WO2019034949A1 - 一种大气污染物监测设备 - Google Patents

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WO2019034949A1
WO2019034949A1 PCT/IB2018/055526 IB2018055526W WO2019034949A1 WO 2019034949 A1 WO2019034949 A1 WO 2019034949A1 IB 2018055526 W IB2018055526 W IB 2018055526W WO 2019034949 A1 WO2019034949 A1 WO 2019034949A1
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sensor
module
monitoring device
main control
taxi
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PCT/IB2018/055526
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司书春
高健
刘善文
贾帅帅
许军
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山东诺方电子科技有限公司
司书春
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
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    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/075—Investigating concentration of particle suspensions by optical means

Definitions

  • the present invention relates to an in-vehicle environmental monitoring device, and more particularly to an online atmospheric environmental monitoring device installed on a socially operated vehicle, and belongs to the field of environmental monitoring technology.
  • BACKGROUND OF THE INVENTION Rapid economic development has also brought about severe environmental problems.
  • the problem of air pollution in most of the cities in China is highlighted. Air pollution seriously affects the ecological landscape of the city, and it poses a serious threat to people's health.
  • the use of scientific environmental monitoring technology to monitor and detect the environment in real time can provide relevant personnel with the basis for finding effective measures to solve environmental problems.
  • Atmospheric environmental monitoring technology can achieve the mapping, investigation and comprehensive analysis of air pollution status, and provide key data and support for the management and control of air pollution, so as to achieve environmental protection.
  • Atmospheric environmental monitoring is a process for determining the types and concentrations of pollutants in the atmosphere, observing their temporal and spatial distribution and changing laws.
  • the main pollutants monitored are sulfur dioxide, nitrogen oxides, ozone, carbon monoxide, and PMi (aerodynamic particles). Particles smaller than 1 ⁇ m), PM2 5 (particles with aerodynamic particle size less than 2.5 ⁇ m), ⁇ ) (particles with aerodynamic particle size less than 10 ⁇ m), ⁇ ) (aerodynamic particle size less than 100 ⁇ m) particle).
  • the atmospheric environment monitoring system can collect and process the monitored data, and timely and accurately reflect the regional environmental air quality status and changes.
  • the environmental protection department can use this data for environmental decision-making, environmental management, and pollution prevention; people can take personal protection according to environmental data and arrange life reasonably.
  • atmospheric environmental monitoring equipment mainly has fixed monitoring stations and mobile monitoring equipment.
  • the current fixed monitoring stations are mainly divided into large fixed monitoring stations and small stations.
  • Mobile monitoring equipment mainly includes dedicated atmospheric environment monitoring vehicles, drones and handheld devices.
  • a large fixed monitoring station is equivalent to an independent laboratory that monitors and analyzes multiple levels of contaminants in the environment through expensive and sophisticated instruments.
  • the large-scale monitoring station is characterized by monitoring the types of pollutants with high precision.
  • large-scale monitoring sites are heavily invested, and conventional investment is in the order of one million to ten million, which requires high financial support.
  • the number of large-scale monitoring stations will not be large and cannot be spread out on a large scale, so it is only possible to choose a more representative and feasible location for construction.
  • large-scale monitoring sites also have high requirements for site selection.
  • the site needs a large area to accommodate large-scale equipment.
  • the equipment needs temperature and humidity control.
  • a large number of professional and high-quality personnel are required to use the instrument, analyze the data and maintain the instrument.
  • the data obtained from the super station can only be single-point inference, it is difficult to find other super stations nearby to verify.
  • Small monitoring stations reduce the cost of gridding and batching by integrating low-cost, small-sized sensors.
  • the small monitoring station also features power consumption (powered by solar energy) and easy installation.
  • the accuracy and consistency of monitoring data at small stations needs to be improved and sufficient operational support is required.
  • small monitoring stations cover a wide range, they are still fixed monitoring and have limited flexibility.
  • the dedicated atmospheric environment monitoring vehicle is a vehicle equipped with a sampling system, a pollutant monitoring instrument, a meteorological parameter observer, a data processing device, and other auxiliary equipment. It is a mobile monitoring station that complements the ground-based fixed air pollution monitoring system.
  • the atmospheric environment monitoring vehicle can be taken to the scene where the pollution accident occurs or the suspect point is sampled and measured, so as to grasp the pollution situation in time, and its use is not limited by time, place and season.
  • Atmospheric environmental monitoring vehicles require full-time driving and require specialists to operate the relevant equipment. It is expensive and cannot be used on a large scale.
  • UAV air pollution monitoring is a way to monitor the atmospheric environment using a drone equipped with miniaturized atmospheric monitoring equipment.
  • the air pollution monitoring of drones can realize the stereoscopic monitoring of air pollution in high-altitude vertical sections, with wide monitoring range and high monitoring efficiency.
  • high airflow may be turbulent, and drone propellers may also cause airflow disturbances, which may affect the monitoring results.
  • UAV pollution monitoring also requires professional operations.
  • large-scale stations and dedicated mobile monitoring vehicles mostly use the weighing method, the micro-oscillation balance method, and the ⁇ -ray method for the measurement of particulate matter.
  • the GC-FID (gas chromatography-flame ion detection) method is used for the detection of VOCs. .
  • a similar dedicated mobile monitoring vehicle requires parking detection after it reaches a designated location, which is equivalent to a fixed site and cannot be moved in real time for monitoring.
  • the above patent proposes a scheme for monitoring atmospheric particulate matter by loading an atmospheric particulate matter monitoring system on a public transportation system.
  • the monitoring program requires the installation of monitoring equipment and corresponding solar powered devices in public vehicles. Because the power supply device is a solar panel, there is a problem of monitoring concealment that needs to be solved in the field of environmental monitoring; since the number of monitoring coverage is not clear, there are still objectivity, space and time coverage problems often encountered in environmental monitoring; The monitoring of other atmospheric pollutants such as sulfur dioxide, nitrogen oxides, ozone, VOCs and other major atmospheric pollutants is still not included in the above scheme and does not reflect the true state of atmospheric pollutants. There is also no mention in the above patents of how to miniaturize the monitoring equipment and to address the effects of wind speed during operation.
  • Windproof filter also known as a windshield, a tubular device used to reduce the effects of changes in outside wind speed on monitoring data.
  • Air inlet The inlet for the air to be sampled, located on the housing of the monitoring device.
  • Exhaust port The outlet for exhausting gas; it can be a dedicated exhaust port, or it can borrow the gap on the device casing, or the cooling holes, drain holes, etc. to achieve the function of exhaust.
  • Module bracket Bracket for securing power supplies, sensors, main control boards, and communication boards.
  • Anti-vibration ring A cushioning device that ensures that the device remains strong under prolonged vibration.
  • Buffer tank a container that acts as a shunting gas and/or gas buffer; the buffer tank has at least one gas inlet and at least one gas outlet; and includes an intake buffer tank and an exhaust buffer tank.
  • Positioning module Provides geographical location information when detecting by GPS, Beidou, GLONASS, 4G and other positioning methods.
  • Transmission module Send data, geographical location information and timestamp information detected by the sensor module to the data center.
  • the sensor module is a monitoring module of the monitoring device; the sensor module comprises at least one sensor unit.
  • the sensor unit may include a PM1 sensor, a PM2.5 sensor, a PMlQ sensor, a PMlQQ sensor, a sulfur dioxide sensor, a nitrogen oxide sensor, an ozone sensor, a carbon monoxide sensor, a TOVC sensor, or a VOCs sensor.
  • the sensor module can be flexibly matched to the sensor unit according to requirements, such as using one or more sensors, one or more sets of sensors, one or more sensors, and the like.
  • the sensor module can operate in an active or passively driven airflow.
  • the sensor module 13 of the present invention includes an active airflow driving device (fan); other active airflow driving modes include an air pump or resistance heating.
  • the sensor module can also utilize an external fan or air pump to drive airflow, such as sensor module 130 in the present invention.
  • the present invention provides an online monitoring device for atmospheric pollutants based on social vehicles, by installing the online monitoring device for atmospheric pollutants on social vehicles, thereby Real-time monitoring of atmospheric pollutants in real time.
  • Socially operated vehicles include city buses, long-distance buses, taxis, mucks, municipal vehicles, official vehicles, networked vehicles, rental vehicles, shared vehicles, and vehicles with automatic driving functions.
  • the pollutant monitoring equipment is installed in the interior space of the taxi dome, the space at the bottom of the taxi dome, the inside of the taxi trunk, and the taxi chassis for real-time measurement of atmospheric pollutants.
  • the use of social operating vehicles, the installation of a variety of sensor equipment, to obtain comprehensive air pollution data, can achieve low-energy air pollutant monitoring, the generated monitoring cloud map and big data analysis play an important role in urban development planning, and the atmosphere Pollution control provides guidance.
  • road monitoring it can also extend the monitoring of air pollution sources around the road. For example, it can identify illegal activities such as smuggling of particulate matter by enterprises and illegal driving of vehicles exceeding the standard.
  • FIG. 18 is a basic solution of the present invention, and the basic solution includes a positioning module, a sensor module, and a transmission module.
  • the sensor module is used to detect the air quality; the positioning module provides the geographical location information when detecting by GPS, Beidou, GLONASS, 4G, etc.; the transmission module sends the detected result, position and time information to the data center.
  • Airborne mobile monitoring of atmospheric pollutants can be carried out by applying a basic solution to a socially operated vehicle. Adding a main control module to this basic solution can realize more functions, and the main control module is electrically connected with the sensor module, the transmission module, and the positioning module respectively, and the positioning module can also be a part integrated on the main control module.
  • the monitoring device can have a housing with an air inlet and an exhaust port.
  • the air inlet and exhaust ports may be openings specifically designed for monitoring equipment, and may also utilize vents, drain holes, slots, and other openings in the housing.
  • the air inlet and the sensor module can be directly connected.
  • An intake buffer tank can also be added between the air inlet and the sensor module, and the buffer tank functions to stabilize the air flow.
  • the sensor module and the exhaust port can be directly connected.
  • An exhaust buffer tank can also be added between the sensor module and the exhaust port. The addition of an anti-floss net at the air inlet and the exhaust port prevents foreign matter from entering the monitoring device and prevents foreign matter from causing damage to the monitoring device.
  • the preferred solution includes a device housing 1, an air inlet 2, an air intake buffer tank 12, a sensor module 13, a main control module 15, a positioning module 11, an exhaust port 4, and a transmission module. 16.
  • the casing 1 has an air inlet 2 and an exhaust port 4; the air inlet 2, the intake buffer tank 12, the sensor module 13, and the exhaust port 4 are sequentially connected to form a closed flow path of the gas;
  • the module 13 and the main control module 15 are electrically connected; the main control module 15 and the transmission module 16 are electrically connected; the positioning module 11 is electrically connected to the main control module 15; and the positioning module 11 is also electrically connected to the transmission module 16. .
  • the specific process of the detection is as follows: The detected gas first flows into the intake buffer tank through the air inlet, passes through the air intake buffer tank, enters the sensor module, passes through the sensor module, and finally exits through the exhaust port.
  • FIG. 3 is a scheme of a monitoring device applied to a taxi dome light.
  • Figure 3 uses a taxi ceiling housing as the monitoring device housing 1, the sensor module 13, the transmission module 16, the positioning module 11 and the intake buffer tank 12 are installed in the taxi ceiling light; the exhaust buffer tank 14 is inside the taxi ceiling light Cavity free space. That is, it was removed.
  • the exhaust buffer tank behind the sensor module disconnects the sensor module from the exhaust port, so that the exhaust of the sensor module is directly discharged into the ceiling lamp first, and the remaining space inside the taxi dome lamp is used as the exhaust buffer area. (Equivalent to the exhaust buffer tank), which simplifies the equipment while ensuring a larger exhaust buffer space.
  • the sensor module is provided with an active airflow driving device (device with active driving airflow capability), and the active driving airflow can be implemented by using a fan, an air pump, a resistance heating, etc., and inhaling the atmosphere of the taxi location into the taxi ceiling light air pollution. In the object monitoring device.
  • a further improvement is to add a flow sensor and a flow control valve in front of the intake buffer tank, and stabilize the intake flow through the flow sensor and the flow control valve, so that the data detected by the sensor is more stable and accurate.
  • the flow data can also be used to correct the sensor output data, making the monitoring results more accurate.
  • the air pump can provide a more stable negative pressure and airflow than the fan.
  • the intake port and the exhaust port position of the present invention also have corresponding features. On the regularly symmetrical taxi top lamp bottom case, the intake port and the exhaust port need to be located on both sides of the central axis of the vehicle forward direction, and the distance from the central axis. Should be equal, as shown in Figure 9.
  • the roof lamp is used as a closed cavity.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a preferred scheme and related system composition
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a preferred scheme for adding an exhaust buffer tank
  • FIG. 12 Schematic diagram of the buffer tank
  • Fig. 13 is the use of the semiconductor refrigeration sheet, heating the intake air
  • Fig. 14 Schematic diagram of the anti-floss net and the windproof tube (cross-sectional view)
  • Figure 15 Schematic diagram of the housing of the taxi top light
  • Figure 16 is a schematic diagram of the internal structure of the top light of the monitoring equipment
  • Figure 18 Schematic diagram of the basic scheme; In the drawing: 1-shell, 2-air inlet, 4-exhaust port, 10-taxis ceiling lamp housing, 11-positioning module, 12-intake buffer tank, 13-sensor module Group (with airflow drive), 14-exhaust buffer tank, 15-master module, 16-transmission module, 17-flow sensor, 18-flow control valve, 19-external air pump module, 20-data center, 30 - Fixed monitoring point, 40-user, 130-sensor module (no airflow drive), 131-external fan, 191-filter, 192-air pump, 193-
  • Embodiment 1 is a preferred scheme based on an online monitoring device for atmospheric pollutants.
  • the solution includes an air inlet, an air intake buffer tank, a sensor module, an exhaust port, and a main control module.
  • the intake port is connected to the intake port of the intake buffer tank, and the exhaust port of the intake buffer tank is connected to the intake port of the sensor module, and the exhaust port of the sensor module is connected with the exhaust port.
  • the intake buffer tank can function to stabilize the air flow, and the intake buffer tank can act as a gas distribution device according to the number of sensors or sensor groups, dividing the gas into multiple air streams, that is, the air flow distribution outlet of the air intake buffer tank. Quantity and sensing The number of sensor units in the module matches.
  • the flow direction of the detected gas is that the detected gas enters the monitoring device through the air inlet, and flows through the air intake buffer tank, the sensor module, and the exhaust port to finally discharge the monitoring device.
  • the detection of atmospheric pollutant concentration depends on the sensor module.
  • the sensor unit of the sensor module may include PM1 sensor, PM2.5 sensor, PMlQ sensor, PMlQQ sensor, sulfur dioxide sensor, nitrogen oxide sensor, ozone sensor, carbon monoxide sensor, TVOC sensor. Or VOCs sensors.
  • sensor modules can be flexibly matched according to requirements, such as using one or more sensors, one or more sets of sensors, one or more sensors, and the like.
  • a specific sensor module can be a set of 1 PM2.5 sensors.
  • Another specific sensor module may be a group 4 PM 2 .5 sensor.
  • Another specific sensor module may be a group of three sensors PM 2 .5, and 1 ⁇ ) sensors.
  • Another specific sensor module may be a set of four sensors ⁇ 2 .5, and a sulfur dioxide sensor.
  • the particle sensor can also be of the multi-channel type, ie a particle sensor can simultaneously measure multiple values such as ⁇ 2 .5 and ⁇ 1 ( ).
  • One kind of multi-channel sensor module PM sensor may be 4 multichannel particle sensor ( ⁇ 2 .5 can be measured simultaneously and ⁇ ) type).
  • Another type of sensor module using a multi-channel sensor can be three.
  • the main control module and the sensor module and the transmission module on the monitoring device are electrically connected, and the electrical connection can be both power supply and data transmission.
  • the main control module exchanges data with the sensor module and the transmission module through the data interface.
  • the sensor module sends the detected data to the main control module, and after the main control module performs further calculation, it sends the data to the transmission module, and the transmission module sends the data to the data center.
  • the transmission module can also receive an instruction sent by the data center, and after transmitting the instruction to the main control module, the main control module can also adjust the operation of the sensor module.
  • the main control module has a data storage and local data transmission interface.
  • the main control module can also have a positioning function or a data interface with the positioning device, and use a positioning technology such as GPS or Beidou to record the position of the vehicle in real time.
  • the main control module is connected with DC power supplies such as 12V, 5V, 24V, 36V or 48V of the rental vehicle, and the main control module supplies power to the sensor module and the transmission module.
  • the online monitoring device for atmospheric pollutants of the first embodiment can also be placed in a specially designed casing, and then the outer casing of the online monitoring device for atmospheric pollutants can be externally attached to the lower part of the taxi lamp or other parts.
  • Figure 2 shows a variant of the basic scheme.
  • the second embodiment is an improvement of the basic scheme. As shown in FIG. 3, the scheme includes an air inlet, an exhaust port, a flock prevention net, a windproof pipe, an air intake buffer tank, a sensor module, a positioning module, and a transmission.
  • the second embodiment utilizes The remaining space inside the car roofing light (interior vacant space) acts as an exhaust buffer area and achieves the same function as the exhaust buffer tank.
  • the anti-floss net and the anti-duct pipe are installed on the air inlet and the exhaust port to stabilize the air flow.
  • the intake port is connected to the intake port of the intake buffer tank, and the exhaust port of the intake buffer tank is connected to the intake port of the sensor module, and the exhaust port of the sensor module is not connected with other structures, the sensor
  • the exhaust gas is directly discharged into the taxi ceiling light, and the gas in the ceiling light is discharged through the exhaust port to the taxi overhead light.
  • the flow direction of the detected gas is that the detected gas enters the monitoring device through the air inlet, and the detected gas flows through the air intake buffer tank, the sensor module, the inner space of the taxi dome light, and the exhaust port finally discharges the monitoring device.
  • the remaining space of the closed cavity inside the taxi dome lamp is used as a buffer area for the exhaust of the sensor module, which simplifies the exhaust buffer tank and also stabilizes the airflow, thereby improving the accuracy of the sensor.
  • the gas detected by the sensor module is finally buffered by the taxi dome cavity and then discharged through the exhaust port to discharge the taxi ceiling light.
  • Embodiment 3 The third embodiment is an improvement of the second embodiment.
  • the solution includes an air inlet, an exhaust port, a flock prevention net, a windproof pipe, an air intake buffer tank, a sensor module, and an external device. Fan, main control module, positioning module, transmission module. These devices are installed inside the taxi dome light.
  • the sensor module in the third embodiment does not include an air flow driving device.
  • the device that drives the airflow is externally used, such as an external fan, and an external fan is placed behind the sensor module.
  • the anti-floss net and the anti-wind pipe are installed on the air inlet and the exhaust port, the air inlet is connected with the air inlet of the air intake buffer tank, and the air outlet of the air intake buffer tank is connected with the air inlet of the sensor module.
  • the exhaust port of the sensor module is connected to the air inlet of the external fan, and the exhaust port of the external fan is not connected to other structures.
  • the flow direction of the detected gas is that the detected gas enters the monitoring device through the air inlet, and then flows through the air intake buffer tank, the sensor module, and the external fan, and the gas discharged by the external fan is finally buffered by the tent lamp cavity.
  • Embodiment 4 is an improvement of the second embodiment.
  • the fourth embodiment adds a flow sensor and a flow controller after the air inlet, such as the 17-flow sensor and the 18-flow control valve in FIGS. 4 and 5. .
  • the flow direction of the detected gas in FIG. 4 is that the detected gas enters the monitoring device through the air inlet, and the detected gas first flows through the flow sensor and the flow controller, and then enters the intake buffer tank and the sensor module in turn; The detected gas is finally buffered by the taxi ceiling cavity and then discharged through the exhaust port to discharge the taxi ceiling light.
  • the flow sensor and flow controller are connected to the main control module through a data interface.
  • Adding flow sensors and flow controllers can make sensor output data more accurate.
  • the flow sensor transmits the monitored gas flow information to the main control module through the data connection, and the main control module adjusts the flow rate of the intake end in real time according to the flow value measured by the flow monitoring device, so that the gas flow entering the sensor is more stable, and the sensor is improved. In the end, more accurate test data is obtained.
  • Flow control can also be achieved by the main control module adjusting the speed of the fan or the flow of the air pump.
  • the intake air volume data monitored by the flow monitoring device can also be used for calibration of sensor detection data. The change value of the intake air flow of the flow monitoring device is fed back to the main control module through the data connection in real time.
  • the main control module can correct the sensor data according to the written revision coefficient (such as the ratio of the actual value to the standard intake air flow).
  • Embodiment 5 Reasonably arranging the air inlet and the exhaust port can reduce the influence of the external airflow of the taxi dome light, reduce the influence of the airflow disturbance and the air pressure imbalance on the detection data, and improve the stability and accuracy of the detection data.
  • the intake port and the exhaust port position of the present invention also have corresponding features. On the regularly symmetrical taxi top lamp bottom case, the intake port and the exhaust port need to be arranged on both sides of the central axis of the vehicle forward direction, as shown in FIG. . The distance L n L 2 between the intake port and the exhaust port from the central axis should be equal.
  • the inlet and exhaust ports are available in aluminum, abs, nylon, etc.
  • the air inlet and exhaust port devices are fixed by the anti-vibration ring and the bottom lamp housing of the taxi, and the anti-vibration ring clamps the air inlet and the exhaust port with the bottom cover of the taxi dome by screws.
  • the air inlet and the exhaust port are provided with airflow protection devices to reduce airflow disturbance and air pressure imbalance, thereby causing inaccurate data to the sensor.
  • the airflow protection device of the air inlet and the exhaust port includes a anti-floss net and a windproof tube. As shown in FIG. 14, the anti-floss net of FIG. 14 is a cylindrical anti-floss net.
  • the anti-fat filter is fixed by the thread (locking, dispensing, clamping) structure and the air inlet and the exhaust port, and the shape of the anti-froat filter can be a hemispherical shape, a cylindrical shape, a rectangular parallelepiped shape, a circular plane, a square plane, and the like.
  • the material of the anti-froat filter may be iron, abs, copper, nylon, fiber, stainless steel or the like.
  • the anti-flicking device consists of a filter mesh and a base (seal ring).
  • the anti-froat device is provided with a windproof pipe (wind filter), which can reduce the problem of inaccurate data caused by airflow disturbance and air pressure imbalance.
  • the windproof pipe can be a straight pipe or a square tubular structure.
  • the structure 111 in Fig. 14 is a windproof filter in the form of a straight pipe, and the material is aluminum alloy, abs or nylon.
  • Method 1 Internal or external threaded, threaded to the anti-flicker base, sampling head or exhaust port.
  • Method 2 By tightening the way, at the same time tighten the anti-floss net, it will be windproof
  • the filter element is pressed against the air inlet or exhaust port.
  • the eighth embodiment is another intake and exhaust mode in which the intake air and the exhaust gas use one position. This type of intake and exhaust uses a coaxial structure, which may be square or circular. As shown in Fig.
  • Embodiment 9 is an improvement of the first embodiment, which can reduce the problem of inaccurate data caused by airflow disturbance and air pressure imbalance.
  • the intake buffer tank, the sensor module, the external air pump module, the main control module, and the transmission module are installed inside the taxi ceiling lamp; the air inlet, the exhaust port, and the anti-floss net are located on the taxi ceiling lamp housing. .
  • Stable airflow can improve the accuracy of the sensor. Air pump intake, air pump intake can make the flow more stable.
  • the fan responsible for the intake air is changed to the external air pump module, and the exhaust buffer tank is removed.
  • the airflow passes through the air inlet, the air intake buffer tank, the sensor module, and the external air pump module in sequence, and finally discharges the taxi ceiling light.
  • the ceiling light inlet of the external air pump device uses a flock-proof net, but the wind-proof pipe may not be used; the same exhaust port uses a flock-proof net, but the wind-proof pipe may not be used.
  • the external air pump module is mainly composed of a filter, a gas pump and a silencer, as shown in Fig. 7.
  • the improved version of the external air pump module consists of a filter, air pump flow control valve, air pump and silencer, as shown in Figure 8.
  • the online monitoring device for atmospheric pollutants of Embodiment 9 can also be placed in a specially designed casing, and the casing containing the online monitoring device for atmospheric pollutants can be externally attached to the lower part of the taxi dome lamp or other parts.
  • the tenth intake buffer tank can make the airflow more stable and reduce the disturbance interference, as shown in Fig. 11 and Fig. 12.
  • the intake buffer tank can be used as an air distribution device, and the intake buffer tank sets the number of outlets according to the number of sensors.
  • Figures 11 and 12 show the form of an intake buffer tank in one and four outlets.
  • Fig. 11 is an air intake buffer tank for the air pump; in Fig.
  • the material of a portion 121 of the intake buffer tank body may be a flexible material, which may further reduce the fluctuation of the air intake of the air pump.
  • the buffer tank material can be aluminum alloy, plastic, nylon, resin, and the processing technology can be machined, injection molded or cast depending on the material and structure.
  • a heating device is disposed between the monitoring device inlet and the sensor gas inlet for dehumidification, and the heating device may be a PTC thermistor, a resistance wire, a flexible heating sheet, and a semiconductor cooling sheet.
  • a humidity detecting module may be disposed between the air inlet and the exhaust port.
  • FIG. 13 is a modified version of a heating dehumidification apparatus using a semiconductor refrigerating sheet, the hot end of the semiconductor refrigerating sheet is used for heating gas dehumidification, and the cold end is connected to the air pump motor. During operation, the hot end heats the intake air for dehumidification, and the cold end heats the air pump motor.
  • the monitoring device sets the backflush function to realize the cleaning function, and improves the accuracy and stability of the data.
  • the backflush fan is connected to the main control module, and the main control module controls the operation of the backflushing fan.
  • Method 1 Install a backflush fan between the buffer tank and the air inlet, pause the sensor at regular intervals (such as 24h, 3d, 7d, 15d), and turn on the backflushing fan. The wind direction points to the air inlet, clear Dust and foreign matter;
  • Method 2 Install the backflush fan inside the sensor, pause the sensor at regular intervals (such as 24h, 3d, 7d, 15d), and turn on the backflush fan to directly clean the dust and foreign matter inside the sensor.
  • Embodiment 13 The online monitoring device for atmospheric pollutants uses the module bracket, as shown by 104 in Fig.
  • the module bracket is fixed by the original screw fastener of the taxi top lamp, and the fixed module bracket does not need to make additional modifications to the ceiling lamp such as drilling. operating.
  • the power supply, the sensor module, the main control module and the transmission module are fixed on the module bracket, which facilitates the disassembly and maintenance of the sensor module, the main control module and the transmission module.
  • Embodiment 14 The online monitoring device for atmospheric pollutants may further add a video acquisition module for recording and recording the actual situation of the road.
  • the video capture module can be connected to the main control module to control the work of the video capture module through the main control module.
  • the video capture module can also operate independently, and the data center directly controls the work of the video capture module through wireless.
  • an online monitoring device for atmospheric pollutants with its own casing can also be installed.
  • the intake and exhaust ports on the monitoring device housing extend through the taxi dome housing.
  • the anti-floss net and the wind shield are mounted on the air inlet and exhaust ports that extend to the roof of the taxi dome.

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Abstract

一种大气污染物监测设备，其安装在社会运营车辆上，监测设备包括：传感器模组（13，130）、主控模块（15）、定位模块（11）和传输模块（16），社会运营车辆为出租车，监测设备还包括出租车顶灯；传感器模组（13，130）包括：PM 1传感器、PM 2.5传感器、PM 10传感器、PM 100传感器、二氧化硫传感器、氮氧化物传感器、臭氧传感器、一氧化碳传感器、VOCs传感器、TVOC传感器或多通道颗粒物传感器。利用出租车搭载监测设备，能够进行实时测量，从而降低大气污染物网格化监测的成本，同时减少了维护费用，提高了数据的准确性。

Description

一种大气污染物监测设备
技术领域 本发明涉及一种车载环境监测设备，尤其指一种安装于社会运营车辆上的在线大 气环境监测设备， 属于环境监测技术领域。 背景技术 经济快速发展的同时也带来了严峻的环境问题， 我国大部分城巿空气污染问题 凸显， 空气污染严重影响了城巿生态景观， 而且对人们的身体健康造成了严重 的威胁。 利用科学的环境监测技术对环境进行实时地监督和检测， 可以为相关 人员提供寻找解决环境问题行之有效措施的依据。 大气环境监测技术可以实现 空气污染现状的摸底、 排查和全面分析， 为治理和管控空气污染提供关键的数 据和依据支持， 以此达到环境保栌的目的。 大气环境监测是测定大气中污染物的种类及其浓度、观察其时空分布和变化规律 的过程， 主要监测的污染物为大气中的二氧化硫、 氮氧化物、 臭氧、 一氧化碳、 PMi (空气动力学粒径小于 1微米的粒子)、 PM2 5 (空气动力学粒径小于 2.5微米 的粒子)、 ΡΜπ) (空气动力学粒径小于 10微米的粒子)、 ΡΜπκ) (空气动力学粒径小 于 100微米的粒子)。 大气环境监测系统可以对监测的数据进行收集和处理， 并 及时准确地反映区域环境空气质量状况及变化规律。环保部门可以利用这些数据 进行环境决策、 环境管理、 污染防治； 民众可以根据环境数据采取个人防护， 合 理安排生活。
现在的大气环境监测设备主要有固定式监测站和移动式监测设备。目前的固定式 监测站主要分为大型固定监测站点和小型站点。移动式监测设备主要有专用大气 环境监测车、 无人机以及手持设备等。 大型固定监测站相当于一个独立的实验室，通过昂贵精密的仪器监测和分析环境 中多种污染物水平。 大型监测站点的特点是监测污染物种类多， 精度高。但是大 型监测站点投入较大， 常规投入在百万至千万级别， 需要高额的财政支持， 因此 大型监测站点的数量不会很多，无法大规模铺开， 因此只能选择比较有代表性和 可行的位置进行建设。 同时大型监测站点对选址也有很高的要求， 站点需要有大 量面积容纳大型设备， 设备需要温度湿度控制， 同时需要大量专业高素质人员使 用仪器、分析数据和对仪器的维护。此外，从超级站获得的数据只能做单点推论， 很难再找邻近的其他超级站来验证。 小型监测站点通过整合低成本、 小型化传感器的方法， 降低成本进行网格化、 批 量化的布点。 小型监测站点还具有用电方便 （可采用太阳能供电）、 易于安装等 特点。但小型站监测数据的准确性和一致性有待提高，并且需要充分的运营保障。 虽然小型监测站覆盖范围较广， 但仍然属于固定式监测， 灵活性有限。 专用大气环境监测车是装备有采样系统、 污染物监测仪器、 气象参数观测仪、 数 据处理装置及其他辅助设备的汽车。它是一种流动监测站， 是地面固定空气污染 自动监测系统的一种补充。大气环境监测车可以随时开到发生污染事故的现场或 可疑点采样测定，以便及时掌握污染情况，其使用不受时间、地点和季节的限制。 大气环境监测车需要有专职人员驾驶， 并且需要专业人员操作相关仪器。其价格 较为昂贵， 无法大规模使用。 无人机大气污染监测是一种利用搭载小型化大气监测设备的无人机对大气环境 监测的方式。无人机大气污染监测可以实现对高空垂直断面大气污染情况进行立 体监测， 监测范围广， 监测效率高。 但是高空中气流有可能紊乱， 无人机螺旋桨 也可能带来气流扰动，对监测结果可能造成影响。 同时目前无人机的续航能力有 一定问题， 对连续监测也有一定阻碍。 无人机污染监测也需要专业人员操作。 现有的监测方式中， 比如大型站点、专用移动监测车对颗粒物的测量大多采用称 重法、 微振荡天平法、 β射线法； 对 VOCs检测使用 GC-FID (气相色谱-火焰离 子检测)方式。这些精密检测仪器大多体积很大，且十分昂贵，不便于广泛布点监 测。 其他污染物如二氧化硫、氮氧化物、 臭氧和一氧化碳的检测也具有类似的问 题。类似的专用移动监测车到达指定位置后需要停车检测，相当于一个固定站点， 无法实时移动进行监测。
城市网格化的大气污染物监测测量投资巨大，目前的监测方式不能做到全面覆盖。 每个监测点需要专业人员进行安装维护，每隔一段时间需要进行相应的校准； 并 且各监测点的采样口一般安装位置较高，不利于监测地面污染情况（如道路扬尘）。 同时人口密度较大的道路和地区，往往车流尤其是出租车也较为密集， 对这样的 地点需要密集、 着重监测。 装载于车辆上的在线监测系统由于车辆在行进中风速风向会随时变化，从而导致 测量结果不准确。 【专利文献 1】 中国专利： CN2017104477422 上述中国专利文献提出一种低成本大气颗粒物检测系统及监测数据滤波方法。 上述专利提出将大气颗粒物监测系统装载于公共交通系统上，对大气颗粒物进行 监测的方案。该监测方案需要在公共车辆安装监测设备以及相应太阳能供电装置。 该方案由于供电装置为太阳能电池板，存在环境监测领域需要解决的监测隐蔽性 的问题； 由于监测覆盖数量没有清晰， 仍然存在环境监测中经常遇到的客观性、 以及空间和时间覆盖问题； 而且其他大气污染物如二氧化硫、 氮氧化物、 臭氧、 VOCs 等其他主要大气污染物的监测仍然没有纳入上述方案， 无法反映大气污染 物的真实情况。上述专利中也没有提到如何将监测设备小型化， 以及解决运行中 风速的影响。
发明内容 本文中出现的专业术语 防絮网： 防止空气中的絮状物进入传感器， 对传感器起到保护作用。 防风滤芯： 也叫防风管， 用于减小外界风速变化对监测数据的影响的管状装置。 进气口： 待采样空气的入口， 位于监测设备的壳体上。 排气口： 用于排出气体的出口； 可以是专用的排气口， 也可以借用设备外壳上的 缝隙， 或者散热孔、 排水孔等实现排气的功能。 模块支架： 用于固定电源、 传感器、 主控板和通讯板的支架。 防震环： 保证设备在长时间震动条件下保持牢固的缓冲装置。 缓冲罐： 起到分流气体和 /或气体缓冲作用的容器； 缓冲罐上有至少一个气体入 口和至少一个气体出口； 包括进气缓冲罐和排气缓冲罐。 定位模块： 通过 GPS、 北斗、 格洛纳斯、 4G等定位方式提供检测时所在的地理 位置信息。 传输模块： 将传感器模组检测的数据、地理位置信息和时间戳信息发送至数据中 心。 传感器模组： 是监测设备的监测模块； 传感器模组包含至少一个传感器单元。传 感器单元可以包括 PMl传感器、 PM2.5传感器、 PMlQ传感器、 PMlQQ传感器、 二 氧化硫传感器、 氮氧化物传感器、 臭氧传感器、 一氧化碳传感器、 TOVC传感器 或 VOCs传感器。传感器模组可以根据需求灵活搭配传感器单元， 如采用一个或 多个传感器，一组或者多组传感器， 一种或者多种传感器等。传感器模组可以采 用主动驱动或被动驱动气流的方式工作。 作为示例， 本发明中的传感器模组 13 包含主动气流驱动装置 （风扇）； 其他主动气流驱动方式包括气泵或电阻加热。 传感器模组也可以利用外部的风扇或气泵来驱动气流，如本发明中的传感器模组 130。 针对背景技术中监测方式的不足以及大气环境污染监测的特点，本发明提供了一 种基于社会车辆的大气污染物在线监测设备，通过将该种大气污染物在线监测设 备安装于社会车辆上， 从而实现实时对大气污染物的实时监测。社会运营车辆包 括市内公交车、 长途车、 出租车、 渣土车、 市政车辆、 公务车辆、 网约车、 租赁 车辆、 共享汽车， 以及具有自动驾驶功能的车辆。 特别结合出租车日行驶里程长与行驶范围广的特点， 在出租车顶灯内部空间、 出 租车顶灯底部的空间、 出租车后备箱内部、 出租车底盘下安装污染物监测设备进 行大气污染物实时测量， 进而降低大气污染物网格化监测成本； 在采用相同监测 设备的前提下， 可以大幅减少设备安装、 运营维护的费用， 同时还减少了购置特 种监测车辆所带来的能耗、 道路占用和人力成本。 鉴于出租车日行驶里程长与行驶范围广的特点可以有效地监测市区各地实时的 污染物分布情况，加之出租车车身高度的特点能够监测行人呼吸高度大气污染物 的数据信息， 所测数据对于道路监测尤其是道路扬尘监测有更高价值； 又由于传 感器安装在出租车顶灯内部或底部，在不影响车辆美观的前提下，可以做到防水、 防风、 防高温， 降低成本的同时延长传感器的使用寿命。 利用社会运营车辆， 加装多种传感器设备， 得到全面的大气污染数据， 可以实现 低能耗大气污染物监测，所生成的监测云图与大数据分析对城市的发展规划起到 重要作用， 并对大气污染管控提供指导， 除对道路监测外， 还可以延伸监测道路 周边大气污染源， 如可以识别出企业颗粒物污染偷排、超标排放车辆违法上路等 不法行为。 本发明将大气污染物在线监测设备放入出租车顶灯内部或车顶灯下部，通过结构 设计， 解决了由于出租车行进所产生的气流扰动、 气压不平衡， 从而给传感器造 成的数据不稳定、 不准确的问题， 本发明可以持续、 稳定、 准确地监测所处位置 的大气污染情况， 同时解决湿度对传感器的影响， 以及解决了监测设备小型化的 问题。 图 18为本发明的基础方案， 基础方案包括定位模块、 传感器模组、 传输模块。 传感器模组用于检测空气质量； 定位模块通过 GPS、 北斗、 格洛纳斯、 4G等定 位方式提供检测时所在的地理位置信息； 传输模块将检测的结果、位置和时间信 息发送至数据中心。在社会运营车辆上应用基础方案就可以对大气污染物进行走 航式的移动监测。 在此基础方案上增加主控模块可以实现更多功能， 主控模块分别与传感器模组、 传输模块、定位模块之间电连接，定位模块还可以是集成在主控模块上的一部分。 监测设备可以具有一个壳体， 壳体上设有进气口和排气口。进气口和排气口可以 是专门为监测设备开设的开口， 也可以借用外壳上散热孔、 排水孔、 缝隙和其他 开口。 为了使得传感器模组直接检测到外部空气，进气口和传感器模组之间可以直接连 接。在进气口和传感器模组之间还可以增加进气缓冲罐， 缓冲罐的作用是稳定气 流。 同样的， 传感器模组和排气口之间也可以直接连接。在传感器模组和排气口 之间也还可以增加排气缓冲罐。 在进气口和排气口增加防絮网可以防止异物进入监测设备，防止异物对监测设备 造成损坏。在防絮网内部再增加防风管， 可以起到稳定气流和气压的作用， 使得 传感器模组测量的更精确。 图 1为本发明的优选方案， 优选方案的包括设备壳体 1、 进气口 2、 进气缓冲罐 12、 传感器模组 13、 主控模块 15、 定位模块 11、 排气口 4和传输模块 16。 所述 壳体 1上有进气口 2和排气口 4; 进气口 2、 进气缓冲罐 12、 传感器模组 13、 排 气口 4之间依次连接， 形成气体的密闭流动通路； 传感器模组 13和主控模块 15 之间电连接； 主控模块 15和传输模块 16之间电连接； 定位模块 11与主控模块 15电连接；定位模块 11还可以与传输模块 16之间电连接。检测的具体流程为： 被检测的气体先通过进气口流入进气缓冲罐，经过进气缓冲罐之后进入传感器模 组， 通过传感器模组后最后通过排气口排出。传感器模组检测得到气体污染物数 据后， 数据经由主控模块处理， 再经由传输模块上传至数据中心， 数据中心对监 测设备回传的数据进行进一步处理后， 发送至用户手中的相关软件上， 实现大气 污染物的在线监测。 图 2在优选方案上的传感器模组与排气口之间增加了排气缓冲罐，通过增加排气 缓冲罐稳定排气气流， 使得检测更精确。 图 3为应用于出租车顶灯的监测设备的方案。图 3利用出租车顶灯外壳作为监测 设备壳体 1， 传感器模组 13、 传输模块 16、 定位模块 11和进气缓冲罐 12安装 在出租车顶灯内； 排气缓冲罐 14为出租车顶灯的内腔空余空间。 也就是去掉了 传感器模组后面的排气缓冲罐， 断开传感器模组与排气口的直接连接， 使传感器 模组的排气直接先排入顶灯内部，利用出租车顶灯内部的剩余空间作为排气缓冲 区域（相当于排气缓冲罐），简化了设备的同时还可以保证更大的排气缓冲空间。 传感器模组内设有主动气流驱动装置 （具备主动驱动气流能力的装置）， 主动驱 动气流的实现方式可以采用风扇、 气泵、 电阻加热等， 将出租车所处位置的大气 吸入出租车顶灯大气污染物监测装置内。进一步的改进是在进气缓冲罐前增设流 量传感器和流量控制阀，通过流量传感器和流量控制阀稳定进气流量， 可以使得 传感器检测的数据更稳定准确。同时流量数据还可以用于传感器输出数据的修正， 使得监测结果更加准确。 气泵可以比风扇提供更稳定的负压和气流流量。 本发明的进气口和排气口位置也有相应特点， 在规则对称的出租车顶灯底壳上， 进气口和排气口需要位于车辆前进方向中轴线的两侧，且距离中轴线的距离应当 相等， 如图 9所示。 车顶灯作为一个密闭的腔体， 本设计还利用了车顶灯这样的内部的剩余空间（内 腔空余空间） 作为排气缓冲空间 （相当于排气缓冲罐）， 使得排气也有了缓冲， 进一步稳定了气流， 提高了传感器的准确性。 本方案将监测设备安装于出租车顶灯内部或者下部， 将监测设备隐蔽起来， 使得 被监测的排污企业和个人无法知道附近有设备正在对他们周边进行大气污染物 的检测， 可以提高监测的客观性， 隐蔽安装也使设备具有更好的防盗性。 附图说明 图 1为优选方案及相关系统组成示意图； 图 2为增加排气缓冲罐的优选方案示意图； 图 3为简化排气缓冲罐， 增设气流稳定装置的监测顶灯示意图； 图 4为增加流量传感器和流量控制阀的监测顶灯示意图； 图 5是风扇后置的顶灯示意图； 图 6是采用进气泵形式的出租车顶灯结构组成示意图； 图 7是外置气泵模块示意图； 图 8是改进的外置气泵模块示意图， 增设了流量调节阀； 图 9进气口和排气口布置方式示意图； 图 10设备模块支架示意图； 图 11部分罐体采用柔性材料的缓冲罐示意图； 图 12缓冲罐示意图； 图 13是利用半导体制冷片， 加热进气同时为气泵冷却制冷的结构示意图； 图 14防絮网及防风管示意图 （剖视图）； 图 15出租车顶灯外壳示意图； 图 16搭载监测设备顶灯内部结构示意图； 图 17为同轴进排气示意图； 图 18 基础方案示意图； 附图中： 1-壳体， 2-进气口， 4-排气口， 10-出租车顶灯外壳， 11-定位模块， 12-进 气缓冲罐， 13-传感器模组（具有气流驱动装置）， 14-排气缓冲罐， 15-主控模块， 16-传输模块， 17-流量传感器， 18-流量控制阀， 19-外置气泵模块， 20-数据中心， 30-固定监测点， 40-用户， 130-传感器模组（没有气流驱动装置）， 131-外置风扇， 191-过滤器， 192-气泵， 193-消音器， 194-气泵流量控制阀， 195-半导体制冷片， 101-出租车顶灯底壳， 104-模块支架， 111-防风管， 112-防絮网， 105-GPRS天线， 121-缓冲罐罐体的一部分， 201-排气区域， 202-进气区域
具体实施方式 实施例一 实施例一为基于大气污染物在线监测设备的优选方案， 如图 1所示， 方案包括进 气口、 进气缓冲罐、 传感器模组、 排气口、 主控模块、 传输模块。 进气口通过与进气缓冲罐的进气口相连接，进气缓冲罐的排气口再与传感器模组 的进气口相连接，传感器模组的排气口与排气口连接。进气缓冲罐可以起到稳定 气流的作用， 同时进气缓冲罐根据传感器或传感器组的数量， 可以充当气体分配 装置， 将气体分成多股气流， 也就是说进气缓冲罐的气流分配出口的数量与传感 器模组中的传感器单元的数量相匹配。 被检测气体的流向为， 被检测气体通过进气口进入监测设备， 流经进气缓冲罐、 传感器模组、 排气口最终排出监测设备。 大气污染物浓度的检测依靠传感器模组进行，传感器模组的传感器单元可以包括 PMl传感器、 PM2.5传感器、 PMlQ传感器、 PMlQQ传感器、 二氧化硫传感器、 氮氧 化物传感器、 臭氧传感器、 一氧化碳传感器、 TVOC传感器或 VOCs传感器。 传 感器模组的使用根据需求可以灵活搭配， 如采用一个或多个传感器， 一组或者多 组传感器，一种或者多种传感器等。一种具体的传感器模组可以是一组 1个 PM2.5 传感器。 另一种具体的传感器模组可以是一组 4个 PM2.5传感器。 另一种具体的 传感器模组可以是一组 3个 PM2.5传感器， 和 1个 ΡΜπχ)传感器。 另一种具体的 传感器模组可以是一组 4个 ΡΜ2.5传感器， 和 1个二氧化硫传感器。 颗粒物传感 器还可以是多通道类型，即一个颗粒物传感器可以同时测量多种 ΡΜ值，如 ΡΜ2.5 和 ΡΜ1()。 一种采用多通道颗粒物传感器的传感器模组可以是 4个多通道颗粒物 传感器（可以同时测量 ΡΜ2.5 和 ΡΜπ)的类型）。另一种采用多通道传感器的传感 器模组可以是 3个。 主控模块与监测设备上的传感器模组和传输模块通过电连接，电连接既可以供电 又可以进行数据传输。主控模块通过数据接口与传感器模组、传输模块进行数据 交换。传感器模组将检测到的数据发送给主控模块，主控模块进行进一步计算后， 发送至传输模块，传输模块将数据发送至数据中心。传输模块还可以接收数据中 心发来的指令，将指令传输给主控模块后， 主控模块还可以调整传感器模组的运 行。主控模块设有数据储存和本地数据传输接口。主控模块还可以具备定位功能 或与定位设备的数据接口， 利用 GPS、 北斗等定位技术实时记录车辆位置。 主控模块与出租车辆的 12V、 5V、 24V、 36V或 48V等直流电源进行连接， 主控 模块为传感器模组、 传输模块进行供电。 实施例一的大气污染物在线监测设备还可以置于专门设计的外壳中，再将装有大 气污染物在线监测设备的外壳外挂于出租车顶灯下部或者其他部位。 图 2为基本方案的变种，在传感器模组与排气口之间增加排气缓冲罐， 用于稳定 排气部分的气流， 提高传感器模组检测的准确性。 实施例二 实施例二为基本方案的一种改进， 如图 3所示， 方案包括进气口、 排气口、 防絮 网、 防风管、 进气缓冲罐、 传感器模组、 定位模块、 传输模块， 其中传感器模组 包含主动气流驱动装置。这些设备都安装于出租车顶灯内部。实施例二利用了出 租车顶灯内部剩余空间（内腔空余空间）作为排气缓冲区域， 达到了与排气缓冲 罐相同的作用。 防絮网、 防风管安装于进气口和排气口上， 用于稳定气流。进气口与进气缓冲罐 的进气口相连接，进气缓冲罐的排气口再与传感器模组的进气口相连接， 传感器 模组的排气口不与其他结构连接， 传感器的排气直接排入出租车顶灯内， 顶灯内 的气体再经过排气口排出出租车顶灯外。 被检测气体的流向为，被检测气体通过进气口进入监测设备，被检测气体再流经 进气缓冲罐、 传感器模组、 出租车顶灯内部空间、 排气口最终排出监测设备。 实 施例二利用出租车顶灯内部的密闭腔体的剩余空间作为传感器模组排气的缓冲 区域， 简化了排气缓冲罐， 也起到了稳定气流的作用， 提高了传感器的准确性。 经传感器模组检测的气体最终经出租车顶灯腔体内缓冲后再经过排气口排出出 租车顶灯。 实施例三 实施例三为实施例二方案的一种改进， 如图 5所示， 方案包括进气口、 排气口、 防絮网、 防风管、 进气缓冲罐、 传感器模组、 外置风扇、 主控模块、 定位模块、 传输模块。这些设备都安装于出租车顶灯内部。实施例三中的传感器模组不含气 流驱动装置。 驱动气流的装置采用外置的方式， 比如采用风扇外置， 外置的风扇 置于传感器模组的后面。 防絮网、防风管安装于进气口和排气口上，进气口与进气缓冲罐的进气口相连接， 进气缓冲罐的排气口再与传感器模组的进气口相连接，传感器模组的排气口与外 置风扇的进气口相连接， 外置风扇的排气口不与其他结构连接。 被检测气体的流向为，被检测气体通过进气口进入监测设备，再流经进气缓冲罐、 传感器模组、外置风扇，经外置风扇排出的气体最终经出租车顶灯腔体内缓冲后 再经过排气口排出出租车顶灯。 实施例四 实施例四为实施例二方案的一种改进，实施例四在进气口之后增加流量传感器和 流量控制器， 如图 4和图 5中的 17-流量传感器和 18-流量控制阀。 图 4的被检测气体的流向为，被检测气体通过进气口进入监测设备， 被检测气体 先流经流量传感器和流量控制器， 再依次进入进气缓冲罐、传感器模组； 经传感 器模组检测的气体最终经出租车顶灯腔体内缓冲后再经过排气口排出出租车顶 灯。 流量传感器和流量控制器通过数据接口与主控模块相连接。加装流量传感器和流 量控制器可以使得传感器输出数据更加准确。流量传感器将监测的气体流量信息 通过数据连接传输至主控模块， 主控模块根据流量监控设备测得的流量值， 实时 调节进气端流量大小， 使进入传感器的气体流量更加稳定， 改善传感器工况， 最 终得到更准确的检测数据。 流量控制还可以通过主控模块调节风扇的转速或气泵的流量来实现。 流量监控设备监测到的进气量数据还可以用于传感器检测数据的校准。流量监控 设备的进气流量变化值会实时通过数据连接反馈给主控模块，主控模块根据写入 的修订系数 （如实际值与标准进气流量的比值） 可以对传感器数据进行修正。 实施例五 合理地布置进气口和排气口，可以降低出租车顶灯外界气流影响，减少气流扰动、 气压不平衡对检测数据的影响， 提高检测数据稳定性和准确性。本发明的进气口 和排气口位置也有相应特点， 在规则对称的出租车顶灯底壳上，进气口和排气口 需要布置于车辆前进方向中轴线的两侧， 如图 9所示。进气口与排气口距离中轴 线的距离 L n L2应当相等。 进气口和排气口可选材料为铝合金、 abs、 尼龙等。 进气口与排气口装置通过防震环与出租车顶灯底壳固定，防震环通过螺丝使进气 口、 排气口与出租车顶灯底壳夹紧。 实施例六 进气口、 排气口设有气流保护装置， 减少气流扰动、 气压不平衡从而给传感器造 成的数据不准确的问题。 进气口、 排气口的气流保护装置包括防絮网、 防风管， 如图 14所示，图 14的防絮网为圆柱形防絮网。防絮滤网通过螺纹（锁扣、点胶、 夹紧）结构与进气口、 排气口固定， 防絮滤网外形可采用半球型、 圆柱形、 长方 体、 圆形平面、 方形平面等， 防絮滤网的材料可以为铁质、 abs、 铜、 尼龙、 纤 维、 不锈钢等。 防絮装置由滤网和底座 （密封圈） 共同组成。 实施例七 防絮网装置内部设置防风管 （防风滤芯）， 防风管可以减少气流扰动、 气压不平 衡从而给传感器造成的数据不准确的问题。防风管可以是直通圆管或者方管状结 构， 图 14中 111结构便是直通圆管形式的防风滤芯， 材料为铝合金、 abs或者 尼龙。 防风滤芯有两种安装方式， 方式一： 内部或外部有螺纹， 通过螺纹固定在防絮滤 网底座、 采样头或排气口。 方式二： 通过压紧的方式， 同时紧固防絮网， 将防风 滤芯压紧在进气口或者排气口上。 实施例八 实施例八是另外一种进排气方式， 进气与排气共同使用一个位置。这种进气和排 气方式采用同轴结构， 这种结构可以是正方形或者圆形。 如图 17所示的圆形的 同轴进排气口， 圆形的外圈 201区域用于排气， 内圈的 202区域用于进气。进气 口和排气口共同套用一个出租车顶灯底壳孔位。 实施例九 实施例九为实施例一方案的一种改进， 这种改进可以减少气流扰动、气压不平衡 从而给传感器造成的数据不准确的问题。如图 6所示，进气缓冲罐、传感器模组、 外置气泵模块、 主控模块、 传输模块安装于出租车顶灯内部； 进气口、 排气口、 防絮网位于出租车顶灯外壳上。 稳定的气流流量可以提高传感器的准确性， 采用气泵进气， 气泵进气可以使得流 量更加稳定。在实施例一方案上， 将负责进气的风扇改为外置气泵模块， 同时去 掉排气缓冲罐。 如图 6所示。 气流依次经过进气口、 进气缓冲罐、 传感器模组、 外置气泵模块， 最终排出出租车顶灯。采用外置气泵装置的顶灯进气口使用防絮 网， 但可以不使用防风管； 同样的排气口使用防絮网， 但可以不使用防风管。 外置气泵模块主要由过滤器、 气泵和消音器组成， 如图 7所示。 改进版的外置气 泵模块由过滤器、 气泵流量调节阀、 气泵和消音器组成， 如图 8所示。 实施例九的大气污染物在线监测设备还可以置于专门设计的外壳中，再将装有大 气污染物在线监测设备的外壳外挂于出租车顶灯下部或者其他部位。 实施例十 进气缓冲罐可以使得气流更加稳定， 降低扰流干扰， 如图 11和图 12所示。 同时 进气缓冲罐可以作为气流分配装置使用，进气缓冲罐根据传感器的数量设置出口 数量。 图 11和图 12为一进四出的进气缓冲罐形式。 图 11为气泵用进气缓冲罐； 图 11 中， 进气缓冲罐罐体的一部分 121的材料可以为柔性材料， 可以进一步降低气泵 进气的波动。 缓冲罐材料可以为铝合金、 塑料、 尼龙、 树脂， 加工工艺根据材料 和结构的不同可以为机加工、 注塑或者铸造形式。 实施例 ^一 为降低湿度对监测数据的影响，在监测设备进气口和传感器气体入口之间设置加 热装置进行除湿， 加热装置可以是 PTC热敏电阻、 电阻丝、 柔性加热片和半导体 制冷片等。在进气口和排气口之间还可以设置湿度检测模块， 当湿度大于启动设 定值时， 系统开启加热装置； 当湿度小于关闭设定值时， 则关闭加热装置。 加热 装置与主控模块有数据和电源连接， 通过主控模块控制加热模块的工作。 图 13为改进版的加热除湿装置， 该改进版加热装置采用半导体制冷片， 半导体 制冷片热端用于加热气体除湿， 冷端连接气泵马达。在工作时热端加热进气进行 除湿， 冷端为气泵马达降温。 实施例十二 监测设备设置反吹功能实现清洁功能， 提高数据的准确和稳定。反吹风扇与主控 模块连接， 由主控模块控制反吹风扇的工作。 方式一： 在缓冲罐与进气口之间加 装反吹风扇， 每隔一定周期（如 24h、 3d、 7d、 15d)暂停传感器的工作， 并开启 反吹风扇， 风向指向进气口， 清除灰尘和异物； 方式二： 将反吹风扇安装在传感 器内部， 每隔一定周期（如 24h、 3d、 7d、 15d)暂停传感器的工作， 并开启反吹 风扇， 直接清理传感器内部灰尘和异物。 实施例十三 大气污染物在线监测设备使用模块支架， 如图 10中 104所示， 利用出租车顶灯 原有螺丝紧固件固定模块支架，固定模块支架不需要对顶灯进行额外改动如钻孔 等操作。 电源、 传感器模组、 主控模块和传输模块固定于模块支架上， 这种方式 方便传感器模组、 主控模块和传输模块的拆卸维修。 实施例十四 大气污染物在线监测设备还可以增设视频采集模块，用于录制记录道路的实际情 况。视频采集模块可以与主控模块相连，通过主控模块控制视频采集模块的工作； 视频采集模块还可以独立运行，数据中心通过无线的方式直接控制视频采集模块 的工作。 实施例十五 出租车顶灯内还可以安装带有自身壳体的大气污染物在线监测设备。监测设备壳 体上的进气口和排气口延伸并穿过出租车顶灯外壳。防絮网和防风管安装于延伸 至出租车顶灯外壳的进气口和排气口上。

Claims

权利要求书
1. 一种大气污染物监测设备， 所述大气污染物监测设备安装在社会运营车辆 上， 所述大气污染物监测设备包含传感器模组 （13)、 定位模块 （11) 和传 输模块 （16) ; 所述传感器模组 （13) 包含至少一个传感器单元； 所述传感 器单元为下列传感器之一： PM 感器、 PM25传感器、 PMi。传感器、 PM10。 传感器、 二氧化硫传感器、 氮氧化物传感器、 臭氧传感器、 一氧化碳传感 器、 VOCs传感器、 TV0C传感器或者多通道颗粒物传感器。
2. 如权利要求 1所述的监测设备， 其特征在于， 所述大气污染物监测设备还包 含主控模块 （15) , 所述传感器模组 （13) 和主控模块 （15) 之间电连接； 所述主控模块 （15) 和传输模块 （16) 之间电连接； 所述定位模块 （11) 与所述传输模块 （16) 之间电连接， 或者所述定位模块 （11) 与所述主控 模块 （15) 之间电连接； 所述定位模块 （11) 是所述主控模块 （15) 上的 一部分， 或者所述定位模块 （11) 是一个独立的模块。
3. 如权利要求 2所述的监测设备， 其特征在于， 所述大气污染物监测设备包含 壳体 （1) ; 所述壳体 （1) 上有进气口 （2) 和排气口 （4)。
4. 如权利要求 3所述的监测设备， 其特征在于， 所述进气口 （2) 与所述传感 器模组 （13) 之间直通， 或由进气管连接。
5. 如权利要求 4所述的监测设备， 其特征在于， 所述进气口 （2) 与所述传感 器模组 （13) 之间还有一个进气缓冲罐 （12)。
6. 如权利要求 4所述的监测设备， 其特征在于， 所述排气口 （4) 与所述传感 器模组 （13) 之间直通， 或由排气管连接。
7. 如权利要求 6所述的监测设备， 其特征在于， 所述排气口 （4) 与所述传感 器模组 （13) 之间还有一个排气缓冲罐 （14)。
8. 如权利要求 3所述的监测设备， 其特征在于， 所述进气口 （2) 处还安装有 防絮网 （112) 和 /或防风管 （111)。
9. 如权利要求 8所述的监测设备， 其特征在于， 所述排气口 （4) 处还安装有 防絮网 （112) 和 /或防风管 （111)。 如权利要求 9所述的监测设备， 其特征在于， 所述防絮网分别通过螺纹、 锁 扣、 点胶或夹紧结构与进气口 （2) 或排气口 （4) 固定； 所述防絮网的外形 采用半球形、 圆柱形、 长方体、 圆形平面或方形平面； 所述防絮网的材料为 铁质、 ABS、 铜、 尼龙、 纤维或不锈钢。 如权利要求 9所述的监测设备， 其特征在于， 所述防风管 （111) 为直通圆 管或方管状结构； 所述防风管的材料为铝合金、 ABS或者尼龙。 如权利要求 3所述的监测设备， 其特征在于， 所述传感器模组 （13) 包含内 部风扇或内部气泵； 所述内部风扇或内部气泵与主控模块 （15) 电连接， 或 通过传感器模组 （13) 与主控模块 （15) 电连接； 所述内部风扇的转速或 者所述内部气泵的流量由主控模块 （15) 控制或调节。 如权利要求 3所述的监测设备， 其特征在于， 所述传感器模组 （13) 由无风 扇、 无气泵的传感器模组 （130) 代替； 所述传感器模组 （130) 包含至少 一个传感器单元； 所述传感器单元为下列传感器之一： PM 感器、 PM25传 感器、 PMi。传感器、 PM1∞传感器、 二氧化硫传感器、 氮氧化物传感器、 臭 氧传感器、 一氧化碳传感器、 VOCs传感器、 TVOC传感器或者多通道颗粒 物传感器； 另有外置风扇 （131) 与所述传感器模组 （130) 连接。 如权利要求 13所述的监测设备， 其特征在于， 所述外置风扇 （131) 与主 控模块 （15) 电连接； 所述外置风扇 （131) 的转速由主控模块 （15) 控制 或调节。 如权利要求 3所述的监测设备， 其特征在于， 所述传感器模组 （13) 由无风 扇、 无气泵的传感器模组 （130) 代替； 所述传感器模组 （130) 包含至少 一个传感器单元； 所述传感器单元为下列传感器之一： PM 感器、 PM25传 感器、 PMi。传感器、 PM1∞传感器、 二氧化硫传感器、 氮氧化物传感器、 臭 氧传感器、 一氧化碳传感器、 VOCs传感器、 TVOC传感器或者多通道颗粒 物传感器； 另有外置气泵模块 （19) 与所述传感器模组 （130) 连接。 如权利要求 15所述的监测设备， 其特征在于， 所述外置气泵模块 （19) 与 主控模块 （15) 电连接； 所述外置气泵模块 （19) 的流量由主控模块
(15) 控制或调节。 如权利要求 15所述的监测设备， 其特征在于， 所述外置气泵模块 （19) 包 含过滤器 （191)、 气泵 （192) 和消音器 （193)。 如权利要求 15所述的监测设备， 其特征在于所述外置气泵模块 （19) 还包 括气泵流量调节阀 （194)。 如权利要求 5所述的监测设备， 其特征在于， 所述进气缓冲罐 （12) 的气流 分配出口的数量与传感器模组 （13) 中传感器单元的数量相匹配。 如权利要求 5所述的监测设备， 其特征在于， 所述进气缓冲罐 （12) 罐体的 一部分 （121) 采用柔性材料。 如权利要求 5所述的监测设备， 其特征在于， 在所述进气口 （2) 和进气缓 冲罐 （12) 之间安装有流量传感器 （17) 和流量控制阀 （18) ; 流量传感器
(17) 和流量控制阀 （18) 通过数据接口与主控模块 （15) 连接。 如权利要求 5所述的监测设备， 其特征在于， 在所述进气口 （2) 与所述传 感器模组 （13) 之间安装有加热装置； 所述加热装置采用 PTC热敏电阻、 电阻丝、 柔性加热片或半导体制冷片。 如权利要求 22所述的监测设备， 其特征在于， 在所述监测设备内还安装有 湿度检测模块； 当湿度大于启动设定值时， 系统开启所述加热装置； 当湿度 小于关闭设定值时， 则关闭所述加热装置。 如权利要求 15所述的监测设备， 其特征在于， 所述进气缓冲罐 （12) 的外 壁上安装有半导体制冷片 （195) ; 所述半导体制冷片 （195) 的热端连接进 气缓冲罐 (12) , 所述半导体制冷片 (195) 的冷端连接气泵 (192) 的马 达。 如权利要求 5所述的监测设备， 其特征在于， 在所述进气口 （2) 和所述进 气缓冲罐 （12) 之间安装有反吹风扇； 所述反吹风扇与主控模块 （15) 电 连接； 所述主控模块 （15) 每隔一定周期暂停所述传感器模组 （13) 的工 作， 开启所述反吹风扇， 清除灰尘和异物。 如权利要求 5所述的监测设备， 其特征在于， 在所述传感器模组内部安装有 反吹风扇； 所述反吹风扇与主控模块 （15) 电连接； 所述主控模块 （15) 每隔一定周期暂停所述传感器模组 （13) 的工作， 开启所述反吹风扇， 清除 灰尘和异物。 如权利要求 5所述的监测设备， 其特征在于， 所述大气污染物监测设备还包 含视频采集模块， 用于录制记录道路的实时情况； 所述视频采集模块与主控 模块 （15) 电连接， 或者所述视频采集模块独立运行， 数据中心通过无线方 式直接控制视频采集模块。 如权利要求 1至 27之一所述的监测设备， 其特征在于， 所述社会运营车辆 为出租车， 所述大气污染物监测设备安装在出租车顶灯内、 出租车顶灯下 面、 后备箱里或出租车底盘下面。 如权利要求 3至 27之一所述的监测设备， 其特征在于， 所述社会运营车辆 为出租车， 所述大气污染物监测设备安装在出租车顶灯内； 所述壳体 （1) 上的进气口 （2) 和排气口 （4) 延伸并穿过出租车顶灯外壳 （10)。 如权利要求 3至 27之一所述的监测设备， 其特征在于， 所述社会运营车辆 为出租车， 所述大气污染物监测设备安装在出租车顶灯内； 所述壳体 （1) 由出租车顶灯的外壳 （10) 代替； 所述进气口 （2) 和排气口 （4) 在出租 车顶灯的外壳 (10) 上。 如权利要求 30所述的监测设备， 其特征在于， 出租车顶灯内包含排气缓冲 罐 （14) ; 所述的排气缓冲罐 （14) 为出租车顶灯的内腔空余空间。 如权利要求 29所述的监测设备， 其特征在于， 所述的进气口 （2) 和排气口
(4) 位于出租车顶灯的底壳 （101) 上， 进气口 （2) 和排气口 （4) 位于 车辆前进方向中轴线的对称两侧， 分别与中轴线的距离相等。 如权利要求 32所述的监测设备， 其特征在于， 所述进气口 （2) 和排气口
(4) 通过防震环与出租车顶灯底壳 （101) 固定。 如权利要求 30所述的监测设备， 其特征在于， 所述的进气口 （2) 和排气口
(4) 位于出租车顶灯的底壳 （101) 上， 进气口 （2) 和排气口 （4) 位于 车辆前进方向中轴线的对称两侧， 分别与中轴线的距离相等。 如权利要求 34所述的监测设备， 其特征在于， 所述进气口 （2) 和排气口 (4) 通过防震环与出租车顶灯底壳 （101) 固定。 如权利要求 30所述的监测设备， 其特征在于， 所述的进气口 （2) 和排气口
(4) 位于出租车顶灯底壳 （101) 上的同一位置； 所述的进气口 （2) 和排 气口 （4) 采用同轴结构； 外圈区域 （201) 用于排气， 内圈区域 （202) 用 于进气。 如权利要求 30所述的监测设备， 其特征在于， 所述大气污染物监测设备还 包含模块支架 （104) ; 所述模块支架 （104) 通过出租车顶灯内原有的螺丝 紧固方式固定； 所述传感器模组 （13)、 定位模块 （11)、 主控模块 （15)、 传输模块 （16) 固定于模块支架 （104) 上。
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