CN208672029U - 微型空气质量监测装置 - Google Patents

Abstract

微型空气质量监测装置，涉及环境监测领域。本实用新型是为了解决现有的大型环境监测设备，体积庞大，检测范围窄，检测数据准确率低的问题。下盖上开有多个通孔，n个传感器通过该通孔采集外部空气参数的模拟信号，信号采集板用于将所述的空气参数的模拟信号转换成数字信号传送给主控板，主控板通过无线网络将空气参数传送至服务器，实现实时监测。它用于对空气质量进行监测。

Description

微型空气质量监测装置

技术领域

本实用新型涉及对长期空气质量进行检测的监测装置。属于环境监测领域。

背景技术

空气质量的好坏反应了空气污染程度，伴随着经济的发展，人们生活水平的提高，越来越多的人开始注重健康和环保。随着国家制定的各种环境保护政策的颁布和实施，各级地方政府对辖区内的环境治理日益重视的同时，加大了对环境监测及应急监测的透支力度。但是监测站一般用的都是大型的环境监测设备，体积庞大，而且只能测量本地区平均的空气质量，城市大气环境检测仪可以实现区域环境保护监测部门对城市环境、工业企业环境监测的实际需要，大型监测设备高密度部署的话，价格昂贵，部署少的话不能从微观反应空气质量。

实用新型内容

本实用新型是为了解决现有的大型环境监测设备，体积庞大，检测范围窄，检测数据准确率低的问题。现提供微型空气质量监测装置。

微型空气质量监测装置，其特征在于，它包括外壳1、主控板2、n个传感器3和信号采集板4，n为大于1的正整数，

外壳1的下底面设置有下盖7，外壳1的上顶面设置有上盖6，

外壳1内部设置有主控板2、n个传感器3和信号采集板4，且主控板2、n个传感器3和信号采集板4均设置在下盖7的内壳面上，

下盖7上开有多个通孔，n个传感器3通过该通孔采集外部空气参数的模拟信号，信号采集板4用于将所述的空气参数的模拟信号转换成数字信号传送给主控板2，主控板2通过无线网络5将空气参数传送至服务器，实现实时监测。

优选地，传感器3采用电化学气体传感器3-1实现，

信号采集板4包括两套电路结构相同的处理电路和模数转换芯片，每套处理电路包括一个一级放大电路和一个二级电压放大电路，

一级放大电路包括电阻R1-电阻R4、电容C1和运算放大器U1，

二级电压放大电路包括电阻R5-R16、电容C2-C3和运算放大器U2，

每个电化学气体传感器3-1与一套处理电路的连接结构为：

电化学气体传感器3-1的输出端连接一级放大电路的放大信号输入端，一级放大电路的放大信号输出端连接二级电压放大电路的放大信号输入端，

电化学气体传感器3-1的输出端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端同时连接电阻R2的一端、电容C1的一端、电阻R1的一端和运算放大器U1的反相输入端，电阻R2的另一端连接参考基准电源，电阻R1的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端同时连接电阻R5的一端、电阻R6的一端、电容C1的另一端和运算放大器U1的输出端，运算放大器U1的同相输入端连接参考基准电源，

电阻R5的另一端同时连接电阻R8的一端、电阻R15的一端和运算放大器U2的同相输入端，电阻R15的另一端连接电源地，电阻R8的另一端同时连接电阻R7的一端、电阻R9的一端、电阻R10的一端和电阻R11的一端，电阻R9的另一端和电阻R10的另一端均连接参考基准电源，电阻R11的另一端连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接电源地，

电阻R6的另一端同时连接电阻R7的另一端、运算放大器U2的反相输入端、电容C2的一端和电阻R13的一端，电阻R13的另一端同时连接电阻R14的一端、电阻R16的一端和电容C3的一端，电阻R16的另一端和电容C3的另一端均连接电源地，电阻R14的另一端同时连接电容C2的另一端和运算放大器U2的输出端，

电化学气体传感器3-1的补偿输出端连接另一套处理电路的另一个一级放大电路的放大信号输入端，另一个一级放大电路的放大信号输出端连接另一个二级电压放大电路的电压信号输入端，

电阻R14的一端和另一个二级电压放大电路的模拟信号输出端均连接模数转换芯片的模拟信号输入端，模数转换芯片的电压数字信号输出端连接主控板2的电压数字信号输入端。

优选地，信号采集板4还包括电源电路，

电源电路用于为电化学气体传感器3-1供电，

电源电路包括电阻R17-R19、电容C4和运算放大器U3，

电化学气体传感器3-1的电源端连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端同时连接电容C4的一端和运算放大器U3的输出端，电容C4的另一端同时连接电阻R18的一端和电阻R19的一端，电阻R19的另一端连接运算放大器U3的反相输入端，运算放大器U3的同相输入端连接参考基准电源，

电阻R18的另一端连接电化学气体传感器3-1的参考电源端。

本实用新型的有益效果为：

本申请的结构体积小，并且包括n个传感器，传感器灵活组合，传感器类型量程等可以更换，利用该装置可以同时检测多个需要的数据，检测范围宽。在本申请的下盖上设置有便于外部空气流入传感器的气体通孔，便于气体自由扩散到外壳内部，另外，本申请采用信号采集板对传感器采集到的空气参数进行高精度的放大，以及干扰抑制滤波处理，使输出的数据准确，抗干扰效果强。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的微型空气质量监测装置的结构示意图；

图2为传感器组件的结构示意图；

图3为一个传感器组件与一套处理电路连接的电路原理图；

图4为与可挥发性有机物气体传感器连接的信号采集板的电路原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1至图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的微型空气质量监测装置，它包括外壳1、主控板2、n个传感器3和信号采集板4，n为大于1的正整数，

外壳1的下底面设置有下盖7，外壳1的上顶面设置有上盖6，

外壳1内部设置有主控板2、n个传感器3和信号采集板4，且主控板2、n个传感器3和信号采集板4均设置在下盖7的内壳面上，

下盖7上开有多个通孔，n个传感器3通过该通孔采集外部空气参数的模拟信号，信号采集板4用于将所述的空气参数的模拟信号转换成数字信号传送给主控板2，主控板2通过无线网络5将空气参数传送至服务器，实现实时监测。

本实施方式中，n个传感器3包括NO传感器、NO2传感器、CO传感器、O3传感器、SO2传感器、TVOC传感器、PM1.0传感器、PM2.5传感器、PM10传感器、温度传感器，湿度传感器和气压传感中的两种或者两种以上的组合。

图1中的附图标记15表示中盖，附图标记14表示母板，附图标记16表示铭牌。图1中的P1至P3均为测试用的端子。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的微型空气质量监测装置作进一步说明，本实施方式中，传感器3采用电化学气体传感器3-1实现，

信号采集板4包括两套电路结构相同的处理电路和模数转换芯片，每套处理电路包括一个一级放大电路和一个二级电压放大电路，

一级放大电路包括电阻R1-电阻R4、电容C1和运算放大器U1，

二级电压放大电路包括电阻R5-R16、电容C2-C3和运算放大器U2，

每个电化学气体传感器3-1与一套处理电路的连接结构为：

电化学气体传感器3-1的输出端连接一级放大电路的放大信号输入端，一级放大电路的放大信号输出端连接二级电压放大电路的放大信号输入端，

电化学气体传感器3-1的输出端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端同时连接电阻R2的一端、电容C1的一端、电阻R1的一端和运算放大器U1的反相输入端，电阻R2的另一端连接参考基准电源，电阻R1的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端同时连接电阻R5的一端、电阻R6的一端、电容C1的另一端和运算放大器U1的输出端，运算放大器U1的同相输入端连接参考基准电源，

电阻R5的另一端同时连接电阻R8的一端、电阻R15的一端和运算放大器U2的同相输入端，电阻R15的另一端连接电源地，电阻R8的另一端同时连接电阻R7的一端、电阻R9的一端、电阻R10的一端和电阻R11的一端，电阻R9的另一端和电阻R10的另一端均连接参考基准电源，电阻R11的另一端连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接电源地，

电阻R6的另一端同时连接电阻R7的另一端、运算放大器U2的反相输入端、电容C2的一端和电阻R13的一端，电阻R13的另一端同时连接电阻R14的一端、电阻R16的一端和电容C3的一端，电阻R16的另一端和电容C3的另一端均连接电源地，电阻R14的另一端同时连接电容C2的另一端和运算放大器U2的输出端，

电化学气体传感器3-1的补偿输出端连接另一套处理电路的另一个一级放大电路的放大信号输入端，另一个一级放大电路的放大信号输出端连接另一个二级电压放大电路的电压信号输入端，

电阻R14的一端和另一个二级电压放大电路的模拟信号输出端均连接模数转换芯片的模拟信号输入端，模数转换芯片的电压数字信号输出端连接主控板2的电压数字信号输入端。

本实施方式中，每种传感器采集到的气体依次通过第一级放大电路和第二级放大电路进行处理后，输出准确的检测数据，使检测更准确。

本实施方式中，对于电化学气体传感器，通过高精度的运算放大电路对传感器的微弱电压信号进行二级放大检测滤波处理。将传感器的差分电压信号传输给模数转换芯片，以高精度基准源作为比对基础进行采样获得准确的传感器信号，并通过模数转换芯片模数转换后存储于主控板中的主控芯片中(即：电化学气体传感器通过一个第一级放大电路进行高增益互阻放大后输出的信号再经过一个第二级放大电路进行电压放大，输出的电压信号传送给模数转换芯片，经模数转换芯片转换成数字信号后输出给主控板中的主控芯片)。

图3中表示的传感器的1号引脚为补偿输出端，3号引脚为输出端，1号引脚和3号引脚连接的电路结构是相同的。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的微型空气质量监测装置作进一步说明，本实施方式中，信号采集板4还包括电源电路，

电源电路用于为电化学气体传感器3-1供电，

电源电路包括电阻R17-R19、电容C4和运算放大器U3，

电化学气体传感器3-1的电源端连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端同时连接电容C4的一端和运算放大器U3的输出端，电容C4的另一端同时连接电阻R18的一端和电阻R19的一端，电阻R19的另一端连接运算放大器U3的反相输入端，运算放大器U3的同相输入端连接参考基准电源，

电阻R18的另一端连接电化学气体传感器3-1的参考电源端。

具体实施方式四：参照图4具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的微型空气质量监测装置作进一步说明，本实施方式中，传感器3采用可挥发性有机物气体传感器3-3实现，

信号采集板4包括处理电路和型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5，

处理电路包括电阻R20-R28、电容C5-C7、PMOS管U4、三极管Q1和二极管D1，

开关信号接入电阻R22的一端，电阻R22的另一端同时连接电阻R23的一端和三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极同时连接电阻R20的一端和二极管D1的负极，二极管D1的正极、电阻R20的另一端和PMOS管U4的的源极均连接+5V供电电源，

可挥发性有机物气体传感器3-3的接地端、三极管Q1的发射极、电阻23的另一端、电容C5的一端、电容C7的一端和型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5的4号引脚均连接电源地，

PMOS管U4的漏极同时连接电容C5的另一端和电阻R21的一端，电阻R21的另一端连接可挥发性有机物气体传感器3-3的供电电源端，

可挥发性有机物气体传感器3-3的输出端连接电阻R24的一端，电阻R24的另一端同时连接电容C7的另一端和型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5的3号引脚，型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5的2号引脚连接参考基准电压源，

型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5的1号引脚、电阻R25的一端和电容C6的一端均连接+5V供电电源，电阻R25的另一端连接型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5的8号引脚，

型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5的7号引脚连接电阻R26的一端，型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5的6号引脚连接电阻R27的一端，型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5的5号引脚连接电阻R28的一端，电阻R26的另一端、电阻R27的另一端和和电阻R28的另一端均连接+3V供电电源，

电阻R26的一端、电阻R27的一端和电阻R28的一端同时连接主控板2的电压数字信号输入端。

本实施方式中，对于可挥发性有机物气体传感器，通过独立的24位模拟数字转换芯片对该传感器电压信号进行采样，获得的数字信号传输至主控板中的主控芯片中。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式三或四所述的微型空气质量监测装置作进一步说明，本实施方式中，它还包括传感器固定支架3-2，

传感器固定支架3-2设置在下盖7的内层上，电化学气体传感器3-1和可挥发性有机物气体传感器3-3设置在传感器固定支架3-2上。

本实施方式中，电化学气体传感器和可挥发性有机物气体传感器固定在同一组件上，使整个监测仪体积小巧。

对于PM2.5，PM10，环境温度，湿度，气压，则分别通过高精度的颗粒物传感器，温湿度传感器，气压传感器直接进行数字采样。颗粒物传感器，温湿度传感器和气压传感器均设置在传感器固定支架3-2底部。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的微型空气质量监测装置作进一步说明，本实施方式中，它还包括电池8，

电池8用于为主控板2和信号采集板4供电。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一所述的微型空气质量监测装置作进一步说明，本实施方式中，它还包括滤芯9、管路和气泵，

传感器采用颗粒物传感器3-1实现，

滤芯9嵌在外壳1上，滤芯9通过管路连接气泵，

外部空气通过滤芯9滤除空气中的颗粒物，滤除后的气体作为基准气体进入管路被气泵泵入外壳1内被颗粒物传感器3-1采集。

本实施方式中，滤芯9只能滤除颗粒物，而其他参数无法滤除。

具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式一所述的微型空气质量监测装置作进一步说明，本实施方式中，它还包括后盖13，

外壳1的后端开有开口，后盖13通过防水垫扣合在所述的开口处。

具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式一所述的微型空气质量监测装置作进一步说明，本实施方式中，它还包括上支架11和下支架12，

上支架11和下支架12通过螺丝固定在外壳1侧壁上，上支架11和下支架12用于实现壁挂。

具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式一所述的微型空气质量监测装置作进一步说明，本实施方式中，它还包括航空头10，

外壳1的侧壁上设置航空头10，航空头10用于外接供电电源，为主控板2供电。

Claims (10)

1.微型空气质量监测装置，其特征在于，它包括外壳(1)、主控板(2)、n个传感器(3)和信号采集板(4)，n为大于1的正整数，

外壳(1)的下底面设置有下盖(7)，外壳(1)的上顶面设置有上盖(6)，

外壳(1)内部设置有主控板(2)、n个传感器(3)和信号采集板(4)，且主控板(2)、n个传感器(3)和信号采集板(4)均设置在下盖(7)的内壳面上，

下盖(7)上开有多个通孔，n个传感器(3)通过该通孔采集外部空气参数的模拟信号，信号采集板(4)用于将所述的空气参数的模拟信号转换成数字信号传送给主控板(2)，主控板(2)通过无线网络(5)将空气参数传送至服务器，实现实时监测。

2.根据权利要求1所述的微型空气质量监测装置，其特征在于，

传感器(3)采用电化学气体传感器(3-1)实现，

信号采集板(4)包括两套电路结构相同的处理电路和模数转换芯片，每套处理电路包括一个一级放大电路和一个二级电压放大电路，

一级放大电路包括电阻R1-电阻R4、电容C1和运算放大器U1，

二级电压放大电路包括电阻R5-R16、电容C2-C3和运算放大器U2，

每个电化学气体传感器(3-1)与一套处理电路的连接结构为：

电化学气体传感器(3-1)的输出端连接一级放大电路的放大信号输入端，一级放大电路的放大信号输出端连接二级电压放大电路的放大信号输入端，

电化学气体传感器(3-1)的输出端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端同时连接电阻R2的一端、电容C1的一端、电阻R1的一端和运算放大器U1的反相输入端，电阻R2的另一端连接参考基准电源，电阻R1的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端同时连接电阻R5的一端、电阻R6的一端、电容C1的另一端和运算放大器U1的输出端，运算放大器U1的同相输入端连接参考基准电源，

电阻R5的另一端同时连接电阻R8的一端、电阻R15的一端和运算放大器U2的同相输入端，电阻R15的另一端连接电源地，电阻R8的另一端同时连接电阻R7的一端、电阻R9的一端、电阻R10的一端和电阻R11的一端，电阻R9的另一端和电阻R10的另一端均连接参考基准电源，电阻R11的另一端连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接电源地，

电阻R6的另一端同时连接电阻R7的另一端、运算放大器U2的反相输入端、电容C2 的一端和电阻R13的一端，电阻R13的另一端同时连接电阻R14的一端、电阻R16的一端和电容C3的一端，电阻R16的另一端和电容C3的另一端均连接电源地，电阻R14的另一端同时连接电容C2的另一端和运算放大器U2的输出端，

电化学气体传感器(3-1)的补偿输出端连接另一套处理电路的另一个一级放大电路的放大信号输入端，另一个一级放大电路的放大信号输出端连接另一个二级电压放大电路的电压信号输入端，

电阻R14的一端和另一个二级电压放大电路的模拟信号输出端均连接模数转换芯片的模拟信号输入端，模数转换芯片的电压数字信号输出端连接主控板(2)的电压数字信号输入端。

3.根据权利要求2所述的微型空气质量监测装置，其特征在于，信号采集板(4)还包括电源电路，

电源电路用于为电化学气体传感器(3-1)供电，

电源电路包括电阻R17-R19、电容C4和运算放大器U3，

电化学气体传感器(3-1)的电源端连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端同时连接电容C4的一端和运算放大器U3的输出端，电容C4的另一端同时连接电阻R18的一端和电阻R19的一端，电阻R19的另一端连接运算放大器U3的反相输入端，运算放大器U3的同相输入端连接参考基准电源，

电阻R18的另一端连接电化学气体传感器(3-1)的参考电源端。

4.根据权利要求1所述的微型空气质量监测装置，其特征在于，

传感器(3)采用可挥发性有机物气体传感器(3-3)实现，

信号采集板(4)包括处理电路和型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5，

处理电路包括电阻R20-R28、电容C5-C7、PMOS管U4、三极管Q1和二极管D1，

开关信号接入电阻R22的一端，电阻R22的另一端同时连接电阻R23的一端和三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极同时连接电阻R20的一端和二极管D1的负极，二极管D1的正极、电阻R20的另一端和PMOS管U4的源极均连接+5V供电电源，

可挥发性有机物气体传感器(3-3)的接地端、三极管Q1的发射极、电阻23的另一端、电容C5的一端、电容C7的一端和型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5的4号引脚均连接电源地，

PMOS管U4的漏极同时连接电容C5的另一端和电阻R21的一端，电阻R21的另一端连接可挥发性有机物气体传感器(3-3)的供电电源端，

可挥发性有机物气体传感器(3-3)的输出端连接电阻R24的一端，电阻R24的另一端同时连接电容C7的另一端和型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5的3号引脚，型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5的2号引脚连接参考基准电压源，

型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5的1号引脚、电阻R25的一端和电容C6的一端均连接+5V供电电源，电阻R25的另一端连接型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5的8号引脚，

型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5的7号引脚连接电阻R26的一端，型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5的6号引脚连接电阻R27的一端，型号为LTC2400的模拟数字转换芯片U5的5号引脚连接电阻R28的一端，电阻R26的另一端、电阻R27的另一端和和电阻R28的另一端均连接+3V供电电源，

电阻R26的一端、电阻R27的一端和电阻R28的一端同时连接主控板(2)的电压数字信号输入端。

5.根据权利要求3或4所述的微型空气质量监测装置，其特征在于，它还包括传感器固定支架(3-2)，

传感器固定支架(3-2)设置在下盖(7)的内层上，电化学气体传感器(3-1)和可挥发性有机物气体传感器(3-3)设置在传感器固定支架(3-2)上。

6.根据权利要求1所述的微型空气质量监测装置，其特征在于，它还包括电池(8)，

电池(8)用于为主控板(2)和信号采集板(4)供电。

7.根据权利要求1所述的微型空气质量监测装置，其特征在于，它还包括滤芯(9)、管路和气泵，

传感器采用颗粒物传感器实现，

滤芯(9)嵌在外壳(1)上，滤芯(9)通过管路连接气泵，

外部空气通过滤芯(9)滤除空气中的颗粒物，滤除后的气体作为基准气体进入管路被气泵泵入外壳(1)内被颗粒物传感器采集。

8.根据权利要求1所述的微型空气质量监测装置，其特征在于，它还包括后盖(13)，

外壳(1)的后端开有开口，后盖(13)通过防水垫扣合在所述的开口处。

9.根据权利要求1所述的微型空气质量监测装置，其特征在于，它还包括上支架(11)和下支架(12)，

上支架(11)和下支架(12)通过螺丝固定在外壳(1)侧壁上，上支架(11)和下支架(12)用于实现壁挂。

10.根据权利要求1所述的微型空气质量监测装置，其特征在于，它还包括航空头(10)，

外壳(1)的侧壁上设置航空头(10)，航空头(10)用于外接供电电源，为主控板(2)供电。