一種智能高效的氣溶膠濃度測量與凈化裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種智能高效的氣溶膠濃度測量與凈化裝置，其特征是，包括氣溶膠切割分離器、氣溶膠稀釋器、光電傳感器、電路處理控制模塊和空氣凈化裝置，所述膠切割分離器通過氣管和氣溶膠稀釋器連接，所述氣溶膠稀釋器通過氣管和光電傳感器連接，所述氣溶膠稀釋器還通過氣管和空氣凈化裝置連接，所述光電傳感器的輸出信號傳輸給電路處理控制模塊。優(yōu)點(diǎn)：測量的準(zhǔn)確性高；凈化效率高；裝置易用性強(qiáng)、維護(hù)成本低，可滿足對室內(nèi)外氣溶膠的有效測量和凈化，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和較高的商業(yè)價值。
【專利說明】
一種智能高效的氣溶膠濃度測量與凈化裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型專利屬于環(huán)境檢測與環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種智能高效的氣溶膠濃度測量與凈化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題越來越多地引起了人們的關(guān)心，尤其是涉及到人類身體健康的空氣污染問題更是備受關(guān)注。眾所周知，工業(yè)生產(chǎn)和生活污染物排放的不斷增加導(dǎo)致大氣氣溶膠懸浮顆粒物濃度顯著增加，降低了大氣能見度，導(dǎo)致霧霾天氣經(jīng)常發(fā)生。近年來，由于出現(xiàn)霧霾天氣且天數(shù)越來越多，這樣的大氣環(huán)境污染已經(jīng)嚴(yán)重影響了人們的日常生活和工作，因而及時有效地檢測和凈化大氣環(huán)境的氣溶膠懸浮物顆粒迫在眉睫。目前，在氣溶膠質(zhì)量濃度測量方面，常見的方法主要分為電學(xué)方法和光學(xué)方法。電學(xué)方法包括電暈帶電離子計(jì)數(shù)法、離心法、撞機(jī)法、篩分法等。光學(xué)方法包括光散射法、光學(xué)成像法、光掃描法、偏振法等。光成像法等相對簡單，但卻得不到粒子的光散射信息。光散射法具有速度快、穩(wěn)定性好、便攜性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)在線測量。因此本實(shí)用新型專利結(jié)合粒徑切割與稀釋處理，采用單粒子光散射法來精確測量氣溶膠質(zhì)量濃度值及其分布。另一方面，在氣溶膠污染的凈化處理方面，通常采用只具有單一過濾網(wǎng)的凈化儀來凈化環(huán)境空氣，凈化效率和效果不夠理想。為了達(dá)到高效率凈化效果，本實(shí)用新型專利在獲取氣溶膠質(zhì)量濃度分布的測量結(jié)果之后，依據(jù)不同粒徑氣溶膠質(zhì)量濃度的高低，智能選擇性開啟針對不同粒徑氣溶膠的凈化層來高效凈化環(huán)境空氣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種智能高效的氣溶膠濃度測量與凈化裝置，并且根據(jù)氣溶膠質(zhì)量濃度分布來自動開啟不同的凈化層，不同凈化層對不同粒徑的氣溶膠有針對性的凈化效果，這樣對氣溶膠分子的凈化更加有效，根據(jù)濃度的高低進(jìn)行選擇性凈化，有力提升了室外內(nèi)空氣的凈化效率，達(dá)到了快速高效的凈化效果。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種智能高效的氣溶膠濃度測量與凈化裝置，其特征是，包括氣溶膠切割分離器、氣溶膠稀釋器、光電傳感器、電路處理控制模塊和空氣凈化裝置，所述膠切割分離器通過氣管和氣溶膠稀釋器連接，所述氣溶膠稀釋器通過氣管和光電傳感器連接，所述氣溶膠稀釋器還通過氣管和空氣凈化裝置連接，所述光電傳感器的輸出信號傳輸給電路處理控制模塊。
[0005]進(jìn)一步的，所述氣溶膠切割分離器采用撞擊式采樣切割和多級采樣。
[0006]進(jìn)一步的，所述空氣凈化裝置優(yōu)選過濾質(zhì)量濃度較大顆粒物，選擇器由多通道方陣選擇開關(guān)組成。
[0007]進(jìn)一步的，所述光電傳感器采用光散射式傳感器。
[0008]進(jìn)一步的，所述氣溶膠稀釋器的氣體通過氣栗吸入光電傳感器。
[0009]進(jìn)一步的，所述電路處理控制模塊包括高速ADC、FPGA和STM32主控制芯片，所述光電傳感器的輸出信號依次傳輸給高速ADC處理、FPGA處理、STM32主控制芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理通信。
[0010]進(jìn)一步的，所述氣溶膠稀釋器和空氣凈化裝置連接的氣管上設(shè)有流量計(jì)。
[0011]進(jìn)一步的，所述氣溶膠稀釋器中的用來稀釋的潔凈氣體采用空氣凈化裝置凈化后的氣體。
[0012]本實(shí)用新型所達(dá)到的有益效果:
[0013]該裝置涉及了氣溶膠的切割分離、稀釋、質(zhì)量濃度測量和凈化。氣溶膠切割分離是為了測量PMlO、PM5.0、PM2.5,PU.0的濃度值，來選擇凈化時的優(yōu)先順序。氣溶膠光電傳感器是單顆粒測量，稀釋氣溶膠有利于得到精確測量值。在氣溶膠質(zhì)量濃度測量時本專利選用了非均勻通道劃分和基于遺傳算法的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行溫濕度補(bǔ)償，大大提高了測量的準(zhǔn)確性。該裝置不但提供了準(zhǔn)確的室內(nèi)外氣溶膠濃度值，還可以對其進(jìn)行智能凈化處理，這樣有利于保護(hù)人們的呼吸道系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)。對于智能凈化處理，針對不同粒徑顆粒物的氣溶膠，提供了不同孔徑大小的活性炭及其過濾網(wǎng)來進(jìn)行吸附，提高了凈化效率。所以根據(jù)室內(nèi)不同粒徑顆粒物的濃度情況，來優(yōu)選凈化順序。本設(shè)計(jì)裝置易用性強(qiáng)、維護(hù)成本低，可滿足對室內(nèi)外氣溶膠的有效測量和凈化，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和較高的商業(yè)價值。
【附圖說明】
[0014]圖1是智能氣溶膠濃度測量與凈化裝置的整體示意圖；
[0015]圖2是氣溶膠濃度測量控制電路示意圖；
[0016]圖3是優(yōu)選過濾順序選擇示意圖；
[0017]圖4是單個凈化過濾裝置示意圖。
[0018]圖中的I是氣溶膠切割分離器的進(jìn)氣口、2是氣溶膠切割分離器、3-6是通道開關(guān)，7是輸出口，8是流量計(jì)，9是氣溶膠稀釋器、10空氣凈化裝置，11是空氣凈化裝置的進(jìn)氣口，12是空氣凈化裝置的出氣口，13是電路處理控制模塊，14是光電傳感器，15是氣栗，16是活性炭過濾網(wǎng)，17是隔離板，18是U型管道，19是某單一凈化器的進(jìn)氣口，20是某單一凈化器的出氣口。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而不能以此來限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0020]如圖1所示，智能氣溶膠濃度測量與凈化裝置包括氣溶膠切割分離器2、氣溶膠稀釋器9、光電傳感器14、電路處理控制模塊13、空氣凈化裝置10。通過氣溶膠切割分離器的進(jìn)氣口 I通入待測空氣，氣溶膠切割分離器是將PMlO、PM5.0、PM2.5、PM1.0氣溶膠分離出來，需要檢測四種不同粒徑顆粒物的質(zhì)量濃度時，就分別打開其對應(yīng)的通道開關(guān)3、4、5、6，此粒徑的顆粒物便會進(jìn)入氣溶膠稀釋器9進(jìn)行稀釋，然后通過光電傳感器14進(jìn)行測量，可以分別測得PMl O、PM5.0、PM2.5、PMl.0的質(zhì)量濃度值。空氣凈化裝置1提供了四種過濾不同粒徑的凈化器，打開空氣凈化裝置10的進(jìn)氣口 11，根據(jù)待測氣體的質(zhì)量濃度的大小情況，優(yōu)先過濾最大濃度值的顆粒物，即開啟其對應(yīng)的凈化器，然后依次凈化質(zhì)量濃度較小的顆粒物。最后由空氣凈化裝置1的出氣口 12輸出潔凈空氣。
[0021]氣溶膠稀釋器9是用來定量的降低待測氣體的質(zhì)量濃度，這樣有利于光電傳感器進(jìn)行單粒子測量。氣溶膠稀釋器9的氣體是由待測氣體和潔凈氣體混合而成，潔凈空氣是由空氣凈化裝置10過濾后經(jīng)輸出口 7進(jìn)入氣室，根據(jù)流量計(jì)8可觀察氣流量，調(diào)整氣閥大小，可以定量的稀釋待測氣體。
[0022]光電傳感器14采用了光散射法測量氣溶膠質(zhì)量濃度。利用氣栗15吸收氣溶膠顆粒進(jìn)入光電傳感器14。當(dāng)氣溶膠粒子經(jīng)過光敏區(qū)時，產(chǎn)生光散射，球面反射鏡收集顆粒的散射光，在利用光電探測器將球面反射鏡的散射光轉(zhuǎn)換成電壓信號，此電壓信號是與其氣溶膠粒徑大小相對應(yīng)的電信號，對后端電壓信號處理就可得到氣溶膠顆粒的濃度。所以，傳感器測量到的是很多電壓脈沖信號，只要對脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，不同峰值的脈沖落入不同的電壓區(qū)間，就可得到電壓脈沖的幅度和脈沖數(shù)目的關(guān)系。所以，利用光學(xué)器件測量氣溶膠時，將測量的電壓脈沖信號幅度分布反演氣溶膠的質(zhì)量濃度。電路處理控制模塊13用于測量光電傳感器輸出的電壓信號，根據(jù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)所預(yù)設(shè)好的計(jì)算公式和補(bǔ)償算法計(jì)算出氣溶膠質(zhì)量濃度值。
[0023]如圖2所示，本實(shí)用新型專利測量控制電路主要由ADC采樣電路、FPGA及其外圍電路、STM32單片機(jī)及其外圍電路組成。光電傳感器對粉塵進(jìn)行測量得出脈沖信號，經(jīng)高速ADC采集和FPGA和STM32的電路進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后得出濃度值，并且運(yùn)用算法處理做濕度補(bǔ)償。測量電路粒子計(jì)數(shù)器的通道劃分對其精度和穩(wěn)定度都會造成不同程度的影響。一般情況下，粒子計(jì)數(shù)器通道數(shù)越多其反演精度也會隨之提高。但隨著粒子通道數(shù)的增加，其難度和成本也在增加，所以選擇好通道數(shù)也很重要。均勻通道劃分簡單，操作起來方便。非均勻通道相對難些，但更符合大氣環(huán)境中粉塵顆粒物的分布特點(diǎn)。本專利采用非均勻通道劃分，非均勻通道劃分是經(jīng)過FPGA內(nèi)部硬件編程得到，這樣具有更高的速度來處理數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)更完整準(zhǔn)確。電路設(shè)計(jì)采用了多種通信方式，可以通過顯示屏直觀的觀察數(shù)據(jù)，還可以通過串口和電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，方便更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，還可以通過WIFI與手機(jī)連接，實(shí)時的將信息傳送給用戶，操作簡單實(shí)用。
[0024]如圖3所示，空氣凈化裝置10的氣溶膠凈化器的過濾順序是可選選擇的，優(yōu)先順序分為4個級別，第I級為最先開啟的過濾器，第2、3、4級順序依次遞減。過濾裝置由活性炭過濾網(wǎng)組成，可充分吸收氣溶膠粉塵雜質(zhì)，并根據(jù)?110、?15.0、?12.5、?11.0的吸收率，做出不同的粒徑大小的活性炭過濾網(wǎng)來最大效率的過濾氣溶膠顆粒物。如圖3所示，室內(nèi)外空氣由空氣凈化裝置10的進(jìn)氣口 11進(jìn)入，氣流的流通走向由A~P通道選擇開關(guān)控制，A~D均有兩個進(jìn)氣口、一個出氣口，E~P均有一個進(jìn)氣口、一個出氣口，其中三角符號表示進(jìn)出氣口的方向。器件a~d分別對應(yīng)著PM10、PM5.0、PM2.5、PM1.0凈化器。通過控制A~P的進(jìn)氣口和出氣口的開合，可以任意組成一組通過a~d凈化器的順序。優(yōu)選凈化順序提高了凈化效率，節(jié)省了凈化時間，最后凈化好的空氣由整個凈化器的空氣凈化裝置的出氣口 12導(dǎo)出。
[0025]其中會有24種不同的過濾順序，作為舉例，假若測得的不同顆粒粒徑的質(zhì)量濃度大小依次為?110、?15.0、?12.5、?11.0，經(jīng)過單片機(jī)的內(nèi)置算法處理后，打開&、13、(3、(1的上進(jìn)氣口和下出氣口，打開A的上進(jìn)氣口和出氣口，打開N、K、H的進(jìn)氣口和出氣口，則氣體流經(jīng)的路徑為:由空氣凈化裝置的進(jìn)氣口 11進(jìn)入，則可由A進(jìn)入PMlO過濾器a;氣體由a出氣口出，經(jīng)N進(jìn)入PM5.0過濾器b;氣體由b出氣口出，經(jīng)K進(jìn)入PM2.5過濾器c;氣體由c出氣口出，經(jīng)H進(jìn)入PMl.0過濾器d。其余選擇通道開關(guān)均未開啟，所以氣流的流經(jīng)通道為A—a—N—b—K—c—H—d，最后開啟d的右出氣口，經(jīng)Q將潔凈氣體排出。根據(jù)不同粒徑質(zhì)量濃度情況，單片機(jī)會根據(jù)算法開啟一組通道選擇開關(guān)，這樣提高了凈化效率。
[0026]如圖4所示，待凈化的空氣可由某單一凈化器的進(jìn)氣口 19導(dǎo)入，經(jīng)過層層迂回環(huán)繞疊加的活性炭過濾網(wǎng)16凈化氣溶膠顆粒物，經(jīng)隔離板17進(jìn)行隔離，由U型管道18相連接，層層迂回環(huán)繞疊加方式可使得氣溶膠顆粒與活性炭過濾網(wǎng)實(shí)現(xiàn)充分接觸，從而提高了凈化效率，最后凈化后的空氣由某單一凈化器的出氣口 20導(dǎo)出。
[0027]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能高效的氣溶膠濃度測量與凈化裝置，其特征是，包括氣溶膠切割分離器、氣溶膠稀釋器、光電傳感器、電路處理控制模塊和空氣凈化裝置，所述膠切割分離器通過氣管和氣溶膠稀釋器連接，所述氣溶膠稀釋器通過氣管和光電傳感器連接，所述氣溶膠稀釋器還通過氣管和空氣凈化裝置連接，所述光電傳感器的輸出信號傳輸給電路處理控制模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能高效的氣溶膠濃度測量與凈化裝置，其特征是，所述氣溶膠切割分離器采用撞擊式采樣切割和多級采樣。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能高效的氣溶膠濃度測量與凈化裝置，其特征是，所述空氣凈化裝置根據(jù)待測氣體的質(zhì)量濃度的大小情況優(yōu)選過濾質(zhì)量濃度較大顆粒物，選擇器由多通道方陣選擇開關(guān)組成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能高效的氣溶膠濃度測量與凈化裝置，其特征是，所述光電傳感器采用光散射式傳感器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能高效的氣溶膠濃度測量與凈化裝置，其特征是，所述氣溶膠稀釋器的氣體通過氣栗吸入光電傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能高效的氣溶膠濃度測量與凈化裝置，其特征是，所述電路處理控制模塊包括高速ADC、FPGA和STM32主控制芯片，所述光電傳感器的輸出信號依次傳輸給高速ADC處理、FPGA處理、STM32主控制芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理通信。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能高效的氣溶膠濃度測量與凈化裝置，其特征是，所述氣溶膠稀釋器和空氣凈化裝置連接的氣管上設(shè)有流量計(jì)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能高效的氣溶膠濃度測量與凈化裝置，其特征是，所述氣溶膠稀釋器中的用來稀釋的潔凈氣體采用空氣凈化裝置凈化后的氣體。
【文檔編號】G01N15/06GK205461441SQ201620249221
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】張加宏, 劉毅, 顧芳, 劉進(jìn), 沈雷, 冒曉莉
【申請人】南京信息工程大學(xué)