CN203941150U - 一种新型便携式双通道空气质量监测仪 - Google Patents

Abstract

一种新型便携式双通道空气质量监测仪，包括：壳体，所述壳体内设置有PM2.5测量通道、TVOC测量通道、排风通道、PM2.5传感器、TVOC传感器、电磁阀一、电磁阀二、湿度补偿传感器、微型旋片泵、温度传感器、温控装置、处理器、GPRS/GSM通信模块、天线、太阳能电池板以及电源；本实用新型采用两个独立进气通道分别提供给PM2.5传感器和TVOC传感器进行测量，避免了共用一个通道测量传感器互相干扰的情况产生；本实用新型为PM2.5激光传感器加装一个湿度传感器作为补偿，保证了PM2.5测量的准确性；本实用新型在系统内部加装温控装置，在低于零下20摄氏度加热，在高于零上50度时进行降温散热。

Description

一种新型便携式双通道空气质量监测仪

技术领域

本实用新型涉及一种空气质量监测仪，尤其是一种新型便携式双通道空气质量监测仪

背景技术

影响空气质量的两大因素为：1、细颗粒物浓度，也就是PM2.5\PM10，PM2.5指的是直径小于等于2.5微米的颗粒物，以此类推PM5.0\PM10，细颗粒物浓度不但影响空气能见度，而且会对人体健康和环境质量造成很大影响。2、总挥发性有机化合物-TVOC，主要来自燃料燃烧和交通运输等.主要成分为：氨气、硫化物、苯类气体、燃烧烟雾等。

对于第一种PM2.5的常用测定方法有三种：重量法、β射线吸收法和微量振荡天平法。这三种方法的第一步是一样的，区别在于第二步。将PM2.5直接截留到滤膜上，然后用天平称重，这就是重量法。重量法是最直接、最可靠的方法，是验证其它方法是否准确的标杆。然而重量法需人工称重，程序繁琐费时。如果要实现自动监测，就需要用到另外两种方法。β射线吸收法：将PM2.5收集到滤纸上，然后照射一束beta射线，射线穿过滤纸和颗粒物时由于被散射而衰减，衰减的程度和PM2.5的重量成正比。根据射线的衰减就可以计算出PM2.5的重量。微量振荡天平法：一头粗一头细的空心玻璃管，粗头固定，细头装有滤芯。空气从粗头进，细头出，PM2.5就被截留在滤芯上。在电场的作用下，细头以一定频率振荡，该频率和细头重量的平方根成反比。于是，根据振荡频率的变化，就可以算出收集到的PM2.5的重量。无论这三种方法的那一种，设备体积都十分庞大，维护量大，不适合用于在线实时分析测量，不适合携带，都是固定安装且需要高功率电源支持。对于移动式随机测量不支持。

对于第二种TVOC的测量，国家标准是采用昂贵的气相色谱仪来测量，不仅价格昂贵，操作复杂，而且不方便携带，也不能做到应急移动式测量。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种PM2.5和有机气溶胶TVOC双通道单独或共同测量消除相互干扰、加装补偿传感器和温控装置确保测量结果更加精确、设备结构简单方便携带、清洗维护简便、室外待机时间长且能够远程无线通信的新型便携式双通道空气质量监测仪。

本实用新型的技术方案：

一种新型便携式双通道空气质量监测仪，包括：壳体，所述壳体内设置有PM2.5测量通道、TVOC测量通道、排风通道、PM2.5传感器、TVOC传感器、电磁阀一、电磁阀二、湿度补偿传感器、微型旋片泵、温度传感器、温控装置、处理器、GPRS/GSM通信模块、天线、太阳能电池板以及电源；

所述PM2.5测量通道、TVOC测量通道为两条独立的气体采样测量通道，其一端设置于监测仪壳体的外侧，另一端与排风通道在监测仪壳体内部联通，排风通道的另一端设置于相对PM2.5测量通道、TVOC测量通道的监测仪壳体外侧端口的对侧；

所述PM2.5测量通道上设置有PM2.5传感器、湿度补偿传感器和电磁阀一，所述TVOC测量通道上设置有TVOC传感器和电磁阀二，所述排风通道上设置有微型旋片泵；

所述处理器分别与PM2.5传感器、TVOC传感器、电磁阀一、电磁阀二、湿度补偿传感器、微型旋片泵、温度传感器、温控装置、处理器、GPRS/GSM通信模块连接；所述电源分别为处理器及与其连接的各个装置进行供电；

所述GPRS/GSM通信模块与天线信号连接；

所述太阳能电池板覆盖于壳体外侧的顶部，所述太阳能电池板与电源连接。

进一步的，所述PM2.5传感器和湿度补偿传感器设置于PM2.5测量通道中部的PM2.5测量腔上，所述电磁阀一设置于所述PM2.5测量腔的出气端。

进一步的，所述TVOC传感器设置于TVOC测量通道中部的TVOC测量腔上，所述电磁阀二设置于所述TVOC测量腔的出气端。

进一步的，所述PM2.5、TVOC测量通道外露于壳体一端的端部设置有可拆卸的过滤器，以拦截空气中大型异物，防止干扰传感器正常测量。

进一步的，所述排风通道外露于壳体一端的端部设置为外螺纹接口，从而使得其能够与外部清洗管道固定以对监测仪进行反向通道清洗。

进一步的，所述温控装置包括控制电路、电加热器件和风扇，所述控制电路与处理器信号理解，并分别控制连接电加热器件和风扇，以单独控制风扇进行降温或同时打开电加热器件进行加热。

进一步的，所述太阳能电池为薄膜太阳能电池。

进一步的，所述外壳体积小于33cm×21cm×10cm。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用两个独立进气通道分别提供给PM2.5传感器和TVOC传感器进行测量，避免了共用一个通道测量传感器互相干扰的情况产生，同时，PM2.5传感器和TVOC传感器集成起来共同测量室外空气质量，信息更加全面。

2、由于PM2.5受湿度影响误差较大，本实用新型为PM2.5激光传感器加装一个湿度传感器作为补偿，保证了PM2.5测量的准确性；为保证系统在极端温度下的正常工作，本实用新型特意在系统内部加装温控装置，在低于零下20摄氏度加热，在高于零上50度时进行降温散热。

3、相比现有技术中设置多个切割器然后重量法进行PM2.5测定，本申请中仅在测量通道端部设置过滤器过滤较大颗粒物并检测空气中的灰尘反射光以进行细颗粒物浓度的测量。

4、本实用新型通道结构简单，整个装置体积小于33cm*21cm*1Ocm，重量小于4公斤，方便携带，排风通道设置外螺纹接口，方便与外部清洗设备管道固定以对监测仪进行压缩空气反向通道清洗，保证测量腔和传感器在使用前后的清洁。

5、本实用新型监测仪壳体外侧顶部覆盖有太阳能电池板，其为室外空气质量移动监测提供持续供电，提高了本监测仪在室外的待机时间。

6、本实用新型设置有GPRS/GSM通信模块，其可以实现监测仪测量信号的实时上传以及远程信息交换和控制。

附图说明

图1本实用新型的结构示意图

具体实施方式

如图1所示，本实用新型采用双检测通道设计，在监测仪壳体的内部设置垂直贯通的两个检测通道和排风通道3，两个检测通道和排风通道3在壳体内部联通，两个检测通道的进气端和排风通道3的出气端分别设置在监测仪壳体的两侧，两个检测通道分别为PM2.5测量通道1、TVOC测量通道2，采用两个独立进气通道分别提供给PM2.5传感器4和TVOC传感器5进行测量，避免了一个通道测量传感器互相干扰的情况产生。

PM2.5测量通道1上设置有PM2.5传感器4、湿度补偿传感器6和电磁阀一7，PM2.5传感器4和湿度补偿传感器6设置于PM2.5测量通道1中部的PM2.5测量腔上，电磁阀一7设置于所述PM2.5测量腔的出气端。

PM2.5的测量采用光散射法测量，PM2.5传感器4为通过一个红外发光二极管和光电晶体管对角布置在PM2.5测量腔，布置成允许其检测到在空气中的灰尘反射光以进行细颗粒物浓度的测量，其体积小，功耗小，免切片，免试剂，能够快速、精准的测量PM2.5。

同时，考虑到PM2.5受湿度影响误差较大，为PM2.5传感器加装一个湿度补偿传感器6作为测量补偿。PM2.5传感器4、湿度补偿传感器6和电磁阀一7信号连接壳体内部的处理器10，处理器10优选为单片机。

TVOC测量通道2上设置有TVOC传感器5和电磁阀二8，所述TVOC传感器5设置于TVOC测量通道2中部的TVOC测量腔上，所述电磁阀二8设置于所述TVOC测量腔的出气端。

TVOC的测量采用MQ135气体传感器，TVOC传感器5所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)，当传感器所处环境中存在污染气体时，传感器的电导率随空气中污染气体浓度的增加而增大，并将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号，SnO2气体传感器对TVOC中的氨气、硫化物、苯类、烟雾气体的灵敏度高，是一款体积小，功耗低，检测快速、稳定准确的综合性的TVOC传感器。TVOC传感器5和电磁阀二8信号连接处理器。

PM2.5、TVOC测量通道外露于壳体一端的进气端部设置有可拆卸的过滤器，以拦截空气中大型异物，防止干扰传感器正常测量。

排风通道3上安装微型旋片泵9，微型旋旋片泵将待检测空气吸入测量通道，并经过排风通道3排出。

为保证测量用传感器的清洁和设备的维护，在排风通道3外露于壳体的出气端加工成外螺纹接口，以方便固定连接清洗管道，以对监测仪采用高压压缩空气反向对传感器通道吹气清洗。清洗之前需要打开两个测量通道的电磁阀，并卸下过滤器。

在监测仪壳体内还设置有GPRS/GSM通信模块11及其天线15、温度传感器13、温控装置12、太阳能电池板16以及电源14；

GPRS/GSM通信模块11与阵列天线15信号连接，GPRS/GSM通信模块11使用插SIM卡式移动GPRS/GSM双频模块SIM900A，通过移动网络将信号远程传输出去，可在智能手机或连接互联网的计算机上察看测量信息或远程控制装置，以实现测量信息的无线远传和无人值守。

温度传感器13和温控装置12分别连接处理器10，温度传感器13单独设置在壳体内部，监测是否会有超越传感器电子元件工作温度情况，温控装置12包括控制电路、电加热器件和风扇，控制电路与处理器10信号连接，并分别控制连接电加热器件和风扇，以单独控制环境温度高于正50度时利用风扇进行降温，或在环境温度低于零下10度时打开电加热器件进行加热。

太阳能电池板16覆盖于壳体外侧的顶部，太阳能电池板16与电源14连接，电源14分别为处理器10及与其连接的各个装置进行供电；电源14选用大功率高能效的聚合物锂电池，12000mAH，12VDC，充满电后可以保证系统稳定工作7天，太阳能电池板优选为17伏、21瓦薄膜太阳能电池，其可为室外空气质量移动监测提供持续供电，提高了本监测仪在室外的待机时间。

本监测仪整个装置的外壳体积小于33cm×21cm×10cm，其为防水防尘材料制成，重量小于4公斤，方便携带，顶部嵌入的薄膜太阳能电池，工作时最大功耗12瓦，测量及采样时间为60秒，待机功耗小于500mW，耗电量很小，方便携带，适合野外作业。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种新型便携式双通道空气质量监测仪，包括：壳体，其特征是：所述壳体内设置有PM2.5测量通道、TVOC测量通道、排风通道、PM2.5传感器、TVOC传感器、电磁阀一、电磁阀二、湿度补偿传感器、微型旋片泵、温度传感器、温控装置、处理器、GPRS/GSM通信模块、天线、太阳能电池板以及电源；

所述PM2.5测量通道、TVOC测量通道为两条独立的气体采样测量通道，其一端设置于监测仪壳体的外侧，另一端与排风通道在监测仪壳体内部联通，排风通道的另一端设置于相对PM2.5测量通道、TVOC测量通道的监测仪壳体外侧端口的对侧；

所述PM2.5测量通道上设置有PM2.5传感器、湿度补偿传感器和电磁阀一，所述TVOC测量通道上设置有TVOC传感器和电磁阀二，所述排风通道上设置有微型旋片泵；

所述处理器分别与PM2.5传感器、TVOC传感器、电磁阀一、电磁阀二、湿度补偿传感器、微型旋片泵、温度传感器、温控装置、处理器、GPRS/GSM通信模块连接；所述电源分别为处理器及与其连接的各个装置进行供电；

所述GPRS/GSM通信模块与天线信号连接；

所述太阳能电池板覆盖于壳体外侧的顶部，所述太阳能电池板与电源连接。

2.根据权利要求1所述的新型便携式双通道空气质量监测仪，其特征是：所述PM2.5传感器和湿度补偿传感器设置于PM2.5测量通道中部的PM2.5测量腔上，所述电磁阀一设置于所述PM2.5测量腔的出气端。

3.根据权利要求1所述的新型便携式双通道空气质量监测仪，其特征是：所述TVOC传感器设置于TVOC测量通道中部的TVOC测量腔上，所述电磁阀二设置于所述TVOC测量腔的出气端。

4.根据权利要求1所述的新型便携式双通道空气质量监测仪，其特征是：所述PM2.5、TVOC测量通道外露于壳体一端的端部设置有可拆卸的过滤器。

5.根据权利要求4所述的新型便携式双通道空气质量监测仪，其特征是：所述排风通道外露于壳体一端的端部设置为外螺纹接口。

6.根据权利要求1所述的新型便携式双通道空气质量监测仪，其特征是：所述温控装置包括控制电路、电加热器件和风扇，所述控制电路与处理器信号连接，并分别控制连接电加热器件和风扇。

7.根据权利要求2-6任一项所述的新型便携式双通道空气质量监测仪，其特征是：所述太阳能电池板为薄膜太阳能电池。

8.根据权利要求1所述的新型便携式双通道空气质量监测仪，其特征是：所述壳体积小于33cm×21cm×10cm。