一種基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置，其特征在于，由監(jiān)測裝置和信息模塊構成；其中，監(jiān)測裝置包括：氣室主體、帶準直透鏡的半導體激光器、光電接收器、第一主控模塊、第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊；所述的帶準直透鏡的半導體激光器安置于氣室主體的一側內面上，對側內面上安設有光電接收器，光電接收器連接第一主控模塊，第一主控模塊連接第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊；信息模塊包括：第二數(shù)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、第二主控模塊、顯示模塊、操作模塊，第二數(shù)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊連接第二主控模塊、第二主控模塊連接顯示模塊和操作模塊，顯示模塊為無線連接方式連接，實現(xiàn)了無線查看實時、實地的霧霾強度，提示人們做好及時防護和出行安全警示。
【專利說明】一種基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置，屬地面氣象監(jiān)測【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著工業(yè)化進程的不斷發(fā)展，霧霾天氣問題也逐步突出。近年來的霧霾天氣持續(xù)長，嚴重影響到人們的生產活動，霧霾的強度大小直接影響到人們的身體健康和交通安全，為了減輕霧霾污染危害，首先要對霧霾強度監(jiān)測，準確地找到霧霾產生的源頭，并加以控制，實時提醒人們及時防護并為空氣凈化提供先決條件。
[0003]目前，我國主要通過PM2.5觀測站和利用氣象衛(wèi)星搭載的各種傳感器，接收和測量地球及其大氣層的可見光、紅外和微波輻射等信息，地面站將衛(wèi)星傳來的圖像信號進行處理和計算，得到霧霾的分布、強度等信息。人們主要通過天氣預報了解針對城市地區(qū)和廣闊區(qū)域霧霾強度信息，未具體涉及小范圍區(qū)域霧霾強度精準信息。市面上出售有關霧霾監(jiān)測的產品，其中PM2.5監(jiān)測儀價格昂貴，使用時間長后因顆粒物附著儀器降低了測量精準度。

【發(fā)明內容】

[0004]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術缺陷，提供一種基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置。
[0005]為達到上述目的，本實用新型通過以下結構完成:基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置由氣室主體與信息模塊組成；
[0006]氣室主體內有三個獨立的密封空腔，其中氣室主體的側部空腔為采光室，氣室主體的上部空腔為采樣氣室(3)，氣室主體的下部空腔為標準氣室(6);采樣氣室(3)側部和標準氣室(6)側部各通過一個進光口與米光室相通，每個進光口處各裝有一塊透光玻璃⑶，
[0007]采光室的側部裝有帶準直透鏡的半導體激光器(I)，采光室的上部裝有分束鏡
(7)，采光室的下部裝有反射鏡(10)，分束鏡(7)設于采樣氣室(3)進光一側的透光玻璃
(8)后面,反射鏡(10)設于標準氣室(6)進光一側的透光玻璃(8)后面，
[0008]采樣氣室(3)頂部裝有吸氣裝置(2)，吸氣裝置(2)與采樣氣室(3)相通，采樣氣室(3)內的底部側部設置有一個采樣氣體出口(4)和裝有一個光電接收器(5)，采樣氣室(3)的內部左右兩側裝有鍍膜平面反射鏡(12)，
[0009]標準氣室(6)側部各通過一個透光玻璃(8)進光口處與米光室相通,標準氣室
(6)的內部左右兩側裝有鍍膜平面反射鏡(12)，標準氣室(6)內的底部內側裝有一個光電接收器(5)；
[0010]所述光電接收器(5)與第一主控模塊連接，第一主控模塊與第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊連接；[0011]信息模塊由第二數(shù)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、第二主控模塊、顯示模塊和操作模塊組成，第二數(shù)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊與第二主控模塊連接，第二主控模塊與顯示模塊和操作模塊連接，顯示模塊帶顯示及無線連接方式；信息模塊裝在采光室空隙位置；
[0012]反射鏡平行度控制器(9)安裝在采樣氣室(3)和標準氣室(6)右側鍍膜平面反射鏡(12)后面與主體氣室右側板之間位置。
[0013]光電接收器(5)、反射鏡平行度控制器(9)、帶準直透鏡的半導體激光器(I)和信息模塊通過導線與電原連接。
[0014]所述鍍膜平面反射鏡(12)為鍍鋁膜平面反射鏡，鍍鋁膜平面反射鏡表面涂有一層表面平整、連續(xù)且顆粒均勻致密的二氧化鈦。
[0015]所述反射鏡平行度控制器(9)是通過壓電陶瓷材料的逆壓電效應制成的驅動器。
[0016]吸氣裝置(2)具有左右兩個側部開口。
[0017]帶準直透鏡的半導體激光器(I)能產生紅外激光。
[0018]所述顯示模塊經連接的信息模塊數(shù)據(jù)收發(fā)模塊接收到數(shù)據(jù)，通過單片機控制并顯示當前對應的霧霾強度，顯示模塊同時具有無線接收功能并顯示功能。
[0019]所述標準氣室(6)內裝有凈化的標準干燥空氣。
[0020]所述氣室主體外側底部裝有四個減震裝置(11)。
[0021]本實用新型具有工作穩(wěn)定、能快速、便捷、精準、實時、實地的進行霧霾強度監(jiān)測，其成本低廉，可以廣泛的分布各監(jiān)測區(qū)域，能在氣象監(jiān)測和人們生活中得以廣泛應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置的氣體主室結構示意圖。
[0023]圖2為本實用新型基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置氣體主室內部的光路線圖。
[0024]圖3為本實用新型基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置各部件連接關系示意框圖。
[0025]其中:1_帶準直透鏡的半導體激光器，2-吸氣裝置，3-采樣氣室，4-采樣氣體出口，5-光電接收器，6-標準氣室，7-分束鏡，8-透光玻璃，9-反射鏡平行度控制器，10-反射鏡，11-減震裝置，12-鍍膜平面反射鏡。
【具體實施方式】
[0026]本實用新型基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置由由氣室主體與信息模塊組成；
[0027]氣室主體內有三個獨立的密封空腔，其中氣室主體的側部空腔為采光室，氣室主體的上部空腔為采樣氣室3，氣室主體的下部空腔為標準氣室6 ;采樣氣室3側部和標準氣室6側部各通過一個進光口與米光室相通，每個進光口處各裝有一塊透光玻璃8,
[0028]采光室的側部裝有帶準直透鏡的半導體激光器1，采光室的上部裝有分束鏡7，采光室的下部裝有反射鏡10，分束鏡7設于采樣氣室3進光一側的透光玻璃8后面，反射鏡10設于標準氣室6進光一側的透光玻璃8后面，[0029]采樣氣室3頂部裝有吸氣裝置2，吸氣裝置2與采樣氣室3相通，采樣氣室3內的底部側部設置有一個采樣氣體出口 4和裝有一個光電接收器5，采樣氣室3的內部左右兩側裝有鍍膜平面反射鏡12，
[0030]標準氣室6側部各通過一個透光玻璃8進光口處與采光室相通，標準氣室6的內部左右兩側裝有鍍膜平面反射鏡12，標準氣室6內的底部內側裝有一個光電接收器5 ；
[0031]所述光電接收器5與第一主控模塊連接，第一主控模塊與第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊連接;
[0032]信息模塊由第二數(shù)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、第二主控模塊、顯示模塊和操作模塊組成，第二數(shù)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊與第二主控模塊連接，第二主控模塊與顯示模塊和操作模塊連接，顯示模塊帶顯示及無線連接方式；信息模塊裝在采光室空隙位置；
[0033]反射鏡平行度控制器9安裝在采樣氣室3和標準氣室6右側鍍膜平面反射鏡12后面與主體氣室右側板之間位置。
[0034]光電接收器5、反射鏡平行度控制器9、帶準直透鏡的半導體激光器)和信息模塊通過導線與電原連接。
[0035]監(jiān)測裝置主要包括帶準直透鏡的半導體激光器1、氣室主體、光電接收器5、放大整形、A/D轉換、主控模塊、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、反射鏡平行度控制器9 ;信息模塊包括:數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、主控模塊、顯示模塊和操作模塊；
[0036]所述氣室主體外側底部裝有四個減震裝置11，以防止因振動影響監(jiān)測裝置工作精度。
[0037]所述氣室主體主要包括:標準氣室6和米樣氣室3 ；
[0038]其中標準氣室6內裝有凈化的標準干燥空氣，標準氣室6的作用:一是有效地抑制了帶準直透鏡半導體激光器工作時間長后發(fā)熱，帶來的激光器輸出功率波動而造成的監(jiān)測誤差，二是可以削弱光在采樣氣團和標準空氣相同成分吸收所帶來的監(jiān)測誤差。
[0039]工作時所采集霧霾氣團實時通過吸氣裝置2的左右兩側開口進入采樣氣室3，經過氣流緩沖均勻進入采樣氣室3內，這利于所采集霧霾氣團樣本均勻的分布在采樣氣室3內，所采集霧霾氣團越均勻地分布，越利于提高檢測數(shù)據(jù)的精準度，最后所采集霧霾氣團經過采樣氣體出口 4出口處流出。
[0040]采樣氣室3和標準氣室6內壁兩側都裝有鍍膜平面反射鏡(鍍鋁膜平面反射鏡)12，目的是提高反射鏡10所反射紅外激光的反射率，降低紅外激光在采樣氣室3和標準氣室6中的損耗。
[0041]其中鍍鋁膜平面反射鏡12，由于未經保護的鋁膜表面在氣室主體中會生成一層薄的氧化鋁膜層，從而導致其反射率隨時間推移迅速下降。因此在鋁膜外面再加一層表面平整、連續(xù)、顆粒均勻致密的二氧化鈦，起到保護作用；
[0042]帶準直透鏡的半導體激光器I能產生紅外激光。
[0043]霧霾包括霧和霾,其主要成分是水、二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物,其主要成分在紅外波長范圍的峰值吸收譜線區(qū)域較集中；
[0044]其中紅外激光經過準直透鏡后形成一束光線，后經過分束鏡7得到兩路光強度相同的光；
[0045]其中一路光通過采樣氣室3的透光玻璃8進入采樣氣室3內；[0046]其中另一路光經過反射鏡10后，再經過標準氣室6的透光玻璃8進入標準氣室6內；
[0047]兩路光分別在標準氣室6和采樣氣室3兩個氣室內進行多次反射折射后，最后照射到各自氣室內與光對應的光電接收器5上；通過反射鏡平行度控制器9調整工作光在兩氣室內走的幾何路程相同。
[0048]如果霧霾強度變化，光源發(fā)出的光被霧霾顆粒物的吸收和反射增加，到達光電接收器5的光強也會改變，從而導致光電探測器輸出信號的有強弱變化；
[0049]所述光電探測器是采用光電傳感器工作在線性范圍的光電二極管；
[0050]其中光電探測器檢測出其接收到的光強的變化，通過把光強度的變化轉換成電信號的變化；再將信號放大整形、A/D轉換后輸送給主控模塊的單片機進行數(shù)據(jù)處理；
[0051]所得數(shù)據(jù)處理結果是將標準氣室6電信號D2和采樣氣室3電信號Dl之差得到Q，即D2-D1=Q，且可知Q≥0，Q 值與霧霾強度成線性關系；
[0052]其中A/D轉換是由ADC0804芯片為核心的轉換電路構成；
[0053]所述主控模塊是STC12C5A60S2單片機為核心的最小系統(tǒng)構成；
[0054]所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊是以SI4432為核心的收發(fā)電路，利用SI4432無線收發(fā)芯片體積小、功耗低、工作在240— 960MHZ頻段范圍內，且具有最大輸出功率可達+20DBm等優(yōu)點，滿足了模塊的小型化、功耗低、傳輸性能強要求；
[0055]所述顯示模塊是信息模塊的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊接收數(shù)據(jù)，通過單片機控制并顯示當前Q值所對應的霧霾強度，實現(xiàn)無線接收并顯示功能；
[0056]所述反射鏡平行度控制器9是通過壓電陶瓷材料的逆壓電效應制成的驅動器。利用其精度高、響應速度快、位移分辨率高等優(yōu)點來調整鍍膜平面反射鏡12的平行度，解決了由于溫度變化影響氣體主室形變造成的鍍膜平面反射鏡12的平行度改變所帶來的監(jiān)測誤差問題；
[0057]所述控制模塊是:通過信息模塊的收發(fā)模塊無線地將控制信號發(fā)送給監(jiān)測裝置，監(jiān)測裝置的單片機控制反射鏡平行度控制器9，即改變壓電陶瓷的驅動電路電壓大小，達到精準控制反射鏡10面角度和精度調整鍍膜平面反射鏡12。
[0058]如圖3所示，基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置各模塊功能框圖，將帶有減震裝置11的監(jiān)測裝置放置霧霾被監(jiān)測區(qū)域；
[0059]如圖1所示，基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置的氣體主室外觀圖，所采集霧霾氣團樣品通過吸氣裝置2后，經過緩沖均勻充滿采樣氣室3后從采樣氣體出口 4出去；
[0060]如圖2所示，基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置氣體主室內部光路線圖。帶準直透鏡的半導體激光器I發(fā)射出來的激光通過分束鏡7后得到兩路激光，一路透過透光玻璃8進入采樣氣室3，另一路經反光鏡后透過透光玻璃8進入標準氣室6 ；
[0061]激光在分別在兩氣室鍍膜平面反射鏡12之間多次反射后照射到光電接收器5上；
[0062]光電接收器5所感應到的光強信號轉化為電信號，經過放大整形、A/D轉換、數(shù)據(jù)處理得到采樣輸出Dl和標準輸出信號D2，將D2和Dl之差得到值Q，即:D2_D1=Q，實時監(jiān)測得到的Q值；[0063]通過監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，信息模塊數(shù)據(jù)收發(fā)模塊接收到數(shù)據(jù)，通過單片機控制顯示模塊顯示出當前Q值對應的霧霾強度信息；
[0064]信息模塊或者信息屏可以隨身攜帶，無線查看實時、實地了解當?shù)仂F霾強度，提示人們及時做好防護和出行安全警示，環(huán)保部門或環(huán)保志愿者等也可以根據(jù)實時、實地的霧霾強度信息來采取因地適宜的凈化處理環(huán)保方案；
[0065]通過控制模塊無線控制反射鏡平行度控制器9達到精度調整鍍膜平面反射鏡12平行度。
【權利要求】
1.一種基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置，其特征在于霧霾強度無線監(jiān)測裝置由氣室主體與信息模塊組成； 氣室主體內有三個獨立的密封空腔，其中氣室主體的側部空腔為采光室，氣室主體的上部空腔為采樣氣室(3)，氣室主體的下部空腔為標準氣室(6);采樣氣室(3)側部和標準氣室出)側部各通過一個進光口與采光室相通，每個進光口處各裝有一塊透光玻璃(8)， 采光室的側部裝有帶準直透鏡的半導體激光器(1)，采光室的上部裝有分束鏡(7)，采光室的下部裝有反射鏡(10)，分束鏡(7)設于采樣氣室(3)進光一側的透光玻璃(8)后面，反射鏡(10)設于標準氣室(6)進光一側的透光玻璃(8)后面， 采樣氣室(3)頂部裝有吸氣裝置(2)，吸氣裝置(2)與采樣氣室(3)相通，采樣氣室(3)內的底部側部設置有一個采樣氣體出口(4)和裝有一個光電接收器(5)，采樣氣室(3)的內部左右兩側裝有鍍膜平面反射鏡(12)， 標準氣室(6)側部各通過一個透光玻璃(8)進光口處與米光室相通,標準氣室(6)的內部左右兩側裝有鍍膜平面反射鏡(12)，標準氣室(6)內的底部內側裝有一個光電接收器(5)； 所述光電接收器(5)與第一主控模塊連接，第一主控模塊與第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊連接； 信息模塊由第二數(shù)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、第二主控模塊、顯示模塊和操作模塊組成，第二數(shù)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊與第二主控模塊連接，第二主控模塊與顯示模塊和操作模塊連接，顯示模塊帶顯示及無線連接方式；信息模塊可裝在采光室空隙位置； 反射鏡平行度控制器(9)安裝在采樣氣室(3)和標準氣室(6)右側鍍膜平面反射鏡(12)后面與主體氣室右側板之間位置； 光電接收器(5)、反射鏡平行度控制器(9)、帶準直透鏡的半導體激光器(1)和信息模塊通過導線與電原連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置，其特征在于所述鍍膜平面反射鏡(12)為鍍鋁膜平面反射鏡，鍍鋁膜平面反射鏡表面涂有一層表面平整、連續(xù)且顆粒均勻致密的二氧化鈦。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置，其特征在于所述反射鏡平行度控制器(9)是通過壓電陶瓷材料的逆壓電效應制成的驅動器。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置，其特征在于吸氣裝置(2)具有左右兩個側部開口。
5.根據(jù)權利要求2所述的基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置，其特征在于帶準直透鏡的半導體激光器(1)能產生紅外激光。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置，其特征在于所述顯示模塊經連接的信息模塊數(shù)據(jù)收發(fā)模塊接收到數(shù)據(jù)，通過單片機控制并顯示當前對應的霧霾強度，顯示模塊同時具有無線接收功能并顯示功能。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置，其特征在于所述標準氣室出)內裝有凈化的標準干燥空氣。
8.根據(jù)權利要求1所述的基于光電檢測技術的霧霾強度無線監(jiān)測裝置，其特征在于所述氣室主體外側底部裝有四個減震裝置(11)。
【文檔編號】G01N15/06GK203772688SQ201420073149
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年2月20日 優(yōu)先權日:2014年2月20日
【發(fā)明者】謝永強, 何亞欣, 馬敏 申請人:昆明理工大學