本實用新型屬于環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多組分大氣環(huán)境網(wǎng)格化監(jiān)測儀。

背景技術(shù)：

目前常規(guī)監(jiān)測的大氣污染物主要是一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、PM_2.5和PM₁₀，主要來源于揚塵、燃煤、機動車、工廠排放等。隨著人們對環(huán)保的日益重視，對空氣質(zhì)量監(jiān)測、交通路網(wǎng)排放監(jiān)測、工業(yè)廢氣監(jiān)測的需求逐漸增加，改善生態(tài)環(huán)境和人民群眾生活條件迫在眉睫。然而傳統(tǒng)大氣監(jiān)測設(shè)備體積大、價格高、安裝維護復(fù)雜，難以滿足越來越高的監(jiān)測要求。目前市場上小型化、低成本的傳感器不斷涌現(xiàn)，如何在眾多的傳感器中進行合理的選型，對儀器氣路的布局以及對傳感器測量的濕度條件進行控制，使得傳感器在大氣網(wǎng)格化布點監(jiān)測時準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、可對比性強，顯得尤為重要。目前常見的小型網(wǎng)格化大氣環(huán)境監(jiān)測儀大多不適用于在戶外長期監(jiān)測，如實用新型專利一種小型化的空氣質(zhì)量監(jiān)測裝置及用小型化的空氣質(zhì)量監(jiān)測裝置檢測空氣質(zhì)量的方法(公開號105021779A)，在測量氣體組分SO₂、NO₂、O₃、NH₃時分別用膜化學(xué)反應(yīng)的方式，需要定期取樣進行后續(xù)的實驗室分析；實用新型專利一種空氣質(zhì)量檢測儀(公開號105548502A)，在對于顆粒物監(jiān)測時，只對PM_2.5進行了監(jiān)測，沒有對PM₁₀進行監(jiān)測，且沒有對顆粒物傳感器的濕度進行控制，測量數(shù)據(jù)受相對濕度影響，且難以進行數(shù)據(jù)修正。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本實用新型提出一種多組分大氣環(huán)境網(wǎng)格化監(jiān)測儀，包括箱體、電源單元、數(shù)據(jù)采集傳輸單元、GPS單元、傳感器單元、氣流導(dǎo)風(fēng)調(diào)節(jié)單元、氣象參數(shù)測量單元；所述箱體包括箱體主體1、箱體上蓋2、隔板轉(zhuǎn)接板11、防護罩13，箱體主體1采用上下層布局設(shè)計，中間用密封隔板將箱體主體1分為測量室與電氣室，隔板轉(zhuǎn)接板11安裝于箱體主體1的中間隔板上，箱體主體1和箱體上蓋2通過密封膠條和鎖扣進行鎖緊密封，在測量室氣路進出口分別設(shè)置防護罩13；所述氣流導(dǎo)風(fēng)調(diào)節(jié)單元包括入口濕度調(diào)控單元14和導(dǎo)風(fēng)風(fēng)扇15，在測量室左側(cè)安裝導(dǎo)風(fēng)風(fēng)扇15，測量室右側(cè)進氣口處安裝入口濕度調(diào)控單元14；所述傳感器單元包括PM_2.5傳感器16和PM₁₀傳感器17、溫濕度傳感器12和氣體傳感器單元18，PM_2.5傳感器16和PM₁₀傳感器17布置在靠近測量室右側(cè)氣流入口處及入口濕度調(diào)控單元14后，沿入口中心線并排放置，氣體傳感器單元18位于PM_2.5傳感器16和PM₁₀傳感器17后側(cè)，溫濕度傳感器12固定于隔板轉(zhuǎn)接板11上。

所述氣體傳感器單元18包括氣體傳感器底座18-1、氣體傳感器信號板18-2、氣體傳感器18-3、不銹鋼絲網(wǎng)18-4和氣體傳感器上蓋18-5；所述氣體傳感器18-3包括CO、SO₂、NO、NO₂、O₃、CO₂、VOCs傳感器；氣體傳感器信號板18-2和氣體傳感器18-3通過插針插座結(jié)構(gòu)進行連接，氣體傳感器信號板18-2通過密封膠墊與氣體傳感器底座18-1進行密封固定，氣體傳感器上蓋18-5上開有多個圓形透氣孔，氣體傳感器上蓋18-5與不銹鋼絲網(wǎng)18-4焊接為一體。

所述電源單元包括太陽能電池板3、太陽能充電管理單元4、蓄電池5和開關(guān)電源6；太陽能電池板3固定于箱體上蓋2上面，太陽能電池板3通過箱體主體1底部防水接頭連接太陽能充電管理單元4，太陽能充電管理單元4連接蓄電池5，市電供電部分將220V交流市電通過箱體主體1底部引入并接入開關(guān)電源6，開關(guān)電源6將220V交流電轉(zhuǎn)換為12V直流電，同時在開關(guān)電源6的入口加入氣體放電管進行雷電或過脈沖防護。

所述數(shù)據(jù)采集傳輸單元包括主板7、GPRS傳輸模塊8、GPRS天線9；GPRS傳輸模塊8固定在主板7上，GPRS天線9位于箱體外側(cè)底部。

所述主板7采用單片機作為主芯片，主板7的外圍電路包括電源、高精度實時時鐘芯片、鐵電存儲器芯片、SD卡存儲模塊、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，主板7可與中心服務(wù)器端進行數(shù)據(jù)的實時傳送，下發(fā)和獲取遠(yuǎn)程的傳感器校準(zhǔn)參數(shù)、下發(fā)儀器運行參數(shù)，也可以進行遠(yuǎn)程校時、遠(yuǎn)程程序升級、遠(yuǎn)程重啟和歷史數(shù)據(jù)回調(diào)的操作。

所述GPS單元包括GPS模塊10，GPS模塊10具有防水功能，且底部有磁性，GPS模塊10通過磁吸方式固定于箱體外部。

所述入口濕度調(diào)控單元14包括入口過濾網(wǎng)和濕度調(diào)控模塊，入口過濾網(wǎng)為不銹鋼材質(zhì)，用于對漂浮異物進行粗過濾和攔截；濕度調(diào)控模塊采用加熱的方式來降低進入箱體的氣流的相對濕度；濕度調(diào)控模塊有兩種運行模式，一是常開模式，設(shè)定測量室內(nèi)相對濕度不超過40％；二是周期性開和關(guān)模式，當(dāng)進行網(wǎng)格化布點時設(shè)置幾臺運行周期性開關(guān)模式，用于研究在除濕和非除濕情況下的數(shù)據(jù)對比，同時修正未安裝入口濕度調(diào)控單元14的儀器。

所述氣象參數(shù)測量單元包括氣象站19，氣象站19布置在箱體上部支架上，用來測量大氣溫度、濕度、風(fēng)向和風(fēng)速；大氣溫度通過鉑電阻進行測量，濕度通過濕敏電容進行測量，風(fēng)向和風(fēng)速采用超聲方式進行測量。

所述導(dǎo)風(fēng)風(fēng)扇15用于將外界大氣氣流引入儀器測量室，導(dǎo)風(fēng)風(fēng)扇15的工作電壓為5V，有頻率信號輸出功能，可用于風(fēng)扇狀態(tài)檢測。

本實用新型的有益效果在于：

(1)箱體采用上下層結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得電氣部分和氣路部分隔開，電氣部分處于隔離環(huán)境，免受大氣環(huán)境對電路部分造成影響；

(2)采用市電和太陽能供電雙電源設(shè)計，太陽能板固定在箱體上蓋上，便于安裝固定；

(3)顆粒物傳感器靠近進氣口中心并排放置，減少顆粒物在箱體內(nèi)的損失；PM_2.5采用直接撞擊式切割，PM₁₀傳感器采用虛擬撞擊式切割；

(4)入口濕度調(diào)控單元運行模式可調(diào)，可運行在周期性開關(guān)模式，可獲得更多的關(guān)于顆粒物方面的信息，同時也可用于修正其它未經(jīng)過濕度調(diào)控的儀器；

(5)氣體傳感器固定在氣體傳感器信號板上，兩者固定放置在一個電磁屏蔽的環(huán)境內(nèi)，使其更穩(wěn)定；

(6)箱體外部安裝有小型氣象站，可獲得當(dāng)?shù)貧庀笮畔ⅲo助進行污染物溯源和傳輸擴散分析。

附圖說明

附圖1為一種大氣環(huán)境網(wǎng)格化監(jiān)測儀示意圖

附圖2為氣體傳感器單元示意圖

附圖標(biāo)記：

1—箱體主體；2—箱體上蓋；3—太陽能電池板；4—太陽能電池充電管理單元；5—蓄電池；6—開關(guān)電源；7—主板；8—GPRS傳輸模塊；9—GPRS天線；10—GPS模塊；11—隔板轉(zhuǎn)接板；12—溫濕度傳感器；13—防護罩；14—入口濕度調(diào)控單元；15—導(dǎo)風(fēng)風(fēng)扇；16—PM_2.5傳感器；17—PM₁₀傳感器；18—氣體傳感器單元；19—氣象站；

18-1—氣體傳感器底座；18-2—氣體傳感器信號板；18-3—氣體傳感器；18-4—不銹鋼絲網(wǎng)；18-5—氣體傳感器上蓋；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細(xì)說明。

附圖1為一種大氣環(huán)境網(wǎng)格化監(jiān)測儀示意圖。如圖1所示，包括箱體主體1、箱體上蓋2、太陽能電池板3、太陽能電池充電管理單元4、蓄電池5、開關(guān)電源6、主板7、GPRS傳輸模塊8、GPRS天線9、GPS模塊10、隔板轉(zhuǎn)接板11、溫濕度傳感器12、防護罩13、入口濕度調(diào)控單元14、導(dǎo)風(fēng)風(fēng)扇15、PM_2.5傳感器16、PM₁₀傳感器17、氣體傳感器單元18、氣象站19，箱體由箱體主體1和箱體上蓋2組成，材質(zhì)為鐵或者不銹鋼材質(zhì)，表面噴塑處理，箱體主體1和箱體上蓋2通過密封膠條和鎖扣進行鎖緊密封，箱體主體1使用中間隔板將其分割為上下兩部分，上部區(qū)域為測量室，下部區(qū)域為電氣室，測量室為與大氣環(huán)境進行直接接觸，電氣室為與大氣隔離的區(qū)域，從而可以較好的保護電路部分，免受周圍大氣環(huán)境的影響；測量室的左右側(cè)分別開有直徑為35mm的圓孔，外側(cè)有防護罩13，可以保護測量室免受雨雪和風(fēng)速的影響；測量室左側(cè)安裝有40mm的導(dǎo)風(fēng)風(fēng)扇15，用來將外界大氣氣流導(dǎo)入測量室進行測量；測量室右側(cè)為氣流進氣口，在氣流進氣口處安裝入口濕度調(diào)控單元14，其作用有兩點：一是可對入口氣流進行粗過濾，二是對氣流相對濕度進行調(diào)控；當(dāng)相對濕度較高時，可通過升溫的方式降低相對濕度在40％左右，入口濕度調(diào)控單元14外側(cè)有保溫棉包裹。PM_2.5傳感器16和PM₁₀傳感器17布置在靠近氣流入口處，入口濕度調(diào)控單元14后，沿著入口中心線并排放置，傳感器的入口正對氣流入口，保證顆粒物損失達到最??；氣體傳感器單元18位于顆粒物傳感器后側(cè)；測量室和電氣室中間的密封隔板上開有長方形孔，通過密封膠條將隔板轉(zhuǎn)接板11固定，該轉(zhuǎn)接板的主要作用有兩個，一個是安裝溫濕度傳感器12，用于得到測量室的溫濕度信息；另一是用于測量室和電氣室的電線的連接，分別連接有測量室的導(dǎo)風(fēng)風(fēng)扇15、氣體傳感器單元18、PM_2.5傳感器16、PM₁₀傳感器17和入口濕度調(diào)控單元14，入口濕度調(diào)控單元14包括入口過濾網(wǎng)和濕度調(diào)控模塊組成，入口過濾網(wǎng)為不銹鋼材質(zhì)，可以在對待測顆粒物和氣體影響較小的情況下對大氣中較大的漂浮異物如柳絮等進行粗過濾和攔截，濕度調(diào)控模塊為采用加熱的方式來降低進入箱體的氣流的相對濕度，通常情況下設(shè)定相對濕度為40％，當(dāng)相對濕度大于40％時，通過提升溫度使相對濕度降低到40％左右；正常運行時，有兩種模式可選，一是常開模式，設(shè)定測量室內(nèi)相對濕度不超過40％，使得顆粒物傳感器測量數(shù)據(jù)和國控點儀器測量數(shù)據(jù)具有可對比性；二是周期性開和關(guān)模式，當(dāng)進行網(wǎng)格化布點時，由于電力和成本條件所限，可在區(qū)域布點時，選擇性的設(shè)置幾臺運行周期性開關(guān)模式，可以研究在除濕和非除濕情況下的數(shù)據(jù)對比，同時該信息也可用于修正未安裝入口濕度調(diào)控單元14的儀器；導(dǎo)風(fēng)風(fēng)扇15位于箱體左側(cè)，通過風(fēng)扇的抽力將外界大氣氣流引入儀器測量室，風(fēng)扇工作電壓為5V，有頻率信號輸出，可用于風(fēng)扇狀態(tài)檢測。PM_2.5傳感器16和PM₁₀傳感器17均采用光散射的原理，氣流的導(dǎo)入是各自的引導(dǎo)風(fēng)扇來完成的；通過對測量室的光學(xué)檢測區(qū)域的顆粒物的散射光強或顆粒物個數(shù)進行測量，間接推算顆粒物的質(zhì)量信息；其中PM_2.5傳感器16對于2.5um切割點的實現(xiàn)是通過直接撞擊式切割和散射光強脈沖高度的判斷綜合來實現(xiàn)的；PM₁₀傳感器17是采用虛擬撞擊的原理，通過調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和流量配比，將顆粒物的空氣動力學(xué)直徑大于10um的顆粒物去除來實現(xiàn)的；PM_2.5傳感器16和PM₁₀傳感器17布置在靠近氣流入口處，沿著入口中心線并排放置，傳感器的入口正對氣流入口，保證顆粒物損失達到最??；優(yōu)選的，PM_2.5傳感器16和PM₁₀傳感器17為采用激光光源、線性度好的傳感器，顆粒物傳感器在使用前需經(jīng)過實驗室的校準(zhǔn)方可使用。轉(zhuǎn)接板將信號線分為模擬線和數(shù)字線，使用兩束排線分別連接至電氣室的主板7。電氣室底部有五個開孔，分別為市電入口、太陽能電池入口、GPRS天線入口、GPS模塊入口和氣象站入口。市電供電通過從箱體主體1底部的防水接頭接入，連接開關(guān)電源6入口的220VAC，開關(guān)電源6的出口為直流12V，連接至主板7；同時在開關(guān)電源入口有并聯(lián)氣體放電管作為雷電或過脈沖防護；選用的開關(guān)電源為寬范圍輸入的抗干擾電源，電源輸入范圍為100-240VAC，使其在戶外運行時能適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動的影響；同時在開關(guān)電源入口加入氣體放電管進行雷電或過脈沖的防護；太陽能供電部分，太陽能電池板3位于箱體上蓋2上，簡化了儀器的現(xiàn)場安裝過程，太陽能電池板3的出口通過箱體底部防水接頭接入太陽能充電管理單元4的入口，太陽能充電管理單元4的出口連接蓄電池5，蓄電池5連接至主板7，太陽能電池板3獲得的電壓能量通過箱體底部防水接頭進入太陽能充電管理單元4，通過其對蓄電池5進行充電管理，蓄電池5采用鋰電池，容量為60AH，可以在市電缺失和連續(xù)陰雨天的情況下，運行一周。主板7位于電氣室中部，以美國德州儀器公司的MSP430單片機為主芯片，外圍包括電源、高精度實時時鐘芯片、鐵電存儲器芯片、SD卡存儲模塊、24位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片等；電源將主板入口的直流12V降壓為后續(xù)模塊使用的5V和3.3V；高精度實時時鐘芯片可使儀器在網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)保持與其它節(jié)點儀器的同步，使得數(shù)據(jù)之間具有較好的可對比性；鐵電存儲器芯片可以很方便的對儀器運行參數(shù)和傳感器校準(zhǔn)參數(shù)進行存儲，同時可以作為遠(yuǎn)程在線升級的程序存儲器；SD卡存儲模塊可以對采集到的數(shù)據(jù)進行記錄，容量為8G；24位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片可以對氣體傳感器單元18的信號進行高精度采集；選用16位高性能低功耗的MSP430單片機，運行UCOS-II系統(tǒng)，通過設(shè)定采集時間間隔，當(dāng)定時時間到時，開啟數(shù)據(jù)采集，并且將數(shù)據(jù)傳送至GPRS傳輸模塊8，采集和傳輸完成后，儀器整體將進入低功耗狀態(tài)，GPRS傳輸模塊8為可插拔式結(jié)構(gòu)，可安裝固定在主板7上，通過RS232C與主板進行數(shù)據(jù)通信，GPRS傳輸模塊8通過箱體外部的GPRS天線9接收手機卡的網(wǎng)絡(luò)運行商的GPRS信號，通過域名或者IP的方式，連接至中心服務(wù)器端，進行數(shù)據(jù)傳輸通信；主板7和中心服務(wù)器端除了進行常規(guī)的數(shù)據(jù)的實時傳送，也包括遠(yuǎn)程的傳感器校準(zhǔn)參數(shù)的下發(fā)和獲取、儀器運行參數(shù)的下發(fā)、遠(yuǎn)程校時、遠(yuǎn)程程序升級、遠(yuǎn)程重啟和歷史數(shù)據(jù)回調(diào)等操作，保證了儀器的靈活可操作性和數(shù)據(jù)完整性。GPS模塊10位于箱體外部，通過磁吸方式固定，具有防水功能，GPS信號通過GPS模塊入口連接至主板7。氣象參數(shù)測量單元為布置在箱體上部的一個小型氣象站19，可測量大氣溫度、濕度、風(fēng)向和風(fēng)速；大氣溫度通過鉑電阻PT100進行測量，濕度通過濕敏電容進行測量，采用超聲方式測量大氣風(fēng)向風(fēng)速，該信息可用于研究污染物的傳輸和擴散的氣象背景條件。附圖2為氣體傳感器單元示意圖，如圖2所示，從下往上依次為氣體傳感器底座18-1、氣體傳感器信號板18-2和氣體傳感器18-3、不銹鋼絲網(wǎng)18-4和氣體傳感器上蓋18-5；氣體傳感器信號板18-2和氣體傳感器18-3通過插針插座結(jié)構(gòu)進行連接，氣體傳感器信號板18-2通過密封膠墊與氣體傳感器底座18-1進行密封固定，保護氣體傳感器信號板18-2免受大氣環(huán)境的影響；不銹鋼絲網(wǎng)18-4和氣體傳感器上蓋18-5焊接為一體，保證良好的屏蔽性能。氣體傳感器有CO、SO₂、NO、NO₂、O₃、CO₂、VOCs傳感器，對于CO、SO₂、NO、NO₂、O₃傳感器，優(yōu)選電化學(xué)方法且在低濃度測量范圍內(nèi)精度較高、壽命長且干擾氣體特性明確的；對于CO₂傳感器，優(yōu)選非色散紅外NDIR傳感器；對于VOCs傳感器，優(yōu)選光離子PID傳感器；氣體傳感器18-3的信號通常是小電流或者電壓信號，需要首先通過氣體傳感器信號板18-2進行信號的轉(zhuǎn)換和放大濾波處理，氣體傳感器18-3與氣體傳感器信號板18-2是插針插座式結(jié)構(gòu)設(shè)計，方便的進行觸點連接，在氣體傳感器18-3的實驗室校準(zhǔn)和實際運行時，兩者作為一個整體進行操作；氣體傳感器信號板18-2通過密封墊固定在氣體傳感器底座18-1上，與氣體傳感器底座18-1形成一個密閉的空間，保證信號板電路部分不受環(huán)境的影響；氣體傳感器上蓋18-5上開有多個圓形透氣孔，上面安裝有密集的不銹鋼絲網(wǎng)18-4，作用主要有三個：一是留有氣體擴散通道，使得氣體可以擴散到氣體傳感器18-3中進行測量；二是不銹鋼絲網(wǎng)18-4可以對顆粒物進行粗過濾，同時不會對測量氣體產(chǎn)生吸附作用；三是可以與氣體傳感器底座18-1形成整體，對氣體傳感器18-3進行了電磁屏蔽，使得傳感器更加穩(wěn)定。監(jiān)測儀設(shè)置為上電即運行的方式，可定時對傳感器和各參數(shù)信息進行采集上傳，包括：電池電壓、兩個顆粒物傳感器數(shù)值和多個氣體傳感器數(shù)值、溫濕度信息、風(fēng)扇狀態(tài)信息、氣象參數(shù)信息和其它狀態(tài)信息。當(dāng)監(jiān)測儀通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接至中心數(shù)據(jù)服務(wù)端時，可進行遠(yuǎn)程的配置儀器運行參數(shù)和傳感器校準(zhǔn)參數(shù)、數(shù)據(jù)回調(diào)、固件升級，以及進行參數(shù)的在線修正，使得儀器更靈活可控。

此實施例僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。