基于物联网的有机废气监测系统的制作方法

本发明涉及一种基于物联网的有机废气监测系统，属于空气净化技术领域。

背景技术：

随着全球工业的快速发展，环境污染问题变得更加严重，需要对污染治理进行严厉调控。而且，污染源种类的多样化和新污染物的持续产生已经引发各种途径来更加有效地解决污染问题。

从1990年后，应用低温等离子体技术控制空气污染物的研究在国际学术界蓬勃发展，相关的低温等离子体技术陆续出现，如电子束、辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电、微波放电、滑动弧放电等。低温等离子体的原理是施加电能将气体电离以加速气相化学反应，特别是生成高氧化性的自由基来进行气态氧化反应，将有害气体污染物氧化成无害物或低毒物，已被证实能有效的用于含氮氧化物NOx、二氧化硫SO2、挥发性有机物VOCs等多种气态污染物的去除。现有技术中提出一种有机废气的净化方法，利用电晕放电净化含氯、硫、氮和氟的有机物；现有技术中还提出一种低温等离子体工业废气处理技术，主要利用介质阻挡放电来降解有机污物以及硫化氢H₂S、二硫化碳CS₂、氟里昂等物质。1988年法国人LesueurH.和CzernichowskiA.等提出了用气流驱动和冷却电弧的滑动弧放电装置(法国专利2639172)，后续研究发现该种滑动弧放电可处理气态有机污物，如净化含甲醛、甲苯、庚烷、四氯化碳、多环芳烃、碳黑颗粒等物质的有机废气(CzernichowskiA.，etal.Chemtech.1996，26(4)：45-49.；KrawczykK.，etal.PlasmaChem.PlasmaProcess.2003，24(2)：155-167.；杜长明，等中国电机工程学报.2006，26(1)：77-81.)，他们的产生技术是在至少2个电极间加上高电压并通过气流，利用气动力来推动电弧，使它向下游移动并形成脉冲放电，这种方法的缺点是电弧在放电空间分布不均匀、电弧放电与气流之间掺混不充分、形成的放电等离子体区域较小，从而导致有机废气处理能力小、净化率较低。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的缺点，本发明的发明目的是提供一种基于物联网的有机废气监测系统，其能通过物联网远程监测有有机废气浓度信息，进一步地提高有机废气的处理效率。

为实现所述发明目的，本发明提供一种基于物联网的有机废气监测系统，其包括设置有不同位置处的多个有机废气控制器、后台服务器，多个有机废气控制器和后台服务器通过网络进行链接，其特征在于，每个有机废气控制器包括VOC传感器和处理器，所述VOC传感器用于探测所处环境的有机废气的浓度，并将浓度信息提供给处理器；所述处理器用于对各处的浓度信息打包成帧并发送给后台服务器；后台处理器用于将接收的浓度数据叠加到扬所数据中并以地图中图标的形式来显示。

优选地，用户终端安装有环境监测应用程序，当用户打开环境监测应用程序时以地图的形式来显示，用户触摸地图中的某个位置时，相应的有机废气浓度信息数据会在显示屏上显示。

与现有技术相比，本发明提供的基于物联网的有机废气等监测系统，能通过物联网远程监测有有机废气浓度信息，进一步地提高有机废气的处理效率。

附图说明

图1是本发明提供的基于物联网的有机废气监测系统的组成框图；

图2是本发明提供的有机废气监测装置的组成示意图；

图3本发明提供的有机废气监测装置中的控制器的组成示意图；

图4A是本发明提供的一级粒子分解器的轴向截面示意图；

图4B是本发明提供的二级粒子分解器的轴向截面示意图；

图5A是本发明提供的等离子电离单元阴极位置的径向截面示意图；

图5B是本发明提供的等离子电离单元从阳极处沿轴向看进去的示意图

图5C是本发明提供的粒子吸收单元径向截面示意图；

图6是本发明提供的臭氧分解器的径向截面示意图；

图7是本发明提供的有机废气监测装置的高频电源电路的组成框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图详细说明本发明的工作原理。

图1是本发明提供的基于物联网的有机废气监测系统的组成框图。如图1所示，基于物联网的有机废气监测系统包括通过网络连接的后台服务器、用户终端（用户U1，用户U2，…用户Um）、环境监测器（E1，E2，…En）和国家监控中心，其中，所述网络用于在用户终端、环境监测器、国家监控中心和后台服务器间进行通信连接。所述网络包括利用如Wi-Fi、蓝压、2.4G、UMTS（通用移动动通信系统）、ISDN（综合业务数字网）、DSL（数字用户线路）、ATM（异步传输模式）、802.11、以太网、InfinBand和PCI Express Advanced Switching等技术的连接。在网络中应该的协议包括TCP/IP（传输控制协议/网络协议）、MPLS（多协议标签交换）、UDP（用户数据报协议）、HTTP（超文本传输协议）、FTP（文件传输协议）、CDMA（码分多址）、WCDMA（宽带码分多址）、GSM（全球移动通信系统）、HSDPA（高速下行链路分组接入）等。在网络中交换数据的格式包括HTML、XML等。

有机废气监测装置设置于各个场所，用于监测所在场所的VOC含量，并控制气体处理装置的工作状态，有机废气监测装置可以将所测量的VOC含量打包成帧通过通信模块或者通信子系统发送给监控中心。后台服务器用于对网络进行管理并将有机废气监测装置测试结果进行处理并与历史数据进行比较，形成供用户可查阅的数据，还将有机废气监测装置提供的监测结果垒加到相应的地图数据中。用户终端安装有有机废气监测应用程序，当用户打开有机废气监测应用程序时以地图的形式来显示，用户触摸地图中的某个位置时，相应的环境有机废气数据会在显示屏上显示，从而使用户可以了解任何想了解的环境的有机废气的含量。

图2是本发明提供的有机废气监测装置的组成示意图，如图2所示，本发明提供的有机废气等离子体处理装置包括壳体1、控制器12和空气处理单元，空气处理单元包括风机4和气体处理装置，其中，壳体侧壁偏下的部位设置有进风口2，壳体侧壁偏上的部位设置有排气口9，进风口处连通进风室，进风口处设置有初级过滤器3，初级过滤3用于对进入进风室内的空气进行初步过滤，以去除空气中的大颗粒物质。风机4用于将进入到进风室内的具有有机污染物的空气提供给气体处理装置，所述气体处理装置包括依次相连的N级粒子分解器6，还包括连接到末极粒子分解器的臭氧分解器8，所述N级粒子分解器6和臭氧分解器8通过圆环形的连接件7连通，所述粒子分解器6将进入其内的空气中的氧气转换为臭氧，臭氧能够对进入到分解器的有机污染物进行分解。臭氧分解器8用于对臭氧进行还原，以防止臭氧对空气造成二次污染。控制器用于对风机和粒子分解器的工作状态进行控制。

图3本发明提供的有机废气监测装置中的控制器的组成示意图，如图3所示，本发明提供的控制器包括处理器130、触摸显示屏126、通信子系统125、VOC传感器121、A/D转换器122，WIFI模块127、蓝牙模块128、2.4G模块129及气体处理单元驱动器，其中，用VOC传感器121用于测量所处环境的VOC浓度信息，并将浓度信息转换为电信息，而后提供给A/D转换器122。A/D转换器122将VOC传感器提供的信息转换为数字信息并提供给处理器130。处理器130用于对A/D转换器122提供的数据进行处理，当VOC的浓度超标时，给气体处理单元的驱动器提供信号，以使气体处理单元工作，其还将VOC的浓度信息打包成帧而后通过通信子系统125/WIFI模块/127蓝牙模块/1282.4G模块129发送给远程的用户终端和/或监控中心。气体处理单元驱动器包括电阻R1、晶体管T1、二极管D1和继电器J，其中，电阻R1的第一端连接于处理器的一个输出端，第二端连接于晶体管T1的基极。晶体管T1的发射极接地，集电极经继电器的线包连接于电源的VCC1。继电器J的线包的两端并联二极管D1。继电器的开关端串入到气体处理单元的电源电路中，即气体处理单元的经继电器的开关连接于电源VCC2。本发明提供的控制器还包括ROM123和RAM124，所述ROM123用于存储有机废气监测装置中的控制器的操作程序，所述RAM124用于存储控制器工作过程时的临时值。

图4A是本发明提供的一级粒子分解器的轴向截面示意图，如图4A所示，本发明提供的粒子分解器包括等离子电离单元61和粒子吸收单元62，等离子电离单元61包括绝缘体外壳6，沿绝缘体外壳6的轴向设置有M个（M为大于或者等于2的整数）气流通道，每个气流通沿气流方向依次设置有阴极，如阴极圈613、放电阳极和吸收器615，放电阳极包括阳极电极板604和与轴线呈锐角夹角并伸向阴极的多个放电针602。本发明中，气流通道优选为圆柱形空腔，阴极圈613为圆环形，其设置在圆柱形空腔的第一端；阳极板设置在圆柱形空腔的第二端的中央；多个放电针602与阳极板相连，多个放电针均匀分布，并设置在圆柱形空腔内，且呈放射状向阴极圈延伸。粒子吸收单元62包括绝缘体外壳，沿绝缘体外壳的轴向设置有M个气流通道，每个气流通道的内容沿周向设置有纤维介质615，用于吸收分解了的有机废气粒子。本发明中，等离子电离单元61和粒子吸收单元62可以通过环形连接件连接，如此使等离子电离单元61的气流通道与粒子吸收单元62的气流通道相通，且便于设置阴极、阳极及纤维介质。

图4B是本发明提供的二级粒子分解器的轴向截面示意图，如图4B所示，本发明提供的粒子分解器包括二级，每一级的结构相同，第一级粒子分解器与第二级粒子分解器首尾相连，如此，延长了有机废气的分解路径和时间，从而提供了分解效率。本发明虽然以一级粒子分解器和二级粒子分解器进行了说明，但是，也不限于上述二种情况，可以发N级，N为大于或者等于的整数。实际应该时，可以根据要求的净化程度，自由设定。本发明中，N级粒子分解器盘旋成螺旋形如此，不仅使占用的空间减小，同时使进入到有机废气的回旋的时间延长，更加提高了净化效率。

图5A是本发明提供的等离子电离单元阴极位置的径向截面示意图，如图5A所示，每个等离子电离单元61包括M（M为大于或者等于2的整数）个气流通道，每个气流通道的第一端分别设置了一个阴极线圈，每个阴极线圈通过导线连接于地线615。

图5B是本发明提供的等离子电离单元从阳极处沿轴向看进去的示意图。如图5B所示，每个等离子电离单元61包括M（M为大于或者等于2的整数）个气流通道，每个气流通道的第二端的中央分别设置了一个阳极极604，每个阳极板604连接有多个呈放射状的放电电极602，每个放电电极向板极线圈613延伸，但不接触，每个阳极板通过导线连接高压电极605。

图5C是本发明提供的粒子吸收单元径向截面示意图，如图5C所示，粒子吸收单元62包括M个气流通道，每个气流通内沿周向设置纤维介质615，所述纤维介质615用于吸附被分解的有机废气粒子。

图6是本发明提供的螺旋形臭氧分解管的径向截面示意图。如图5所示，螺旋形臭氧分解管8包括个M个的气流通道101，蜂窝状的气流通道的内壁上涂覆了，氧化锰颗粒102，优选二氧化锰颗粒102。旋形臭氧分解管8可以为刚性的，也可以为柔性的。

图7是本发明提供的用于有机废气等离子体处理装置的高频电源电路的组成框图，如图7所示，本发明提供的高频电源电路包括：振荡器101，其用于产生设定频的高频信号，本发明中的振荡器优选晶体振荡器，工作中心频率在2MHz到4MHz。

高频电源电路还包括锁相环路，所述锁相环路包括鉴相器（PD）102、环路滤波器（LF）103和压控振荡器（VCO）114，其中，鉴相器（PD）102用来比较压控振荡器（VCO）114和晶体振荡器101提供的信号的相位，它的输出电压是对应两个相位差的函数。环路低通滤波器102用于滤除鉴相器102输出的电压中的高频信号，得到控制压控振荡器（VCO）114的控制电压。环路低通滤波器的输出电压控制压控振荡器（VCO）114的振荡频率，使压控振荡器（VCO）114的输出频率向晶体振荡器的频率靠拢，直到两者的频率相同，使得压控振荡器（VCO）114的输出相位向晶体振荡器的输出的信号的相位达保持某种关系，达到相位锁定的目的。本发明中低通滤波器的输出端连接于切换开关K的第一可动端，切换开关K的固定端连接于压控振荡器（VCO）114的输入端。

高频电源电路还包括变频器104、第一功率放大器105、第二功率放大器106和定向耦合器107，其中，变频器104的输入端连接于压控振荡器（VCO）114的输出端，输出端连接第一功率放大器105的输入端。第一功率放大器105的输出端连接于第二功率放大器106的输入端。第二功率放大器106连接于定向耦合器107的输入端。高频电源电路还包括比较器110，其反相端连接于定向耦合器的正向传输信号的耦合端，同相端连接于可变电阻RW1的可动端，RW1的第一固定端连接于地，第二固定端连接于电源Vc，比较器的输出端连接于变频器104的调整端，设置比较器110目的是根据正向传输信号电压的大小给变频器提供控制信号以使高频率电源输出的功率较稳定。高频电源电路还包括比较器111，其反相端连接于定向耦合器的反向传输信号的耦合端，同相端连接于可变电阻RW2的可动端，RW2的第一固定端连接于地，第二固定端连接于电源Vc，比较器的输出端连接于反射波抑制电路113的输入端，反射波抑制电路113的输出端变频器104的调整端，设置比较器111目的是根据反向传输信号电压的大小给变频器提供控制信号以使高频率电源输出的功率较稳定。

高频电源电路还包括电压电流相位检测器108，其用于检测定向耦合器提供的信号的电压和电流的相位，并提供给匹配网络109，匹配网络用于使相位检测器的输出阻抗与粒子分解器6的输入阻抗进行匹配，从而使功率最大。

高频电源电路还包括功率放大器112，其输入端连接于相位检测器，输出端连接切换开关K的第二可动端。

本发明虽然以螺旋形粒子分解器和螺旋形臭氧分解管的管直径、螺旋管的直径相同为例进行了说明，但是为了节省空间，管直径、螺旋管的直径也可以不同，如螺旋形臭氧分解管形成的筒体设置在螺旋形粒子分解器形成的筒体内，还可以设置在筒体外，所述筒体可以为圆柱形，也可以为长方体形，等。

本发明中为了净化有机污染物，设置了多级粒子分解器，使空气中的氧气成为臭氧，延长了杀死空气中的有机化合物或者菌类的时间和路径，但是臭氧的浓度超标时，臭氧则是个无形杀手，它强烈刺激人的呼吸道，造成咽喉肿痛、胸闷咳嗽、引发支气管炎和肺气肿；造成人的神经中毒，头晕头痛、视力下降、记忆力衰退；对人体皮肤中的维生素E起到破坏作用，致使人的皮肤起皱、出现黑斑；还会破坏人体的免疫机能，诱发淋巴细胞染色体病变，加速衰老，致使孕妇生畸形儿，因此设置了臭氧分解管，其将臭氧还原为氧气，避免了臭氧对空气的二次污染。

以上结合附图，详细说明了本发明的工作原理。但是本领域的普通技术人员应当明白，说明书仅是用于解释权利要求书。但本发明的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明批露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。