CN116879121B - 一种基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空气颗粒物浓度实时监测系统技术领域，且公开了一种基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统，包括端口服务器，端口服务器搭载有前端处理模块、数据分析模块、数据校准模块以及辅助调控模块该基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统，本系统通过光纤传感器和前端处理模块，实时收集空气中的颗粒物浓度信，数据分析模块对收集到的信息进行计算分析，得出干扰差值和其他因素的分析结果。数据校准模块对干扰差值进行分类，以便后续处理和分析。辅助调控模块负责记录和调取相关数据，并能够调取和保存云数据。

Description

一种基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统

技术领域

本发明涉及空气颗粒物浓度实时监测系统技术领域，具体为一种基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统。

背景技术

基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统利用光纤传感器对环境中的颗粒物进行监测。光纤传感技术通过利用光的传输特性和与环境中颗粒物相互作用的变化来实现浓度的检测。通过将光纤布设在需要监测的区域，光纤传感器可以实时感知光的强度变化，进而推断出空气中颗粒物的浓度。

首先，基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统依赖传感器来收集颗粒物浓度数据，因此单空间轴或单类型的监测系统会导致监测结果出现误差，而当误差出现时，由于缺乏参考系数因此常规监测系统只能汇报结果的误差值，难以对误差值进行甄别是否处于可控区间内。

发明内容

本发明提供了一种基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统，具备多点监测、数据分析和处理以及数据校准和分类的有益效果，解决了上述背景技术中所提到单空间轴或单类型的监测系统会导致监测结果出现误差，而当误差出现时，由于缺乏参考系数因此常规监测系统只能汇报结果的误差值，难以对误差值进行甄别是否处于可控区间内的问题。

本发明提供如下技术方案：一种基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统，包括端口服务器，所述端口服务器搭载有前端处理模块、数据分析模块、数据校准模块以及辅助调控模块：

所述前端处理模块用收集空气内的颗粒物浓度，且该模块通过若干个设置在不同空间轴上的光纤传感进行收集作业；

所述数据分析模块用于对收集到的信息进行计算分析以得出干扰差值；

所述数据分析模块还用于计算分析得出器械因素、气候因素/>以及空间因素；

所述干扰差值由下述公式获得：

；

所述数据校准模块用于对计算出的干扰差值分别与阙值/>和阈值/>进行比较以对干扰差值/>的区间进行分类；

所述辅助调控模块用于记录和调取相关数据，同时所述辅助调控模块还能够调取和保存云数据。

作为本发明所述基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统的一种可选方案，其中：所述前端处理模块包括模型分析单元和信息采集单元；

所述模型分析单元用于对检测建筑的形状进行数据扫描，以方便使用者选择观测点位，所述数据扫描作业通过激光扫描测量技术、结构光测量技术以及高精度全站仪测量技术实现并在系统中构建与之相适配的三维模型；

所述信息采集单元用于采集测量点的空间轴位置，测量设备种类/>以及检测结果/>。

作为本发明所述基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统的一种可选方案，其中：空间轴位置下采用不同测量设备种类/>，将不同设备获取的测量结果进行计算，从而获取第一结果差值/>，其计算方式如下：

；

其中代表代号为/>的检测设备所检测的结果，/>代表代号为/>的检测设备所检测的结果。

作为本发明所述基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统的一种可选方案，其中：所述器械因素通过以下公式计算得到：

；

其中、/>以及/>分别为/>、/>以及/>的权重值，且/>、/>以及/>均为常数，三者具体值由客户决定。

作为本发明所述基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统的一种可选方案，其中：在不同空间轴位置下，采用相同测量设备种类/>将不同空间位置所获取的测量结果进行计算，从而获取第二结果差值/>，其计算方式如下：

；

其中代表第一位置的测量设备，/>代表第二位置的测量设备，K为转换系数，具体值由客户决定。

作为本发明所述基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统的一种可选方案，其中：所述空间因素由以下公式计算得到：

；

其中、/>以及/>分别为/>、/>以及/>的权重值，且/>、/>以及/>均为常数，三者具体值由客户决定。

作为本发明所述基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统的一种可选方案，其中：所述干扰差值通过以下公式获得：

；

其中所述气候因素通过采集装置获取，所述T代表采集数据所对应的采集时间；

所述a和所述b分别为和/>的权重系数，且二者的具体值由客户决定。

作为本发明所述基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统的一种可选方案，其中：所述数据校准模块内记录有阙值和阈值/>通过将干扰差值/>与阙值/>和阈值/>进行比较对干扰差值/>进行分级处理；

其中当干扰差值≤阙值/>时，代表干扰差值/>在合理范围内；

当阙值<干扰差值/><阈值/>，代表干扰差值/>超出合理范围，但在允许范围内；

当阈值<干扰差值/>，代表干扰差值/>超出。

作为本发明所述基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统的一种可选方案，其中：所述辅助调控模块包括云服务单元和数据记录单元，其中所述云服务单元用于将系统数据上传至云服务器中，所述云服务单元还能够调取云服务器内记录的数据；

所述数据记录单元用于将系统数据记录在本地端口服务器内进行备份防止云数据丢失。

本发明还提供一种基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统的方法，包括上述说明书中所提及的基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统，具体流程如下：

S1、进行前期准备工作，确保端口服务器已正确安装和配置，并且光纤传感器已准备就绪，同时对系统所需的参数和变量进行确认，并根据实际情况进行设置；

S2、系统启动作业，启动端口服务器并确保其正常运行，检查光纤传感器的连接，并确保数据传输通畅；

S3、数据收集，前端处理模块通过与光纤传感器的连接，收集空气中的颗粒物浓度信息，传感器实时传输数据给前端处理模块，确保数据的准确性和及时性；

S4、数据分析，数据分析模块接收前端处理模块传来的数据，并进行计算分析；

S5、使用收集到的信息计算干扰差值Xz；

S6、数据校准，数据校准模块接收计算得出的干扰差值，并将其与预设的阙值和阈值/>进行比较，根据比较结果，将干扰差值/>划分到相应的区间进行分类，以便后续处理和分析；

S7、数据记录和调取，辅助调控模块负责记录和调取相关数据，它能够记录系统运行期间的监测数据和系统状态，包括收集到的颗粒物浓度信息、干扰差值Xz以及其他相关参数，辅助调控模块还能够调取和保存云数据，以便后续分析和比较。

本发明具备以下有益效果：

1、该基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统，本系统通过光纤传感器和前端处理模块，实时收集空气中的颗粒物浓度信息，数据分析模块对收集到的信息进行计算分析，得出干扰差值和其他因素的分析结果。数据校准模块对干扰差值/>进行分类，以便后续处理和分析。辅助调控模块负责记录和调取相关数据，并能够调取和保存云数据；

2、该基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统，数据校准模块能够根据干扰差值的大小采取相应的措施，在干扰差值/>超出合理范围时，需要进行数据修正、传感器校准或其他纠正措施，以确保监测数据的准确性和可靠性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构示意图。

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。

实施例1：请参阅图1-图2，一种基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统，包括端口服务器，端口服务器搭载有前端处理模块、数据分析模块、数据校准模块以及辅助调控模块：

前端处理模块用收集空气内的颗粒物浓度，且该模块通过若干个设置在不同空间轴上的光纤传感进行收集作业；

数据分析模块用于对收集到的信息进行计算分析以得出干扰差值，数据分析模块还用于计算分析得出器械因素/>、气候因素/>以及空间因素/>；

干扰差值由下述公式获得：

；

数据校准模块用于对计算出的干扰差值分别与阙值/>和阈值/>进行比较以对干扰差值/>的区间进行分类；

辅助调控模块用于记录和调取相关数据，同时辅助调控模块还能够调取和保存云数据。

本实施例中：本系统的基本架构包括端口服务器，端口服务器中搭载有前端处理模块、数据分析模块、数据校准模块和辅助调控模块。

前端处理模块通过若干个设置在不同空间轴上的光纤传感器，收集空气内的颗粒物浓度信息。

数据分析模块用于对收集到的信息进行计算分析，包括计算干扰差值以及器械因素/>、气候因素/>和空间因素/>的分析。

数据校准模块对计算出的干扰差值与预设的阙值/>和阈值/>进行比较，并对干扰差值/>的区间进行分类；

辅助调控模块负责记录和调取相关数据，并能够调取和保存云数据。

本系统通过光纤传感器和前端处理模块，实时收集空气中的颗粒物浓度信息，数据分析模块对收集到的信息进行计算分析，得出干扰差值和其他因素的分析结果。数据校准模块对干扰差值/>进行分类，以便后续处理和分析。辅助调控模块负责记录和调取相关数据，并能够调取和保存云数据。

实施例2：请参阅图1-图2，前端处理模块包括模型分析单元和信息采集单元；

模型分析单元用于对检测建筑的形状进行数据扫描，以方便使用者选择观测点位，数据扫描作业通过激光扫描测量技术、结构光测量技术以及高精度全站仪测量技术实现并在系统中构建与之相适配的三维模型；

信息采集单元用于采集测量点的空间轴位置，测量设备种类/>以及检测结果/>。

本实施例中：模型分析单元的作用是对待检测建筑的形状进行数据扫描，以确定适合的观测点位。该单元使用激光扫描测量技术、结构光测量技术和高精度全站仪测量技术来进行数据扫描操作，并在系统中构建与建筑物相适配的三维模型，这些技术能够获取建筑物的几何形状和结构信息，并用于确定最佳的观测点位。

信息采集单元用于采集测量点的空间轴位置、测量设备种类/>以及检测结果/>。

空间轴位置是指观测点在建筑物空间中的坐标位置，用于确定测量点的准确位置；

测量设备种类指示所使用的传感器或测量设备的类型，例如单模光纤或多模光纤；

检测结果是指在特定观测点位上测量到的空气颗粒物浓度值。

本系统中的前端处理模块通过上述两个单元，能够对建筑物进行数据扫描，构建三维模型并确定合适的观测点位，然后使用信息采集单元采集观测点的空间轴位置、测量设备种类和检测结果，这样系统能够实时监测建筑物内空气颗粒物的浓度变化，并提供相应的监测数据。

实施例3：请参阅图1-图2，在空间轴位置下采用不同测量设备种类/>，将不同设备获取的测量结果进行计算，从而获取第一结果差值/>，其计算方式如下：

；

其中代表代号为/>的检测设备所检测的结果，/>代表代号为/>的检测设备所检测的结果。

本实施例中：空气颗粒物浓度监测系统采用基于光纤传感技术，通过不同的设备种类在相同空间轴位置/>下对空气颗粒物浓度进行监测和测量。

系统中至少包含两种不同的测量设备，分别用代号x和o表示，系统首先使用各个测量设备在相同空间轴位置下进行测量，得到代号为x的设备测量结果和代号为o的设备测量结果/>。

然后，系统根据上述计算方式计算出两种设备之间的差值，这个差值表示了在相同空间轴位置下，不同设备所测量的空气颗粒物浓度的差异，通过比较不同设备的测量结果之间的差值，系统能够评估设备之间的准确性和一致性，进而提高测量结果的可靠性。

该空气颗粒物浓度实时监测系统利用不同测量设备在相同空间轴位置下的测量结果差值来评估设备的性能和测量的准确性，从而提供更可靠的空气颗粒物浓度监测数据。

实施例4：请参阅图1-图2，器械因素通过以下公式计算得到：

；

其中、/>以及/>分别为/>、/>以及/>的权重值，且/>、/>以及/>均为常数，三者具体值由客户决定。

本实施例中：目的是通过综合考虑不同检测设备的测量结果和它们之间的差异，对空气颗粒物浓度进行评估。通过调整权重值、/>和/>，可以确定不同因素对最终浓度评估的贡献程度，以满足客户的特定需求和优先级。

利用上述计算公式对代号为x和代号为o的检测设备测量结果进行加权平均，考虑它们之间的差异，从而得到器械因素。这样的系统能够为客户提供实时、定制化的空气颗粒物监测解决方案，以满足特定应用领域的要求。

实施例5：请参阅图1-图2，在不同空间轴位置下，采用相同测量设备种类/>将不同空间位置所获取的测量结果进行计算，从而获取第二结果差值/>，其计算方式如下：

；

其中代表第一位置的测量设备，/>代表第二位置的测量设备，K为转换系数，具体值由客户决定。

本实施例中：系统利用光纤传感技术来监测空气中颗粒物的浓度。通过在不同的空间轴位置上放置相同类型的测量设备，能够获得两个位置的测量结果。

然后通过计算差值，通过获得两个位置之间的浓度差异，这样可以实时监测不同位置之间的颗粒物浓度变化，并根据客户确定的转换系数K进行进一步的分析和处理。

实施例6：请参阅图1-图2，空间因素由以下公式计算得到：

；

其中、/>以及/>分别为/>、/>以及/>的权重值，且/>、/>以及/>均为常数，三者具体值由客户决定。

本实施例中：系统利用光纤传感技术实时监测空气中的颗粒物浓度。通过计算空间因素，系统综合考虑了不同传感器测量值的权重，以得出更准确的浓度值。系统的参数权重和常数值能够根据客户的需求进行调整，以实现个性化的监测功能。

实施例7：干扰差值通过以下公式获得：

；

其中所述气候因素通过采集装置获取，所述T代表采集数据所对应的采集时间；

a和所述b分别为和/>的权重系数，且二者的具体值由客户决定。

数据校准模块内记录有阙值和阈值/>通过将干扰差值/>与阙值/>和阈值/>进行比较对干扰差值/>进行分级处理；

其中当干扰差值≤阙值/>时，代表干扰差值/>在合理范围内；

当阙值<干扰差值/><阈值/>，代表干扰差值/>超出合理范围，但在允许范围内；

当阈值<干扰差值/>，代表干扰差值/>超出。

辅助调控模块包括云服务单元和数据记录单元，其中云服务单元用于将系统数据上传至云服务器中，云服务单元还能够调取云服务器内记录的数据；

数据记录单元用于将系统数据记录在本地端口服务器内进行备份防止云数据丢失。

本实施例中：首先，计算空间因素与气候因素的加权和将加权和除以权重调整的总和/>，这一步旨在平衡空间因素和气候因素的贡：

；

将上述结果乘以气候因素的加权和：

；

这一步考虑了不同采集时间点的气候变化对干扰差值的影响。

综上，干扰差值代表了监测数据的干扰程度，它综合考虑了空间因素和气候因素的权重调整和时间加权。公式中的常数a和b能够根据具体需求进行调整，以实现对不同因素的重视程度和平衡性的控制。

阙值和阈值/>，用于对干扰差值Xz进行分级处理，可以将干扰差值Xz分为三个级别。

干扰差值≤阙值/>时：表示干扰差值Xz在合理范围内。这意味着监测数据的干扰程度低于或等于预设的阙值，被认为是可接受的范围。

阙值<干扰差值/><阈值/>：表示干扰差值Xz超出了合理范围，但仍在允许范围内。在这种情况下，干扰差值Xz的值超过了阙值，但尚未达到设定的阈值，可能需要进一步注意和处理。

阙值<干扰差值/>：表示干扰差值Xz超出了允许范围。当干扰差值Xz超过了设定的阈值，这表明监测数据的干扰程度已经超出可接受的范围，需要进行紧急的处理或调整。

根据这些分级结果，数据校准模块能够根据干扰差值的大小采取相应的措施，在干扰差值/>超出合理范围时，需要进行数据修正、传感器校准或其他纠正措施，以确保监测数据的准确性和可靠性。

需要补充说明的是：具体的和/>的设定需要根据具体应用场景、监测要求和标准进行合理的确定。这些阙值和阈值的选择应该基于先前的实验、经验或专业知识，并与相关领域的标准和规范相一致。

本发明还提供一种基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统的方法，包括上述说明书中所提及的基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统，具体流程如下：

S1、进行前期准备工作，确保端口服务器已正确安装和配置，并且光纤传感器已准备就绪，同时对系统所需的参数和变量进行确认，并根据实际情况进行设置；

S2、系统启动作业，启动端口服务器并确保其正常运行，检查光纤传感器的连接，并确保数据传输通畅；

S3、数据收集，前端处理模块通过与光纤传感器的连接，收集空气中的颗粒物浓度信息，传感器实时传输数据给前端处理模块，确保数据的准确性和及时性；

S4、数据分析，数据分析模块接收前端处理模块传来的数据，并进行计算分析；

S5、使用收集到的信息计算干扰差值Xz；

S6、数据校准，数据校准模块接收计算得出的干扰差值，并将其与预设的阈值和阙值/>进行比较，根据比较结果，将干扰差值/>划分到相应的区间进行分类，以便后续处理和分析；

S7、数据记录和调取，辅助调控模块负责记录和调取相关数据，它能够记录系统运行期间的监测数据和系统状态，包括收集到的颗粒物浓度信息、干扰差值Xz以及其他相关参数，辅助调控模块还能够调取和保存云数据，以便后续分析和比较。

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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统，包括端口服务器，所述端口服务器搭载有前端处理模块、数据分析模块、数据校准模块以及辅助调控模块，其特征在于：

所述前端处理模块用收集空气内的颗粒物浓度，且该模块通过若干个设置在不同空间轴上的光纤传感进行收集作业；

所述数据分析模块用于对收集到的信息进行计算分析以得出干扰差值，所述数据分析模块还用于计算分析得出器械因素/>、气候因素/>以及空间因素/>；

所述数据校准模块用于对计算出的干扰差值分别与阙值/>和阈值/>进行比较以对干扰差值/>的区间进行分类；

所述辅助调控模块用于记录和调取相关数据，同时所述辅助调控模块还能够调取和保存云数据，其中：所述前端处理模块包括模型分析单元和信息采集单元；

所述模型分析单元用于对检测建筑的形状进行数据扫描，以方便使用者选择观测点位，所述数据扫描作业通过激光扫描测量技术、结构光测量技术以及高精度全站仪测量技术实现并在系统中构建与之相适配的三维模型；

所述信息采集单元用于采集测量点的空间轴位置，测量设备种类/>以及检测结果，其中：在空间轴位置/>下采用不同测量设备种类/>，将不同设备获取的测量结果进行计算，从而获取第一结果差值/>，其计算方式如下：

；

其中代表代号为/>的检测设备所检测的结果，/>代表代号为/>的检测设备所检测的结果，其中：所述器械因素/>通过以下公式计算得到：

；

其中、/>以及/>分别为/>、/>以及/>的权重值，且/>、/>以及/>均为常数，三者具体值由客户决定，其中：在不同空间轴位置/>下，采用相同测量设备种类/>将不同空间位置所获取的测量结果进行计算，从而获取第二结果差值/>，其计算方式如下：

；

其中代表第一位置的测量设备，/>代表第二位置的测量设备，K为转换系数，具体值由客户决定，其中：所述空间因素/>由以下公式计算得到：

；

其中、/>以及/>分别为/>、/>以及/>的权重值，且/>、/>以及/>均为常数，三者具体值由客户决定，其中：所述干扰差值/>通过以下公式获得：

；

其中所述气候因素通过采集装置获取，所述/>代表采集数据所对应的采集时间；

所述和所述/>分别为/>和/>的权重系数，且二者的具体值由客户决定。

2.根据权利要求1所述的基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统，其特征在于：所述数据校准模块内记录有阙值和阈值/>通过将干扰差值/>与阙值/>和阈值进行比较对干扰差值/>进行分级处理，其中当干扰差值/>时，代表干扰差值/>在合理范围内；

当干扰差值/>，代表干扰差值/>超出合理范围，但在允许范围内；

当干扰差值/>，代表干扰差值/>超出。

3.根据权利要求2所述的基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统，其特征在于：所述辅助调控模块包括云服务单元和数据记录单元，其中所述云服务单元用于将系统数据上传至云服务器中，所述云服务单元还能够调取云服务器内记录的数据；

所述数据记录单元用于将系统数据记录在本地端口服务器内进行备份防止云数据丢失。

4.一种基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统的使用方法，包括上述权利要求1-3任一所述的基于光纤传感技术的空气颗粒物浓度实时监测系统，其特征在于：具体流程如下：

S1、进行前期准备工作，确保端口服务器已正确安装和配置，并且光纤传感器已准备就绪，同时对系统所需的参数和变量进行确认，并根据实际情况进行设置；

S2、系统启动作业，启动端口服务器并确保其正常运行，检查光纤传感器的连接，并确保数据传输通畅；

S3、数据收集，前端处理模块通过与光纤传感器的连接，收集空气中的颗粒物浓度信息，传感器实时传输数据给前端处理模块，确保数据的准确性和及时性；

S4、数据分析，数据分析模块接收前端处理模块传来的数据，并进行计算分析；

S5、使用收集到的信息计算干扰差值Xz；

S6、数据校准，数据校准模块接收计算得出的干扰差值，并将其与预设的/>和进行比较，根据比较结果，将干扰差值/>划分到相应的区间进行分类，以便后续处理和分析；

S7、数据记录和调取，辅助调控模块负责记录和调取相关数据，它能够记录系统运行期间的监测数据和系统状态，包括收集到的颗粒物浓度信息、干扰差值Xz以及其他相关参数，辅助调控模块还能够调取和保存云数据，以便后续分析和比较。