照CN201410470210.7公开的基于光电融合的PM2.5浓度检测系统及检测方法。

作为一种优选的实施方式，气路模块300中设有交替式过滤模组400，所述交替式过滤模组400设有至少两个过滤器401，如图中所示的一种实施方式中，交替式过滤模组400设置有四个过滤器401。过滤器401被设置成轮流进入气路模块300对气路模块300中的干扰物进行过滤，并在出气路模块300后自动清洁内部，并且所述过滤器401被设置成能够在气路模块300中自转。

具体的，气路模块300包括两根通气管道302，两根通气管道302分别连接采集器100和光电检测模块200，所有个过滤器401连接成一体，交替式过滤模组400设有驱动所有过滤器401整体旋转使各个过滤器401轮流与两根通气管道302对接的旋转驱动装置，过滤器401与两根通气管道302对接即相当于上述的过滤器401进入气路模块300中。

更为具体的，过滤器401包括与两根通气管道302配合的外套管401a，外套管401a内部设有转动设置的滤斗401b，滤斗401b上设有滤孔可以将空气中大于PM2.5的颗粒截留，外套管401a之间设有连接件402将所有外套管401a连接，并且所有外套管401a整体之外设有一个环形的定位部403，旋转驱动装置设有与该定位部403配合的环形槽404，环形槽404通过支架405固定在后备箱门上，旋转驱动装置还设有第一电机406，第一电机406的输出轴上设有驱动齿轮406a，定位部403的外周设有与驱动齿轮406a配合的齿槽403a；通过所述定位部403和环形槽404的配合可以使所有外套管401a整体转动，转动的动力来自于第一电机406的驱动，第一电机406的驱动力通过驱动齿轮406a和齿槽403a的配合传递至定位部403，采用驱动齿轮406a和齿槽403a的配合来传动是考虑到齿轮传动的精度更高，能实现与两根通气管道302的精准对接。

更为具体的，多个外套管401a呈圆周分布，在多个外套管401a的中心设有一个驱动轮407，驱动轮407穿入各个外套管401a的管壁与各个外套管401a内的滤斗401b紧密接触，相对应的，支架405上固定有第二电机408，第二电机408与驱动轮407传动连接，第二电机408产生动力，通过驱动轮407可以将动力传递至各个滤斗401b，使滤斗401b可以始终保持自转。也就是说，滤斗401b在气路模块300中会自转，并且可以在出气路模块300后仍然自转。需要说明的是，滤斗401b包括了端面和锥面，现有技术的滤膜多是相当于端面的作用，都是垂直安装在气路模块300中以截留干扰物，所以很快的，干扰物就会积攒在端面上，将端面堵塞，或者不完全堵塞造成阻塞，而本发明的设计，使得气路模块300中的滤斗401b可以通过自转，使滤斗401b内的干扰物始终保持运动，避免干扰物积攒在滤斗401b的端面上将滤斗401b堵塞，同时即使造成了一定阻塞，细微粒也能通过干扰物之间的缝隙并在离心力的推力作用下畅通的从锥面穿过。而设置锥面，却不是圆柱面的意义是为了使滤斗401b外侧面与外套管401a之间有足够大的间隙，避免颗粒附在外套管401a内壁上。还需要说明的是，本身来说滤斗401b出气路模块300后就可以通过自重的作用使得内部的干扰物掉落以完成清洁，但是出气路模块300后自转的设计使得可以通过离心力使卡在滤斗401b内的或粘附在滤斗401b壁上的干扰物掉落，清洁的更干净。为此，更进一步的，还可以在外界设置一个清扫毯，清扫毯由中间的一根金属杆以及固定在金属杆外部的毛刷构成，金属杆可以固定在支架405或者后备箱门上；具体的，毛刷插在外界的一个滤斗401b内，通过滤斗401b的自转可以将卡在滤斗401b滤孔上的颗粒物去除，使清洁更干净，当过滤器401流转时，金属杆受压弯曲，自动出来，并进入下一个过滤器401的滤斗401b内。

作为一种优选的实施方式，两个通气管道302与外套管401a的对接端设有弹簧管500。具体的，弹簧管500套接或插接在通气管道302上，弹簧管500的外周以及通气管道302的对接端均设有法兰，法兰之间通过拉杆501连接，且拉杆501上套有弹簧502。该弹簧管500的设置可以使外套管401a与两个通气管道302之间实现紧配合，避免制造工艺或安装工艺等因素导致对接状态下通气管道302与外套管401a之间间隙过大，干扰物从间隙内被吸入影响检测结果。同时，更重要的是后备箱门要打开，本发明将外套管401a的下端面与后备箱门底边设置在同一高度，这样的设计配合弹簧管500，让后备箱门能正常的打开，且关闭后备箱门后外套管401a自动的与下方的通气管道302对接上，使整个设备能正常运转。更为具体的，在弹簧管500的端面边缘以及外套管401a的端面边缘设置有圆弧倒角，以使得外套管401a在插入两个通气管道302对接端的弹簧管500之间时，可以通过圆弧倒角的引导将外套管401a的旋转运动，转化为通气管道302的轴向运动，使两个弹簧管500相对打开，容纳外套管401a，外套管401a进入两个弹簧管500之间后，通过弹簧502的作用紧密的抵接在外套管401a的端面，实现紧配合。

作为一种优选的实施方式，所述采集器100活动的连接在车底，同时监测设备设置有驱动所述气路模块300摆动的驱动设备600，该驱动设备600可以是液压缸也可以是气缸也可以是电缸；该驱动设备600能够驱动采集器100向下倾斜，使堵在气路模块300与采集器100交接口的干扰物自由落下；也可以向下倾斜后再复位，快速的重复向下倾斜后再复位的动作，也可以将气路模块300与采集器100交接口堵塞的干扰物，如树叶、塑料袋甩脱。为此，与采集器100相连的通气管道302分为三节，中间的一节采用波纹管302a，如此使通气管道302具有柔性，避免干扰到采集器100的旋转。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

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)

1.一种基于激光散射法的道路扬尘监测系统，包括：

采集器（100），所述采集器（100）用于捕获空气；

光电检测模块（200），所述光电检测模块（200）进行数据采集，获取颗粒物浓度数据；

气路模块（300），所述气路模块（300）连接所述采集器（100）和光电检测模块（200），所述气路模块（300）用于将采集器（100）捕获的空气导入光电检测模块（200）；

其特征在于，气路模块（300）中设有交替式过滤模组（400），所述交替式过滤模组（400）设有至少两个过滤器（401），过滤器（401）被设置成轮流进入气路模块（300）对气路模块（300）中的干扰物进行过滤，并在出气路模块（300）后自动清洁内部，并且所述过滤器（401）被设置成能够在气路模块（300）中自转。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光散射法的道路扬尘监测系统，其特征在于：所述采集器（100）安装在车尾底部，光电检测模块（200）安装在后背箱门上，所述气路模块（300）设有转角（301）。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光散射法的道路扬尘监测系统，其特征在于：所述采集器（100）设有进口和出口，并且设有自进口至出口断面逐渐缩小的通道。

4.根据权利要求1所述的一种基于激光散射法的道路扬尘监测系统，其特征在于：气路模块（300）包括两根通气管道（302），两根通气管道（302）分别连接采集器（100）和光电检测模块（200），所有过滤器（401）连接成一体，交替式过滤模组（400）设有驱动所有过滤器（401）整体旋转使各个过滤器（401）轮流与两根通气管道（302）对接的旋转驱动装置。

5.根据权利要求4所述的一种基于激光散射法的道路扬尘监测系统，其特征在于：过滤器（401）包括与两根通气管道（302）配合的外套管（401a），外套管（401a）内部设有转动设置的滤斗（401b）；外套管（401a）之间设有连接件（402）将所有外套管（401a）连接，并且所有外套管（401a）整体之外设有环形的定位部（403），旋转驱动装置设有与该定位部（403）配合的环形槽（404），环形槽（404）通过交替式过滤模组（400）设置的支架（405）固定在后备箱门上，旋转驱动装置设有第一电机（406），第一电机（406）的输出轴上设有驱动齿轮（406a），定位部（403）的外周设有与驱动齿轮（406a）配合的齿槽（403a）；通过所述定位部（403）和环形槽（404）的配合可以使所有外套管（401a）整体转动，转动的动力来自于第一电机（406），第一电机（406）的驱动力通过驱动齿轮（406a）和齿槽（403a）的配合传递至定位部（403）。

6.根据权利要求5所述的一种基于激光散射法的道路扬尘监测系统，其特征在于：多个外套管（401a）呈圆周分布，在多个外套管（401a）的中心设有一个驱动轮（407），驱动轮（407）穿入各个外套管（401a）的管壁与各个外套管（401a）内的滤斗（401b）紧密接触；

所述支架（405）上固定有第二电机（408），第二电机（408）与驱动轮（407）传动连接，第二电机（408）产生动力，通过驱动轮（407）可以将动力传递至各个滤斗（401b），使滤斗（401b）在外套管（401a）内自转。

7.根据权利要求5所述的一种基于激光散射法的道路扬尘监测系统，其特征在于：两个通气管道（302）与外套管（401a）的对接端设有弹簧管（500），所述弹簧管（500）使外套管（401a）与两个通气管道（302）之间实现紧配合。

8.根据权利要求1所述的一种基于激光散射法的道路扬尘监测系统，其特征在于：所述采集器（100）活动的连接在车底，车底设有驱动所述气路模块（300）摆动的驱动设备（600）；

与采集器（100）相连的通气管道（302）分为三节，中间的一节为波纹管（302a）。