專利名稱：具有濕度校正的光散射式顆粒物在線監(jiān)測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種環(huán)境在線監(jiān)測儀，特別是用于測定大氣環(huán)境、大氣污染源可 吸入顆粒物指標的環(huán)境在線監(jiān)測儀器。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)經(jīng)濟的迅速發(fā)展，大氣污染問題越來越嚴重，空氣中的可吸入顆粒物(以 下簡稱顆粒物)給人們的身體健康帶來了嚴重的危害。據(jù)統(tǒng)計，全國75%城市的大氣主要污 染物是可吸入顆粒物，而北京PM10作為首要污染物的天數(shù)比例高達95%。如何識別主要污 染源并對污染源采取防治措施從而改善城市空氣質(zhì)量，是今后大氣環(huán)境治理的首要任務(wù)。 要有效掌握顆粒物的污染排放情況和擴散規(guī)律，需要先進的監(jiān)測手段和大量的監(jiān)測設(shè)備。目前用于監(jiān)測空氣中顆粒物的方法主要有濾膜稱重法、微量天平法、0射線法和 光散射法。濾膜稱重法是顆粒物質(zhì)量濃度測定的基本方法，原理簡單，測定數(shù)據(jù)可靠，但在 測定過程操作煩瑣、費時、采樣儀笨重缺點，不能立即給出測試結(jié)果，不能實現(xiàn)在線監(jiān)測；微 量天平法可以實現(xiàn)在線監(jiān)測，實時性較好，可以幾分鐘完成一次測量，但測量時溫度、濕度 影響較大，且儀器笨重、環(huán)境要求高，不能在室外隨意安裝邛射線吸收法可以實現(xiàn)在線監(jiān) 測，但在較干凈的空氣中，需要較長的累計時間，儀器靈敏度和實時性較差；光散射法屬流 動測定法，可以實時在線監(jiān)測空氣中顆粒物的濃度，實時性和重復(fù)性非常好，儀器體積小， 重量輕，操作簡便，噪音低，穩(wěn)定性好，是顆粒物在線實時監(jiān)測的理想選擇。光散射式測量儀器應(yīng)用方便并且穩(wěn)定性好，但是其受氣候因素影響較大，特別是 相對濕度對儀器的測量數(shù)據(jù)存在很大影響，因此在大霧或雨雪等相對濕度較大的天氣下會 造成光散射式顆粒物監(jiān)測儀測試數(shù)據(jù)的較大誤差。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種具有濕度校正功能的光散射式大氣可吸入顆粒物 在線監(jiān)測儀器，克服傳統(tǒng)光散射式儀器中由于相對濕度給儀器所帶來的測量誤差。該實用新型的檢測精度可滿足國家對可吸入顆粒物監(jiān)測儀器檢定的要求，同時該 儀器測量周期短，測量值準確可靠，集成了濕度傳感器，并利用濕度數(shù)據(jù)對顆粒物濃度數(shù)據(jù) 進行修正，既繼承了傳統(tǒng)光散射式顆粒物測量儀器的優(yōu)點，同時又可以實時利用相對濕度 數(shù)據(jù)對儀器所測顆粒物濃度數(shù)據(jù)進行修正，大大提高了光散射式儀器的可靠性。為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是一種具有濕度校正的光散射式顆粒 物在線監(jiān)測儀，其特征在于由顆粒物測量模塊、濕度測量模塊、控制模塊、過濾緩沖模塊、采 樣氣泵及電源模塊組成，顆粒物測量模塊的進氣管與大氣相通，顆粒物測量模塊的出氣管 與過濾緩沖模塊的進氣口相連，過濾緩沖模塊的出氣口與采樣氣泵相連，采樣氣體通過顆 粒物測量模塊，由顆粒物測量模塊進行顆粒物測量，控制模塊控制顆粒物測量模塊和濕度 測量模塊的運行，所述采樣模塊中的采樣氣泵采用薄膜泵。本實用新型的具有濕度校正的光散射式顆粒物在線監(jiān)測儀，顆粒物測量模塊由光源、光束整形模塊、測量室、光電轉(zhuǎn)換模塊及光陷阱組成。本實用新型的具有濕度校正的光散射式顆粒物在線監(jiān)測儀，濕度測量模塊主要由 濕度傳感器及其采集電路組成。本實用新型的具有濕度校正的光散射式顆粒物在線監(jiān)測儀，所述的控制模塊由控 制器、外部接口及外部設(shè)備組成，其中控制器由主控器、數(shù)據(jù)采集器組成，外部設(shè)備包括鍵 盤和顯示屏。本實用新型的具有濕度校正的光散射式顆粒物在線監(jiān)測儀，電源模塊由電源電壓 轉(zhuǎn)換模塊、蓄電池、太陽控制器及太陽能電池板組成。儀器由采樣氣泵、過濾緩沖模塊及顆粒物測量模塊的氣體流通通道共同完成氣體 采樣，采樣氣體流經(jīng)顆粒物測量模塊，在顆粒物測量模塊，光源所發(fā)出的光經(jīng)光束整形模塊 整形得到所需的光束形狀，當攜帶一定顆粒的采樣氣流穿過光束時便會散射一定的光，通 過收集其散射光，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換模塊，將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺尚盘栒{(diào)理電路完成電信號的 放大、濾波，儀器的控制模塊控制儀器完成此電信號采集并且采集濕度傳感器信號，進行兩 信號的數(shù)據(jù)融合，最終得到修正后的顆粒物濃度數(shù)據(jù)，大大消除了由于大氣相對濕度給基 于光散射原理的測量儀器所帶來的影響，在很大程度上提高了測量精度。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作出說明。

圖1為本實用新型實例的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為本實用新型實例的自動測量流程示意圖。圖1中細線為信號線，包括信號輸出、輸入等線路。
具體實施方式
如圖1所示具有濕度校正的光散射式顆粒物在線監(jiān)測儀的實例，儀器主要由以 下幾個模塊組成，包括顆粒物測量模塊8、濕度測量模塊6、控制模塊5、過濾緩沖模塊9、采 樣氣泵10及電源模塊1，控制模塊同時控制顆粒物測量模塊和濕度測量模塊，即控制模塊 在通過獲取由顆粒物散射光信號所產(chǎn)生的電信號作為計算顆粒物濃度數(shù)據(jù)的重要依據(jù)的 同時，采集由濕度傳感器所獲取的大氣環(huán)境相對濕度數(shù)據(jù)。首先講一下氣體采樣過程，采樣過程為被動式采樣，采樣氣泵以一定的流速抽取 采樣氣體，氣體通過顆粒物測量模塊的進氣管進入測量室17，進行測量，氣體通過測量室后 進入過濾緩沖裝置，最后經(jīng)采樣氣泵的出氣嘴排出儀器外殼。進氣管的主要作用為保證氣 體以一定的速度通過測量室，而過濾緩沖裝置的主要作用則是獲得穩(wěn)定的氣流，并且保護 氣泵。本氣體采樣模塊的穩(wěn)定保證儀器正常運行。上述的采樣氣泵采用薄膜泵，采用配套的泵管，根據(jù)采樣的流量要求選用不同的 采樣泵。顆粒物測量模塊負責(zé)收集進入測量室的采樣氣體中的顆粒物的散射光，完成最終 的信號測量，其光路部分主要由激光光源16，光束整形單元及光陷阱18組成，配備配套的 信號處理裝置7 (信號調(diào)理放大裝置)，由控制模塊實現(xiàn)信號的采集，數(shù)據(jù)采集模塊完成數(shù)據(jù) 的采集，根據(jù)標定的曲線初步計算出顆粒物濃度值。[0021]濕度測量模塊主要完成大氣環(huán)境相對濕度的測量，濕度傳感器通過獲取空氣中相 對濕度數(shù)據(jù)將其轉(zhuǎn)換為O 3V的電壓信號，由控制模塊實現(xiàn)信號的采集，數(shù)據(jù)采集模塊完 成數(shù)據(jù)的采集，根據(jù)標定的曲線計算出大氣的相對濕度數(shù)據(jù)?？刂颇K是由控制器、外部接口及外部設(shè)備組成，如圖1中控制器15是儀器的控 制核心，由主控器、數(shù)據(jù)采集器等組成，可根據(jù)核心程序中規(guī)定的采樣間隔，完成對顆粒物 濃度數(shù)據(jù)及大氣相對濕度數(shù)據(jù)的采集，并通過內(nèi)嵌的算法進行數(shù)據(jù)融合，利用相對濕度數(shù) 據(jù)對顆粒物濃度數(shù)據(jù)進行修正，最終得到修正后的顆粒物濃度數(shù)據(jù)，即為最終的測量結(jié)果。 外部設(shè)備主要包括鍵盤2和顯示屏3，儀器的狀態(tài)、數(shù)據(jù)等信息通過顯示屏幕3展示給用戶， 通過鍵盤2實現(xiàn)各種功能操作，這是外設(shè)部分完成的功能。電源模塊1主要為儀器的運行提供電源，電壓轉(zhuǎn)換模塊14主要是將蓄電池12輸 出的12V電壓轉(zhuǎn)換為儀器各元器件所需的電壓，太陽能電池11通過太陽能控制器13，可對 蓄電池進行充電，不僅使儀器適用于無市電的野外操作，而且節(jié)能環(huán)保。如圖1所示，外部接口 4，即儀器的外圍接口為RS232通訊接口，通過外接相關(guān)設(shè)備 可完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的導(dǎo)出，串口指令的接收與發(fā)送，實現(xiàn)與外部的交互。儀器上電后即可自動運行，無需人工操作。儀器提供的主要功能包括曲線校正、數(shù)據(jù)存儲、參數(shù)設(shè)置等。下面講述儀器的工作流程，如圖2所示。儀器工作時，首先采樣氣泵抽取氣體，采 樣氣體通過進氣管進入測量室，在測量室中，采樣氣體中顆粒物通過光束區(qū)域產(chǎn)生光脈沖 信號，通過光電轉(zhuǎn)換模塊將光脈沖信號轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，然后通過信號調(diào)理電路對此脈 沖信號進行放大濾波，接著通過高速數(shù)據(jù)采集處理電路對此脈沖信號進行采集、檢出、識別 與計數(shù)，并將此數(shù)據(jù)傳輸至微控制器進行計算與處理得到顆粒物濃度數(shù)據(jù)，與此同時微控 制器接收采集的濕度傳感器信號，通過計算與處理得到相對濕度數(shù)據(jù)，并通過內(nèi)嵌的算法 進行數(shù)據(jù)融合，利用相對濕度數(shù)據(jù)對顆粒物濃度數(shù)據(jù)進行修正，最終得到修正后的顆粒物 濃度數(shù)據(jù)，即為最終的測量結(jié)果，完成一次測量過程。
權(quán)利要求1.一種具有濕度校正的光散射式顆粒物在線監(jiān)測儀，其特征在于由顆粒物測量模塊、 濕度測量模塊、控制模塊、過濾緩沖模塊、采樣氣泵及電源模塊組成，顆粒物測量模塊的進 氣管與大氣相通，顆粒物測量模塊的出氣管與過濾緩沖模塊的進氣口相連，過濾緩沖模塊 的出氣口與采樣氣泵相連，采樣氣體通過顆粒物測量模塊，由顆粒物測量模塊進行顆粒物 測量，控制模塊控制顆粒物測量模塊和濕度測量模塊的運行，所述采樣模塊中的采樣氣泵 采用薄膜泵。
2.如權(quán)利要求1所述的具有濕度校正的光散射式顆粒物在線監(jiān)測儀，其特征在于顆 粒物測量模塊由光源、光束整形模塊、測量室、光電轉(zhuǎn)換模塊及光陷阱組成。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的具有濕度校正的光散射式顆粒物在線監(jiān)測儀，其特征在 于濕度測量模塊主要由濕度傳感器及其采集電路組成。
4.如權(quán)利要求3所述的具有濕度校正的光散射式顆粒物在線監(jiān)測儀，其特征在于所 述的控制模塊由控制器、外部接口及外部設(shè)備組成，其中控制器由主控器、數(shù)據(jù)采集器組 成，外部設(shè)備包括鍵盤和顯示屏。
5.如權(quán)利要求4所述的具有濕度校正的光散射式顆粒物在線監(jiān)測儀，其特征在于所 述的電源模塊由電源電壓轉(zhuǎn)換模塊、蓄電池、太陽控制器及太陽能電池板組成。
專利摘要一種具有濕度校正的光散射式顆粒物在線監(jiān)測儀，由顆粒物測量模塊、濕度測量模塊、控制模塊、過濾緩沖模塊、采樣氣泵及電源模塊組成，控制模塊控制顆粒物測量模塊及濕度測量模塊的運行并采集其模塊狀態(tài)，通過顯示屏、鍵盤實現(xiàn)人機交互，控制模塊內(nèi)嵌算法可實現(xiàn)顆粒物測量與濕度測量的數(shù)據(jù)融合，利用相對濕度數(shù)據(jù)對顆粒物濃度數(shù)據(jù)進行修正，得到最終的測量結(jié)果，大大消除了由于相對濕度數(shù)據(jù)對于普通光散射顆粒物測量儀器所帶來的影響，提高了測量數(shù)據(jù)的準確性。
文檔編號G01N1/14GK201788149SQ20102052700
公開日2011年4月6日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:北京環(huán)科環(huán)保技術(shù)公司