一種簡易pm2.5探測儀裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種簡易PM2.5探測儀裝置，該裝置包括探測儀機構和與探測儀機構配合使用的反射鏡面；其中，探測儀機構包括：外殼、激光發(fā)生和接收模塊、數據處理模塊、顯示模塊和電源；其中，激光發(fā)生和接收模塊包括：激光發(fā)生部、光學系統(tǒng)和光學傳感系統(tǒng)；數據處理模塊包括數據處理器和存儲器；根據本實用新型提供的一種簡易PM2.5探測儀裝置，該裝置外殼的體積小，具有攜帶方便的特點，同時該裝置還具有結構簡單，操作簡便，維護成本低的特點。
【專利說明】—種簡易PM2.5探測儀裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于檢測【技術領域】和環(huán)境保護領域，特別涉及用于對顆粒物進行檢測的一種簡易PM2.5探測儀裝置。
【背景技術】
[0002]顆粒物的成分很復雜，顆粒物的來源主要有自然源和人為源兩種，人為源產生的顆粒物具有很大的危害性。
[0003]自然源包括土壤揚塵(含有氧化物礦物和其他成分)、海鹽(顆粒物的第二大來源，其組成與海水的成分類似)、植物花粉、孢子、細菌等。自然界中的災害事件，如火山爆發(fā)向大氣中排放了大量的火山灰，森林大火或裸露的煤原大火及塵暴事件都會將大量細顆粒物輸送到大氣層中。
[0004]人為源包括固定源和流動源。固定源包括各種燃料燃燒源，如發(fā)電、冶金、石油、化學、紡織印染等各種工業(yè)過程、供熱、烹調過程中燃煤與燃氣或燃油排放的煙塵。流動源主要是各類交通工具在運行過程中使用燃料時向大氣中排放的尾氣。
[0005]PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物。它的直徑還不到人的頭發(fā)絲粗細的1/20。PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質，且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，被稱為大氣污染的元兇。
[0006]近年來，由于工業(yè)生產、汽車尾氣排放以及天氣因素，導致每年我國各大城市都不同程度遭受霧霾污染，PM2.5對環(huán)境的污染已經成為國內外的關注熱點和迫切要解決的問題。由于PM2.5不被人體粘膜阻隔，會直接吸收到人體肺部，對人體造成了巨大的危害，甚至會影響人的壽命。2012年2月，國務院發(fā)布新修訂的《環(huán)境空氣質量標準》增加了 PM2.5監(jiān)測指標。截至2012年12月，全國已有195個站點完成PM2.5儀器安裝調試并試運行，有138個站點開始正式PM2.5監(jiān)測并發(fā)布數據。2013年2月19日環(huán)保部出臺《環(huán)境空氣細顆粒物污染防治技術政策》征求意見稿，政策要點，特別強調了對于工業(yè)源(火電廠、鋼鐵廠等)建議采用高效除塵技術。
[0007]目前，PM2.5監(jiān)測站測量PM2.5濃度時使用的方法一般為重量法、微量振蕩天平法以及Beta射線法。其中，重量法測量PM2.5濃度時需要精密的稱量裝置；微量振蕩天平法測量濃度時需要通過精密系統(tǒng)來得到振蕩頻率變化；Beta射線法測量濃度時更是需要β射線源。這些因素都導致現有的ΡΜ2.5探測儀設備巨大且笨重，不適合隨身攜帶。另外，由于目前ΡΜ2.5探測站點較少，不能對各個地方的ΡΜ2.5濃度值進行監(jiān)測。
[0008]現有專利中記載的相關顆粒物探測裝置，如中國專利申請CN201020209294.6中所公開的一種激光粉塵顆粒物測量裝置及其測量系統(tǒng)，這類系統(tǒng)通過激光檢測顆粒物的濃度，這類裝置應用不便，不便于攜帶，并且其結構復雜，不便于維護。
[0009]現有專利中記載的相關顆粒物探測裝置，如中國專利申請CN201020137634.9中所公開的一種空氣顆粒檢測手機，該類手機雖然具有體積小、應用靈活等特點，然而這類手機需要以手機為基礎，其結構復雜，制作成本高，同時為維護工作帶來了困難。[0010]為了解決上述問題，本發(fā)明人對現有的顆粒物測量裝置進行研究和分析，以便研制出具有體積小、攜帶方便、結構簡單、便于維護和應用靈活的一種簡易PM2.5探測儀裝置。
實用新型內容
[0011]為了解決上述問題，本發(fā)明人進行了銳意研究，結果發(fā)現:設置探測儀機構和與探測儀機構配合使用的反射鏡面；其中，探測儀機構包括:外殼、用于發(fā)射激光信號、接收反射鏡面反射的激光信號并將接收的激光信號轉換成電信號的激光發(fā)生和接收模塊、用于對激光發(fā)生和接收模塊傳遞的電信號進行處理的數據處理模塊、用于顯示最終處理結果的顯示模塊和用于為該探測機構提供電源的電源。
[0012]本實用新型的目的在于提供以下方面:
[0013](I)一種簡易PM2.5探測儀裝置，其特征在于:該裝置包括探測儀機構和用于對探測儀機構發(fā)出的激光進行反射的反射鏡面10 ；
[0014]其中，探測儀機構包括:
[0015]外殼12;
[0016]激光發(fā)生和接收模塊1，其用以向反射鏡面10發(fā)射激光信號并接收由反射鏡面10反射的激光信號，激光發(fā)生和接收模塊I將接收的激光信號轉換成電信號，激光發(fā)生和接收模塊I包括:
[0017]激光發(fā)生部2,其穿過靠近外殼頂端一側的外壁,激光發(fā)生部2的一端設置于外殼內部，激光發(fā)生部2的另一端設置于外殼的外部，激光發(fā)生部2用于向反射鏡面發(fā)射激光信號，
[0018]光學系統(tǒng)3，其設置于外殼的外壁上，光學系統(tǒng)3用于接收由反射鏡面反射的激光信號，和
[0019]光學傳感系統(tǒng)4，其設置于外殼內部，其用于將光學系統(tǒng)3接收的激光信號轉換成電信號；
[0020]數據處理模塊5，其設置于外殼內部的中部，其接收激光發(fā)生和接收模塊I傳遞的電信號并對接收的電信號進行處理，數據處理模塊5將處理結果傳遞到顯示模塊6并對處理結果進行存儲，其中，數據處理模塊5包括數據處理器8，其用于接收光學傳感系統(tǒng)4傳遞的電信號并對接收的電信號進行處理，數據處理器8將處理結果存儲到存儲器9中并將處理結果傳遞到顯示模塊6中；和
[0021]電源7，其設置于外殼內部的底部，電源用于分別向激光發(fā)生和接收模塊1、數據處理模塊5和顯示模塊6提供電源。
[0022](2)如上述(I)所述的一種簡易PM2.5探測儀裝置，其特征在于:光學傳感系統(tǒng)4用于將光學系統(tǒng)3接收的激光信號轉換成電信號；光學傳感系統(tǒng)4包括:
[0023]雪崩光電二極管4a，其設置于外殼內部的中部，雪崩光電二極管4a將光學系統(tǒng)3接收的激光信號轉化為電信號；和
[0024]放大器4b，其設置于外殼內部的中部，放大器4b接收雪崩光電二極管4a轉化的電信號，并增強電信號的電壓或功率。
[0025](3)如上述(I)所述的一種簡易PM2.5探測儀裝置，其特征在于:該裝置測量PMlO和PMl濃度值。
[0026](4)如上述(I)所述的一種簡易PM2.5探測儀裝置，其特征在于:數據處理器8為高通驍龍600處理器。
[0027]根據本實用新型提供的一種簡易PM2.5探測儀裝置，該裝置外殼的體積小，具有攜帶方便的特點，同時該裝置還具有結構簡單，操作簡便，維護成本低的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1示出根據本實用新型一種優(yōu)選實施方式的一種簡易PM2.5探測儀裝置的結構示意圖；
[0029]圖2示出根據本實用新型一種優(yōu)選實施方式的一種簡易PM2.5探測儀裝置的電路圖；
[0030]圖3示出根據本實用新型一種優(yōu)選實施方式的一種簡易PM2.5探測儀裝置的工作原理示意圖。
[0031]附圖標號說明:
[0032]1-激光發(fā)生和接收模塊
[0033]2-激光發(fā)生部
[0034]3-光學系統(tǒng)
[0035]4-光學傳感系統(tǒng)
[0036]4a-雪崩光電二極管
[0037]4b-放大器
[0038]5-數據處理模塊
[0039]6-顯示模塊
[0040]7-電源
[0041]8-數據處理器
[0042]9-存儲器
[0043]10-反射鏡面
[0044]12-外殼
【具體實施方式】
[0045]下面通過對本實用新型進行詳細說明，本實用新型的特點和優(yōu)點將隨著這些說明而變得更為清楚、明確。
[0046]在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實施例。盡管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。
[0047]在根據本實用新型的一個優(yōu)選的實施方式中，如圖1-2中所示，提供一種簡易PM2.5探測儀裝置，其特征在于:該裝置包括探測儀機構和用于對探測儀機構發(fā)出的激光進行反射的反射鏡面10 ；
[0048]其中，探測儀機構包括:
[0049]外殼12 ;[0050]激光發(fā)生和接收模塊1，其用以向反射鏡面10發(fā)射激光信號并接收由反射鏡面10反射的激光信號，激光發(fā)生和接收模塊I將接收的激光信號轉換成電信號，激光發(fā)生和接收模塊I包括:
[0051]激光發(fā)生部2,其穿過靠近外殼頂端一側的外壁,激光發(fā)生部2的一端設置于外殼內部，激光發(fā)生部2的另一端設置于外殼的外部，激光發(fā)生部2用于向反射鏡面發(fā)射激光信號，
[0052]光學系統(tǒng)3，其設置于外殼的外壁上，光學系統(tǒng)3用于接收由反射鏡面反射的激光信號，和
[0053]光學傳感系統(tǒng)4，其設置于外殼內部，其用于將光學系統(tǒng)3接收的激光信號轉換成電信號；
[0054]數據處理模塊5，其設置于外殼內部的中部，其接收激光發(fā)生和接收模塊I傳遞的電信號并對接收的電信號進行處理，數據處理模塊5將處理結果傳遞到顯示模塊6并對處理結果進行存儲，其中，數據處理模塊5包括數據處理器8，其用于接收光學傳感系統(tǒng)4傳遞的電信號并對接收的電信號進行處理，數據處理器8將處理結果存儲到存儲器9中并將處理結果傳遞到顯示模塊6中；和
[0055]電源7，其設置于外殼內部的底部，電源用于分別向激光發(fā)生和接收模塊1、數據處理模塊5和顯示模塊6提供電源。
[0056]在一個優(yōu)選的實施方式中，如圖1中所示，所述激光發(fā)生部2穿過靠近外殼頂端一側的外壁，激光發(fā)生部2的后部設于外殼12的內部；激光發(fā)生部2的前部設于外殼的外部，當使用該裝置時，通過激光發(fā)生部2向反射鏡面發(fā)射激光信號，所述激光發(fā)生部2并無特殊限制，為常規(guī)的激光發(fā)射器
[0057]其中，在本實用新型中，光學系統(tǒng)接收的激光信號為激光發(fā)生部2發(fā)射的激光信號依次經過空氣中PM2.5干擾、反射鏡面10反射和空氣中PM2.5干擾三個過程后的激光信號。
[0058]在一個優(yōu)選的實施方式中，如圖2中所示，反射鏡面10用于接收激光發(fā)生部2發(fā)射的激光信號，并將接收的激光進行反射，射出反射激光，由于激光信號受PM2.5干擾小，因此通過反射鏡面10對激光信號進行反射，增加激光與空氣中PM2.5的作用距離，使得檢測效果明顯。
[0059]其中，該裝置在應用過程中，反射鏡面10與激光發(fā)生和接收模塊I之間距離必須恒定，該裝置在應用中需要調整反射鏡面10的角度，使得反射鏡面10能夠接收到激光發(fā)生和接收模塊I發(fā)射的激光信號同時反射鏡面10反射的反射激光與空氣PM2.5作用后的激光信號能被激光發(fā)生和接收模塊I所接收，這樣才能準確的得到PM2.5的濃度值。
[0060]在一個優(yōu)選的實施方式中，如圖1中所不，所述光學系統(tǒng)3設置于外殼的外壁上，其用于接收反射鏡面反射的激光信號，所述光學系統(tǒng)并無特殊限制，為常規(guī)的激光接收器。
[0061]在一個優(yōu)選的實施方式中，如圖1-2中所示，所述光學傳感系統(tǒng)4用于將光學系統(tǒng)接收的激光信號轉變成電信號，并將轉變后的電信號傳遞到數據處理模塊5 ；
[0062]其中，光學傳感系統(tǒng)4包括:
[0063]雪崩光電二極管4a，其設置于外殼內部的上部，其接收光學系統(tǒng)的接收的激光信號，并將激光信號轉換為電信號，[0064]放大器4b，其接收雪崩光電二極管4a的電信號，并將電信號進行放大，將放大后的電信號傳遞到數據處理器8。
[0065]在這里，所述放大器為常規(guī)的放大器；在本實用新型中，雪崩光電二極管具有體積小和易于便攜的特點，因此雪崩光電二極管有利于減小該裝置體積，使得該裝置更加的易于攜帶。
[0066]在一個優(yōu)選的實施方式中，如圖1-3中所不,所述數據處理器8設置于外殼內部的中部，所述數據處理器用于接收放大器4b傳遞的電信號，并對接收的電信號進行處理，數據處理器8將處理結果存儲于存儲器9上同時數據處理器8將處理結果顯示到顯示模塊6上。
[0067]其中，所述數據處理器8處理電信號的處理步驟(即數據處理器通過接收到的電信號計算出空氣中PM2.5濃度的過程)為:
[0068](I)數據處理器8獲得激光發(fā)生部2發(fā)射的激光信號的強度值；
[0069](2)數據處理器8獲得光學系統(tǒng)3接收的激光信號的強度值；
[0070](3)通過激光強度計算得到空氣中PM2.5濃度:
[0071 ] 其中，在該步驟中，首先根據步驟(I)和(2)計算減弱的激光強度SI，
[0072]其次，由于減弱的激光強度與總散射截面成正比，計算出總散射截面S2，
[0073]最后，總散射截面與顆粒濃度成正比，計算出顆粒濃度S3。
[0074]其中，大氣氣溶膠對激光的散射為一次散射。激光發(fā)生器發(fā)出一定強度的激光信號，激光信號與空氣中顆粒發(fā)生作用，穿過空氣的激光信號的激光強度會減弱，因此，探測器接收到的激光信號為減弱后的激光強度。于是:
[0075]與顆粒作用后減弱的激光強度=發(fā)出的激光信號的強度值-收到的激光信號強度值；
[0076]由于激光強度減弱的原因是由于顆粒的作用，并且這部分減弱的激光強度與總散射截面成正比，有:
[0077]減弱的激光強度=aX總散射截面的b次方+C
[0078]其中，a, b，c是與季節(jié)、氣溶膠形式、氣象條件、激光性質有關的參數。
[0079]最后由總散射截面反演出顆粒的濃度，一般總散射截面與顆粒濃度成正比，則:
[0080]總散射截面=e X顆粒濃度的f次方+g
[0081]其中，e, f, g是考慮到顆粒性質的相關參數。
[0082]其中，a、b、C、e、f、g等參數源于文獻《用后向散射系數計算顆粒物質量濃度的方法研究》(張春光，張玉鈞，韓道文，陳臻懿，劉文清，“環(huán)境光學檢測技術”雜志)這篇文章。
[0083]在一個優(yōu)選的實施方式中，如圖1-2中所示，所述顯示模塊6設置與外殼內部的上部，其用于顯示數據處理器的處理結果。所述顯示模塊為常規(guī)的顯示器。
[0084]根據本實用新型提供的一種簡易PM2.5探測儀裝置，該裝置外殼的體積小，具有攜帶方便的特點，同時該裝置還具有結構簡單，操作簡便，維護成本低的特點。
[0085]以上結合【具體實施方式】和范例性實例對本實用新型進行了詳細說明，不過這些說明并不能理解為對本實用新型的限制。本領域技術人員理解，在不偏離本實用新型精神和范圍的情況下，可以對本實用新型技術方案及其實施方式進行多種等價替換、修飾或改進，這些均落入本實用新型的范圍內。本實用新型的保護范圍以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種簡易PM2.5探測儀裝置，其特征在于:該裝置包括探測儀機構和用于對探測儀機構發(fā)出的激光進行反射的反射鏡面(10)； 其中，探測儀機構包括: 外殼(12)； 激光發(fā)生和接收模塊(1)，其用以向反射鏡面(10)發(fā)射激光信號并接收由反射鏡面(10)反射的激光信號，激光發(fā)生和接收模塊(I)將接收的激光信號轉換成電信號，激光發(fā)生和接收模塊(I)包括: 激光發(fā)生部(2)，其穿過靠近外殼頂端一側的外壁，激光發(fā)生部(2)的一端設置于外殼內部，激光發(fā)生部(2)的另一端設置于外殼的外部，激光發(fā)生部(2)用于向反射鏡面發(fā)射激光信號， 光學系統(tǒng)(3)，其設置于外殼的外壁上，光學系統(tǒng)(3)用于接收由反射鏡面反射的激光信號，和 光學傳感系統(tǒng)(4)，其設置于外殼內部，其用于將光學系統(tǒng)(3)接收的激光信號轉換成電信號； 數據處理模塊(5)，其設置于外殼內部的中部，其接收激光發(fā)生和接收模塊(I)傳遞的電信號并對接收的電信號進行處理，數據處理模塊(5)將處理結果傳遞到顯示模塊(6)并對處理結果進行存儲，其中，數據處理模塊(5)包括數據處理器(8)，其用于接收光學傳感系統(tǒng)(4)傳遞的電信號并對接收的電信號進行處理，數據處理器(8)將處理結果存儲到存儲器(9)中并將處理結果傳遞到顯示模塊(6)中；和 電源(7)，其設置于外殼內部的底部，電源用于分別向激光發(fā)生和接收模塊(I)、數據處理模塊(5 )和顯示模塊(6 )提供電源。
2.如權利要求1所述的一種簡易PM2.5探測儀裝置，其特征在于:光學傳感系統(tǒng)(4)用于將光學系統(tǒng)(3)接收的激光信號轉換成電信號；光學傳感系統(tǒng)(4)包括: 雪崩光電二極管(4a)，將光學系統(tǒng)(3)接收的激光信號轉化為電信號；和 放大器(4b)，接收雪崩光電二極管(4a)轉化的電信號，并增強電信號的電壓或功率。
3.如權利要求1所述的一種簡易PM2.5探測儀裝置，其特征在于:該裝置用于測量PMlO和PMl的濃度值。
4.如權利要求1所述的一種簡易PM2.5探測儀裝置，其特征在于:數據處理器(8)為高通驍龍600處理器。
【文檔編號】G01N15/06GK203595650SQ201320659857
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權日:2013年10月24日
【發(fā)明者】周濤, 林達平, 楊旭, 汝小龍 申請人:華北電力大學