CN203249846U - 具有环境因素校正的pm2．5颗粒物监测仪 - Google Patents
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Abstract
一种具有环境因素校正的PM2.5颗粒物在线监测仪，由PM2.5测量模块、湿度测量模块、气压测量模块、温度测量模块、气体流量反馈控制模块、中心控制模块、过滤模块及供电模块组成，PM2.5测量模块的进气管与大气相通，PM2.5测量模块的出气管与过滤模块的进气口相连，过滤模块的出气口与气体流量反馈控制模块相连，中心控制模块控制PM2.5测量模块、气压测量模块、温度测量模块、湿度测量模块、气体流量反馈控制模块的运行，中心控制模块通过显示屏、键盘实现人机交互，可实现颗粒物测量与湿度、气压、温度测量的数据融合，利用环境因素参数对颗粒物浓度数据进行修正，得到最终的测量结果，消除由于环境因素对于PM2.5颗粒物测量仪器所带来的影响，提高测量数据的准确性。
Description
技术领域
本实用新型属于一种大气颗粒物在线监测仪，特别是用于测定大气环境、大气污染源可吸入颗粒物PM2.5指标的颗粒物在线监测仪器。
背景技术
我国74个城市已经开始进行全面的空气质量监测，但目前大多数城市的空气质量不容乐观，PM2.5等中细粒子含量过高，北京PM2.5指数“爆表”，空气质量持续六级“严重污染”，这对监测仪器提出了更高要求。虽然欧美国家在PM2.5监测仪器设备方面发展较早，但有一定的技术壁垒、价格高昂。据了解，在当前496个国家环境空气监测网监测点位安装的PM2.5设备中，国产仪器仅占15%的份额。因此，我国迫切需要研发具有自主知识产权的PM2.5监测仪器和技术手段。
而PM2.5指标的监测方法有多种，主要包括β射线法、振荡天平法、光散射法，各种方法有不同的特点及不足，国内外仪器各种方法对天气环境的适应性均不高，尤其对湿度、温度等的适应性不高。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种具有环境因素校正的PM2.5颗粒物监测仪，克服传统PM2.5颗粒物仪器中由于温度、湿度、压力等环境因素给仪器所带来的测量误差。
该实用新型的检测精度可满足国家对PM2.5颗粒物监测仪检定的要求，同时该仪器测量周期短，测量值准确可靠，集成了温度、气压、湿度等传感器，并利用温度、气压、湿度等实时测量数据对颗粒物浓度数据进行修正，既继承了传统PM2.5颗粒物测量仪器的优点，同时又可以实时利用环境因素参数对仪器所测颗粒物浓度数据进行修正，大大提高了PM2.5颗粒物监测仪器的可靠性。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种具有环境因素校正的PM2.5颗粒物监测仪，由PM2.5测量模块、湿度测量模块、气压测量模块、温度测量模块、气体流量反馈控制模块、中心控制模块、过滤模块及供电模块组成，PM2.5测量模块的进气管与大气相通，PM2.5测量模块的出气管与过滤模块的进气口相连，过滤模块的出气口与气体流量反馈控制模块相连，中心控制模块控制PM2.5测量模块、气压测量模块、温度测量模块、湿度测量模块、气体流量反馈控制模块的运行。
本实用新型的具有环境因素校正的PM2.5颗粒物监测仪，其特征在于：PM2.5颗粒物测量模块由光源、测量室、信号调理模块及光陷阱、后端光强测量装置、光强控制装置、光强调节装置组成，由光强控制装置根据后端光强测量装置的测量结果，控制光强调节装置，由光强调节装置与光源连接，实现光源光强的调节。
本实用新型的具有环境因素校正的PM2.5颗粒物监测仪，其特征在于：气压测量模块主要由气压传感器及其采集电路组成，湿度测量模块主要由湿度传感器及其采集电路组成，温度测量模块主要由温度传感器及其采集电路组成。
本实用新型的具有环境因素校正的PM2.5颗粒物监测仪，其特征在于：气体流量反馈控制模块由采样气泵、流量测量装置、流量调节控制装置组成，所述采样气泵采用薄膜泵。
本实用新型的具有环境因素校正的PM2.5颗粒物监测仪，其特征在于：所述的中心控制模块由控制器、外部接口及外部设备组成，外部设备包括键盘和显示屏。
本实用新型的具有环境因素校正的PM2.5颗粒物监测仪，其特征在于：所述的供电模块由电源电压转换模块、蓄电池、太阳能控制器及太阳能电池板组成。
仪器由气体流量反馈控制模块、过滤模块及PM2.5测量模块的气体流通通道共同完成气体采样，采样气体流经PM2.5测量模块，在PM2.5测量模块，光源首先经光强控制装置根据后端光强测量装置的测量结果，控制光强调节装置，由光强调节装置与光源连接，实现光源光强的调节，保证PM2.5测量模块所用光源为可靠稳定光源。当携带PM2.5颗粒的采样气流穿过光束时便会散射一定的光，通过收集其散射光，经由信号调理电路完成光电信号转换及电信号的放大、滤波，仪器的中心控制模块控制完成此电信号采集并且采集温度、气压、湿度传感器信号，进行数据融合，最终得到修正后的PM2.5颗粒物浓度数据，大大消除了由于大气环境因素（温度、气压、湿度）给仪器所带来的影响，在很大程度上提高了测量准确度。
附图说明：以下结合附图对本实用新型作出说明。
图1为本实用新型实例的结构原理示意图。
图2为本实用新型实例的自动测量流程示意图。
图1中细线为信号线，包括信号输出、输入等线路。
具体实施方式：
如图1所示：具有环境因素校正的PM2.5颗粒物在线监测仪的实例，仪器主要由以下几个模块组成，包括：PM2.5测量模块1、湿度测量模块2、气压测量模块3、温度测量模块4、气体流量反馈控制模块5、中心控制模块6、过滤模块7及供电模块8，中心控制模块6同时控制着PM2.5测量模块1、湿度测量模块2、气压测量模块3和温度测量模块4、气体流量反馈控制模块5，即中心控制模块6在通过获取由PM2.5测量模块所产生的电信号作为计算颗粒物浓度数据的重要依据的同时，采集由湿度测量模块2、气压测量模块3、温度测量模块4所测量的大气环境数据。
首先讲一下气体采样过程，采样过程为被动式采样，气体流量反馈控制模块5中的采样气泵17以一定的流速抽取采样气体，气体通过PM2.5测量模块的进气管进入测量室17，进行测量，气体通过测量室10后进入过滤模块7，然后经过气体流量反馈控制模块5中的流量测量装置15，最后经采样气泵17的出气嘴排出仪器外壳。进气管的主要作用为保证气体以一定的速度通过测量室，而过滤模块7的主要作用则是对气体进行过滤，保护气泵免受大颗粒的污染，尤其是杨絮、柳絮的影响，防止阻塞内部管路，提高气泵使用寿命。本气体采样管路的稳定运行对于仪器至关重要，尤其是气体流量的稳定保证仪器测量值得准确计算。
PM2.5测量模块1由光源9、测量室10、信号调理模块11及光陷阱12、后端光强测量装置13、光强控制装置26、光强调节装置14组成，信号调理模块11负责收集进入测量室10的采样气体中的颗粒物的散射光，完成信号的光电转换、滤波及放大处理，输出电信号，由中心控制模块6实现信号的采集处理，根据标定的曲线初步计算出颗粒物浓度值。
温度测量模块4、气压测量模块3、湿度测量模块2主要完成大气环境因素参数的测量，各传感器通过获取空气中相对湿度数据将其转换为0～3V的电压信号，由中心控制模块6实现信号的采集，得出大气的温度、气压、相对湿度数据。
中心控制模块6是由控制器18、外部接口19及外部设备组成，如图1中控制器18是仪器的控制核心，可根据核心程序中规定的采样间隔，完成对颗粒物浓度数据及大气相对湿度数据的采集，并通过内嵌的算法进行数据融合，利用温度、气压、相对湿度数据对颗粒物浓度数据进行修正，最终得到修正后的颗粒物浓度数据，即为最终的测量结果。外部设备主要包括键盘20和显示屏21，仪器的状态、数据等信息通过显示屏21展示给用户，通过键盘20实现各种功能操作。
电源模块8主要为仪器的运行提供电源，电压转换模块22主要是将蓄电池23输出的12V电压转换为仪器各元器件所需的电压，太阳能电池25通过太阳能控制器24，可对蓄电池进行充电，不仅使仪器适用于无市电的野外操作，而且节能环保。
如图1所示，外部接口19，即仪器的外围接口为RS232通讯接口，通过外接相关设备可完成监测数据的导出，串口指令的接收与发送，实现与外部的交互。
下面讲述仪器的工作流程，如图2所示。仪器工作时，首先采样气泵抽取气体，采样气体通过进气管进入测量室，在测量室中，采样气体中颗粒物通过光束区域产生光脉冲信号，通过信号调理电路对此光信号进行信号转换，放大滤波，并由高速数据采集处理电路对此脉冲信号进行采集、检出、识别与计数，并将此数据传输至中心控制器进行计算与处理得到颗粒物浓度数据，与此同时中心控制器接收采集的湿度、气压、温度传感器信号，通过计算与处理得到相对湿度、气压、温度数据，并通过数据融合，利用相对湿度、气压、温度数据对PM2.5颗粒物浓度数据进行修正，最终得到修正后的PM2.5颗粒物浓度数据，完成一次测量过程。
Claims (6)
1.一种具有环境因素校正的PM2.5颗粒物监测仪，其特征在于由PM2.5测量模块、湿度测量模块、气压测量模块、温度测量模块、气体流量反馈控制模块、中心控制模块、过滤模块及供电模块组成，PM2.5测量模块的进气管与大气相通，PM2.5测量模块的出气管与过滤模块的进气口相连，过滤模块的出气口与气体流量反馈控制模块相连，中心控制模块控制PM2.5测量模块、气压测量模块、温度测量模块、湿度测量模块、气体流量反馈控制模块的运行。
2.如权利要求1所述的具有环境因素校正的PM2.5颗粒物监测仪，其特征在于：PM2.5测量模块由光源、测量室、信号调理模块及光陷阱、后端光强测量装置、光强控制装置、光强调节装置组成，由光强控制装置根据后端光强测量装置的测量结果，控制光强调节装置，由光强调节装置与光源连接，实现光源光强的调节。
3.如权利要求1或2中所述的具有环境因素校正的PM2.5颗粒物监测仪，其特征在于：气压测量模块主要由气压传感器及其采集电路组成，湿度测量模块主要由湿度传感器及其采集电路组成，温度测量模块主要由温度传感器及其采集电路组成。
4.如权利要求1中所述的具有环境因素校正的PM2.5颗粒物监测仪，其特征在于：气体流量反馈控制模块由采样气泵、流量测量装置、流量调节控制装置组成，所述采样气泵采用薄膜泵。
5.如权利要求1所述的具有环境因素校正的PM2.5颗粒物监测仪，其特征在于：所述的中心控制模块由控制器、外部接口及外部设备组成，外部设备包括键盘和显示屏。
6.如权利要求1所述的具有环境因素校正的PM2.5颗粒物监测仪，其特征在于：所述的供电模块由电源电压转换模块、蓄电池、太阳能控制器及太阳能电池板组成。
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
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