CN204228575U - Pm2.5气溶胶在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种PM2.5气溶胶在线监测装置，包括外壳壳体，设置在壳体内的基板和固定在基板上的光源单元、粒子测量电路、mcu主控单元和电源；光源单元包括依次设置的红外光源、用于对红外光源准直扩充的透镜组以及滤光片；粒子测量电路包括依次设置的气泵、测量气室、测量探测器、放大滤波电路和粒子筛选单元；气泵用于对测量气室抽真空；测量气室用于聚焦来自光源单元的光线；测量探测器用于探测测量气室中的散射光，形成光脉冲信号；放大滤波电路用于放大测量探测器的光脉冲信号并转换为数字信号；粒子筛选单元用于对数字信号进行筛选得到不同尺寸粒子的含量信息，并将信息发送给MCU主控单元。该装置能精确获得粒子质量和粒径等信息，具有精度高、灵敏度高、响应速度快等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及大气监测技术领域，尤其涉及一种PM2.5气溶胶在线监测装置。
背景技术
近年来，随着经济的发展，环境空气问题日益严重，尤其是国内许多城市阴霾天气频发，使PM2.5污染成为政府民众关注的热点问题。PM2.5指悬浮在空气中，空气动力学直接≤2.5μm的颗粒物，具有颗粒粒径微小、重量轻、在大气中滞留时间长、污染范围广等特点，不仅能通过消光作用降低能见度，对地面交通安全等构成威胁，且与空气中粗颗粒物相比，其可吸附有毒物质，由呼吸道吸入进入人体肺泡与血液系统，危害人体健康。因此，采用先进的检测技术对PM2.5的浓度进行监测，为大气污染治理的决策提供较为可靠的依据，对保护人类生活环境，具有重要意义。
当前，在国内进行PM2.5监测的设备，其采取的监测技术是从国外所引进的自动监测技术。在我国相关文件中，对PM2.5手工检测方法，如测定重量法标准及操作进行了发布。然而手工监测因其劳动强度高，无法实现连续监测，其工作效率较低，精确度难以保障。采用自动监测技术，实现对于PM2.5连续不间断监测是环境监测站的必然选择。
一般来说，自动化PM2.5检测技术主要包括微量振荡天平法、β射线法及激光散射法等。微量震荡天平法，是根据颗粒物导致滤膜震荡频率的变化，测试出颗粒物的浓度；β射线法是根据β射线通过颗粒物的能量衰减，计算出颗粒物的浓度。以上两种计算专业性强，测量结果精确，但是存在着投入费用高、维护费用高、体积大，需要专业人员操作等问题，无法进行空气质量的现场监测，只能应用在政府的空气质量监测站或专业实验方面，不可能用于寻常百姓家。而政府的空气监测站数量有限，位置也受到局限，只能得到当地空气质量整体相对平均的值，不具有针对性，测量精度也被削减。
而激光散射法是以激光为测量光源，经颗粒物散射后，对光学传感器输出的微弱脉冲信号进行数据信号处理，具有测试范围宽、准确性高、重复性好和测试速度快等优点，应用范围可达0.1~3000??m。目前主要是引进的国外的先进产品，存在价格昂贵，设备在维修、保养、后期服务方面收费昂贵，国内大多数使用单位难以承担，维修困难等诸多问题，难以在国内普及和推广，国内的市场产品极少，有很大的发展空间。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种PM2.5气溶胶在线监测装置，该装置可以精确获得粒子质量和粒径等信息，具有精度高、灵敏度高、响应速度快、寿命长等特点。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种PM2.5气溶胶在线监测装置，包括外壳壳体，设置在壳体内的基板和固定在基板上的光源单元、粒子测量电路、mcu主控单元和电源；
所述光源单元包括依次设置的红外光源、用于对红外光源准直扩充的透镜组以及滤光片；
所述粒子测量电路包括依次设置的用于对测量气室抽真空气泵、用于聚焦来自光源单元的光线的测量气室、测量探测器、放大滤波电路和粒子筛选单元；测量探测器、放大滤波电路和粒子筛选单元依次电气连接；
所述测量探测器用于探测测量气室中的散射光，形成光脉冲信号；所述放大滤波电路用于放大测量探测器的光脉冲信号并转换为数字信号；所述粒子筛选单元用于对数字信号进行筛选得到不同尺寸粒子的含量信息，并将信息发送给MCU主控单元。
按上述方案，所述粒子筛选单元为六通道的粒子大小筛选单元。
按上述方案，所述监测装置还包括与MCU主控单元相连接的CO测量电路，所述CO测量电路包括依次电气连接的CO传感器、放大滤波电路和ADC电路。
按上述方案，所述监测装置还包括与MCU主控单元相连接的甲醛测量电路，所述甲醛测量电路包括依次电气连接的甲醛传感器、放大滤波电路和ADC电路。
按上述方案，所述监测装置还包括与MCU主控单元相连接的摄像头、存储单元和GPRS模块。
按上述方案，所述监测装置还包括与MCU主控单元相连接的显示屏。
按上述方案，所述测量探测器为光伏模式大面积光电二极管。
本发明产生的有益效果是：
1. 本发明采用改良的电路设计以及精密光学传感器，具有精度高、灵敏度高、响应速度快等特点；
2. 本发明采用六通道的粒子大小筛选，可以精确获得粒子质量、和粒径等信息，能对空气中颗粒物的粒径大小分布进行统计和分析，从而实时得到空气中PM2.5气溶胶的浓度。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2 是本发明实施例的测量探测器和放大滤波电路的等效电路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种PM2.5气溶胶在线监测装置，包括外壳壳体，设置在壳体内的基板和固定在基板上的光源单元、粒子测量电路、mcu主控单元和电源；以及与MCU主控单元相连接的CO测量电路、甲醛测量电路、摄像头、显示屏、存储单元和GPRS模块；
其中，CO测量电路包括CO传感器、放大滤波电路和ADC电路，甲醛测量电路包括甲醛传感器、放大滤波电路和ADC电路；显示采用采用2.8”TFT彩色液晶显示屏，画面清晰亮丽，用户可根据设备上的按钮对设备进行操作和设置，使用简单方便；摄像头可同时支持拍照和摄像，并将图片和视频存在MicroSd卡里，可随通过主控模块进行显示；MicroSd卡可支持10000个记录大容量存储。
光源单元包括依次设置的红外光源、用于对红外光源准直扩充的透镜组以及滤光片；红外光源选择根据光电二级管对不同波长的激光吸收不同选择800nm~1000nm间的红外激光，激光光经过准直扩充和滤光部分后可以减少附加相位差和色光对测量造成的误差，从而提高测量精度。
所述粒子测量电路依次设置气泵、测量气室、测量探测器、放大滤波电路和粒子筛选单元；气泵工作时将空气抽入，流动的空气经过与之垂直的激光光束，由于空气中存在粒子颗粒产生散射，微弱的散射激光被聚焦于测量气室内的测量探测器探上，由于光电二极管的光电效应形成微弱的电流信号，放大滤波电路将这些微小的电流信号进行两级放大和滤波，将信号pA级的信号转换成容易识别V级信号；粒子筛选包含六个通道的筛选，由于粒子尺寸不同散射情况不同，所产生的信号不同，从而筛选出不同尺寸粒子的含量。最后将数字信号送入MCU主控单元进行处理。
其中，粒子筛选单元为六通道的粒子大小筛选单元。
散射光的信号极其微弱，需要非常精密的信号调理和信号处理链，为了提高分辨率和精度，对测量电路进行了改良。如图2所示，传感器采用大面积光电二极管（型号为FDS100），对于微弱少量光源具有很好的响应性能。光电二级管有两种工作模式：光导模式和光伏模式。光导模式需要外加偏置电压，且容易产生很大的暗电流极易引入测量误差。本设计采用光伏模式，无偏置电压，暗电流最小。同时为了提高电路的灵敏度，放大滤波电路采用高阻值反馈电路，使放大器的获得最大增益，从而能有效的在高背景噪声环境中提取传感器生成的小信号；放大器采用AD8606型号的放大器，具有低输入电压和宽带宽，采用ADI公司的DigiTrim调整专利，无需激光调整便可达到出色精度。
本发明为手持式监测设备，采用一体化结构，外观简洁大方，体积小巧，可随身携带，适用于各种场合进行空气质量监测。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种PM2.5气溶胶在线监测装置，其特征在于，包括外壳壳体，设置在壳体内的基板和固定在基板上的光源单元、粒子测量电路、MCU主控单元和电源；
所述光源单元包括依次设置的激光光源、用于对激光光源准直扩充的透镜组以及滤光片；
所述粒子测量电路包括依次设置的用于对测量气室抽真空气泵、用于聚焦来自光源单元的光线的测量气室、测量探测器、放大滤波电路和粒子筛选单元；测量探测器、放大滤波电路和粒子筛选单元依次电气连接；
所述测量探测器用于探测测量气室中的散射光，形成光脉冲信号；所述放大滤波电路用于放大测量探测器的光脉冲信号并转换为数字信号；所述粒子筛选单元用于对数字信号进行筛选得到不同尺寸粒子的含量信息，并将信息发送给MCU主控单元。
2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述粒子筛选单元为六通道的粒子大小筛选单元。
3.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括与MCU主控单元相连接的CO测量电路，所述CO测量电路包括依次电气连接的CO传感器、放大滤波电路和ADC电路。
4.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括与MCU主控单元相连接的甲醛测量电路，所述甲醛测量电路包括依次电气连接的甲醛传感器、放大滤波电路和ADC电路。
5.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括与MCU主控单元相连接的摄像头、存储单元和GPRS模块。
6.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括与MCU主控单元相连接的显示屏。
7.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述测量探测器为光伏模式大面积光电二极管。
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| CN201420589931.5U CN204228575U (zh) | 2014-10-13 | 2014-10-13 | Pm2.5气溶胶在线监测装置 |
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| CN105259086A (zh) * | 2015-10-29 | 2016-01-20 | 广东美的制冷设备有限公司 | 粉尘浓度的检测方法及检测系统 |
| CN107462502A (zh) * | 2017-08-02 | 2017-12-12 | 北京海克智动科技开发有限公司 | 颗粒物浓度测量系统 |
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