基于压力检测的空气颗粒物浓度检测方法及装置与流程

本发明涉及空气检测技术，具体涉及一种基于压力检测的空气颗粒物浓度检测方法及装置。

背景技术：

对空气中的颗粒物进行浓度检测是环境监测不可缺少的组成部分，尤其是近年来，对空气中PM2.5、PM10浓度检测需求迅速提升。现有技术中具有多种大气颗粒物浓度检测方法，北京工业职业技术学院学报2005年1月份第一期第36-40页公开了名称为“大气颗粒物浓度检测技术及其发展”，作者为杨书申、邵龙义、龚铁强等的文章，其介绍了多种不同的大气颗粒物浓度检测方法。

现有技术中，通过光散射对颗粒物进行浓度检测是众多传感器使用的检测方法，该类传感器的内部均设置有一气体通道，待检测气体按照额定速度通过气体通道，气体通道内具有一检测空间，一激光生成机构发射一检测激光照射检测空间，检测空间内被束缚的颗粒物反射检测激光，反射后的激光被激光感应机构感应后形成检测数据，处理气体风速、激光相关参数以及检测数据等以获取颗粒物的浓度数据。

现有技术的不足之处在于，上述传感器上均设置有风扇，颗粒物的浓度数据是基于已知的匀速的风速检测，如果风速未知，则无法获取准确的检测结果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于压力检测的空气颗粒物浓度检测方法及装置，以解决现有技术中无法获取未知风速的空气的准确颗粒物浓度数据的不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于压力检测的空气颗粒物浓度检测方法，其用于激光对空气颗粒物浓度进行检测的装置上，包括以下步骤：

获取气体通道内的气流压力；

基于所述气流压力和预先存储的气体压力与计算公式的对应规则获取标的计算公式；

通过激光对所述气体通道内的检测空间内的颗粒物进行照射以获取检测数据；

根据所述标的计算公式和检测数据计算获取空气颗粒物浓度。

上述的空气颗粒物浓度检测方法，所述气体压力与计算公式的对应规则包括：

气体压力与风速的对应规则，以及风速与计算公式的对应规则。

上述的空气颗粒物浓度检测方法，所述气体压力与风速的对应规则的获取包括以下步骤：

分别对已知的不同风速的气流进行压力测试并获取气体压力；

将各风速与各气体压力一一对应以形成所述气体压力与风速的对应规则。

上述的空气颗粒物浓度检测方法，所述风速与计算公式的对应规则的获取包括以下步骤：

在一恒定的风速下通过所述检测装置对已知浓度的标的空气进行检测以获取检测数据；

分别根据各计算公式和检测数据分别计算以获取多个计算浓度；

将各所述计算浓度分别与已知浓度进行对比，与所述已知浓度差值最小的计算浓度所对应的计算公式为该恒定风速所对应的计算公式；

循环上述步骤，依次为各不同的风速获取对应的计算公式。

上述的空气颗粒物浓度检测方法，对不同尺寸的所述颗粒物，所述气体压力与计算公式的对应规则不同。

上述的空气颗粒物浓度检测方法，所述获取气体通道内的气流压力的步骤中，当预设时间段内的气流压力呈波动数值时；

则在所述基于所述气流压力和预先存储的气体压力与计算公式的对应规则获取标的计算公式的步骤中，取所述波动数值的平均值作为所述气流压力。

一种基于压力检测的空气颗粒物浓度检测装置，包括：

壳体，其内设置有一用于待检测气体流通的气体通道；

控制器；

激光生成机构，其用于向气体通道内的检测空间发射激光；

激光感应机构，其接收经检测空间内的颗粒物折射的激光以获取检测数据；

还包括：

压力传感器，其用于检测所述气体通道内的气流压力；

所述控制器基于所述气流压力和预先存储的气体压力与计算公式的对应规则获取标的计算公式，并根据所述标的计算公式和检测数据计算获取空气颗粒物浓度。

上述的空气颗粒物浓度检测装置，还包括：

激光处理机构，其用于衰弱直线穿过所述检测空间的激光。

上述的空气颗粒物浓度检测装置，所述激光处理机构上开设有空腔，所述空腔上设置一激光入口，所述空腔内包括多个衰弱反射面。

在上述技术方案中，本发明提供的空气颗粒物浓度检测方法，先检测气体通道内的气流压力，各气流压力均设置有对应的颗粒物浓度计算公式，如此实现不同风速下的颗粒物浓度的计算。

由于上述空气颗粒物浓度检测方法具有上述技术效果，实现该空气颗粒物浓度检测方法的空气颗粒物浓度检测装置也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的空气颗粒物浓度检测方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的空气颗粒物浓度检测装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的空气颗粒物浓度检测装置的结构框图。

附图标记说明：

1、控制器；2、激光生成机构；3、激光感应机构；4、压力传感器；5、激光处理机构；6、检测空间。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

如图1所示，本发明实施例提供的一种基于压力检测的空气颗粒物浓度检测方法，其用于激光对空气颗粒物浓度进行检测的装置上，包括以下步骤：

101、获取气体通道内的气流压力；

具体的，通过激光对空气中的颗粒物进行浓度检测的装置为现有技术，如申请号为201210275567.0，名称为“基于激光能量陷阱法的PM2.5颗粒的测定方法及装置”的发明专利，又如申请号为201520058933.6，名称为“一种采用轴流风扇的激光粉尘传感器”的实用新型专利，再如申请号为201520262471.X，名称为“一种颗粒物传感器”的实用新型专利均公开了基于激光的颗粒物浓度检测装置，本实施例提供的检测方法可以基于这些现有的检测装置，其主要改进在于，硬件上无需现有技术中的风扇或气泵，而替代以一压力传感器，软件上控制器上预存气流压力与计算公式间的对应关系，这里，计算公式本身可以参见现有技术中的相应的，其余的激光生成、接收以及检测等结构均可参考包括上述专利在内的现有技术。

本实施例中，通过一压力传感器检测获取气体通道内的气体压力，压力传感器检测气体压力为现有技术，本实施例不对其安装及检测过程进行描述。

102、基于气流压力和预先存储的气体压力与计算公式的对应规则获取标的计算公式。

具体的，即在不同的气流压力下，使用不同的计算公式计算颗粒物的浓度，气流压力由压力传感器计算获取，计算公式为现有技术，其可以参见现有技术中各类激光检测装置的计算公式，气流压力与计算公式之间的对应规则可以由多种方式获取，如根据现有规则直接获取，如气流压力和风速之间的对应关系为现有技术，而现有技术中的激光检测装置已知风速均有对应的计算公式，如此即可直接获取气流压力与计算公式之间的对应规则。也可根据实验方法获取，一般的，滤膜称重法能够获取颗粒物浓度的绝对数值，如此针对同一空气标的，根据滤膜称重法获取绝对的颗粒物浓度，再根据现有技术预设诸多计算公式，并使用本实施例的方法获取一检测数据，将检测数据代入各计算公式分别获取计算的颗粒物浓度，将各计算的颗粒物浓度分别与滤膜称重法获取的绝对的颗粒物浓度进行对比，其中数值相同或者数值最为接近的计算的颗粒物浓度对应的计算公式即为该气流压力下的对应计算公式，如此即可获取气体压力与计算公式的对应规则。

很显然的，除上述方式外，只要最终能够获取正确的计算公式和对应规则，任何能够实现该对应规则的方法均可接受。

现有技术中，激光检测空气颗粒物浓度的基本原理在于：设置一气体通道，待检测气体通过电扇或气泵驱动以匀速通过气体通道，气体通道内具有一检测空间，检测空间为激光生成机构发射的激光与气体通道交汇的空间，激光经检测空间后分成两部分，其中一部分为反射激光，反射激光由激光照射检测空间内的颗粒物后反射形成，另一部分为未经颗粒物遮挡的直射激光。反射激光经激光感应装置感应后形成检测数据，现有技术中，部分激光感应装置使用阵列布置的感光元件(如光电二极管)感应反射激光，如申请号为201420469925.6，名称为“PM2.5检测装置”的实用新型；部分激光感应装置使用图像传感器，如上述的申请号为201210275567.0的发明专利。采用不同的硬件结构，会使得最终颗粒物浓度的计算公式各不相同，即使对于同一硬件设备，当气体通道内的气体流速不同，其颗粒物浓度的计算公式也各不相同，检测的标的(PM2.5或PM10)不同，计算公式也不会相同。更进一步的，在相同的硬件结构检测相同尺寸的颗粒物，不同厂家或者不同专利的计算公式也可能并不相同，其原因在于，目前激光检测依靠的是除浓度外其排列较为杂乱颗粒物反射激光，并由激光分布信号转化为电信号最终计算得出颗粒物浓度，而颗粒物浓度、激光分布信号以及电信号之间均为范围(数值集合)对范围的对应，而非单个数值对单个数值的对应，由此使得同一硬件结构对同一尺寸的颗粒物可以具有不同的计算公式。

通过上述方法后可以获取气体压力与计算公式的对应规则，并根据检测的气体压力获取到具体的计算公式。

103、通过激光对气体通道内的检测空间内的颗粒物进行照射以获取检测数据；

具体的，对于不同的硬件，具体的检测数据各不相同，当通过光电二极管检测获取的为电信号，当通过图像传感器进行检测时，获取的为图像识别数据。此步骤可参考现有技术中的颗粒物检测步骤，

104、根据标的计算公式和检测数据计算获取空气颗粒物浓度。

具体的，上述步骤102获取了计算公式(标的计算公式)，步骤103获取了检测数据，如此即可直接计算出空气颗粒物浓度。

本实施例提供的空气颗粒物浓度检测方法，可将激光检测装置的风扇除去，并且针对不同的风速，均具有对应的计算公式，如此可以在不同环境下的不同风速的颗粒物浓度进行检测。

本发明实施例提供的空气颗粒物浓度检测方法，先检测气体通道内的气流压力，各气流压力均设置有对应的颗粒物浓度计算公式，如此实现不同风速下的颗粒物浓度的计算。

本实施例中，进一步的，气体压力与计算公式的对应规则包括：气体压力与风速的对应规则，以及风速与计算公式的对应规则。现有技术中的计算公式均针对的是具体的风扇和气泵，即针对的是恒定的具体的风速，如此在对应规则中加入风速，使得最终的计算公式更为精确。

相应的，气体压力与风速的对应规则，以及风速与计算公式的对应规则均可直接根据现有技术获取，或者根据实验获取，以及参考现有技术中其它的实现方法。

优选的，分别对已知的不同风速的气流进行压力测试并获取气体压力，将各风速与各气体压力一一对应以形成气体压力与风速的对应规则，如此即获取了较为准确的气体压力与风速的对应规则。更优选的，在一恒定的风速下通过检测装置对已知浓度的标的空气进行检测以获取检测数据；分别根据各计算公式和检测数据分别计算以获取多个计算浓度；将各计算浓度分别与已知浓度进行对比，与已知浓度差值最小的计算浓度所对应的计算公式为该恒定风速所对应的计算公式，如上所述，检测装置、检测数据以及各计算公式均可通过现有技术获取，通过上述步骤即可获取相互之间的对应规则。

本实施例中，循环上述步骤，依次为各不同的风速获取对应的计算公式，即可获取完整范围的风速与计算公式间的对应规则。

本实施例中，进一步的，对不同尺寸的颗粒物，气体压力与计算公式的对应规则不同，如PM2.5和PM10存在不同计算公式，即对同一气流压力，当检测标的为PM2.5时，为一计算公式，当检测标的为PM10时，为另一计算公式，具体计算公式及对应规则的获取均仍参考上述步骤。

本实施例中，进一步的，获取气体通道内的气流压力的步骤中，当预设时间段内的气流压力呈波动数值时，则在基于气流压力和预先存储的气体压力与计算公式的对应规则获取标的计算公式的步骤中，取波动数值的平均值作为气流压力。如当获取的气流压力在十秒内在5-6个压力单位间匀速上升时，以5.5个压力单位进行计算，如此当风速不是匀速时，也可以计算最终的颗粒物浓度。

如图2-3所示，本发明实施例还一种基于压力检测的空气颗粒物浓度检测装置，包括壳体、控制器1、激光生成机构2、激光感应机构3以及压力传感器4，壳体内设置有一用于待检测气体流通的气体通道，激光生成机构2用于向气体通道内的检测空间6发射激光，激光感应机构3接收经检测空间6内的颗粒物折射的激光以获取检测数据，压力传感器4用于检测气体通道内的气流压力，控制器1基于气流压力和预先存储的气体压力与计算公式的对应规则获取标的计算公式，并根据标的计算公式和检测数据计算获取空气颗粒物浓度。

具体的，壳体为检测装置的外壳和内部骨架，控制器1为检测装置的处理芯片和电路板，其用于控制整个检测装置并进行内部数值运算。壳体、控制器1、激光生成机构2、激光感应机构3等等结构均可参考现有技术中的相关结构，压力传感器4用于检测气体通道内的待检测气体。

本实施例中，进一步的，还包括激光处理机构5，其用于衰弱直线穿过检测空间的激光，激光处理机构5用于衰弱检测以后的激光，具体结构上，激光处理机构5上可以开设空腔，空腔上设置一激光入口，空腔内包括多个衰弱反射面，通过多重反射实现激光的衰弱，但可选的，激光处理结构5也可以是吸光装置，如黑色的吸光面，用于吸收激光。通过衰弱检测以后的激光，一方面防止光污染，另一方面防止检测后的激光经多种反射或折射后再次照射颗粒物，从而增加检测的错误率。

在上述技术方案中，由于上述空气颗粒物浓度检测方法具有上述技术效果，实现该空气颗粒物浓度检测方法的空气颗粒物浓度检测装置也应具有相应的技术效果。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。