一种工业烟囱废气排放在线检测装置的制作方法

本实用新型属于工业废气检测技术领域，具体涉及一种工业烟囱废气排放在线检测装置。

背景技术：

工业烟囱超标排放是造成雾霾天气的重要污染源之一。其中，排出的烟尘中含有大量的细颗粒物。细颗粒物又称细粒、细颗粒、PM2.5。细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质(例如，重金属、微生物等)，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

细颗粒物对人体健康的危害要更大，因为直径越小，进入呼吸道的部位越深。10μm直径的颗粒物通常沉积在上呼吸道，2μm以下的可深入到细支气管和肺泡。细颗粒物进入人体到肺泡后，直接影响肺的通气功能，使机体容易处在缺氧状态。据悉，2012年联合国环境规划署公布的《全球环境展望5》指出，每年有70万人死于因臭氧导致的呼吸系统疾病，有近 200万的过早死亡病例与颗粒物污染有关。《美国国家科学院院刊》(PNAS)也发表了研究报告，报告中称，人类的平均寿命因为空气污染很可能已经缩短了5年半。世界卫生组织发布的报告表明，由室外空气污染导致的过早死亡人数，平均为每天1000人，每年有35至40万的人面临着死亡。具体来讲，早在1997年，世界卫生组织就预计有5万中国人因为空气污染而过早死亡。总体来说，这份报告发现，中国的空气污染使得城市居民的寿命减少了18年。

所以作为空气污染的重大污染源之一，烟囱废气排污质量是否达标，也是空气预防治理工作的重中之重。目前，工业烟囱烟尘排放监测主要采取人工攀登烟囱上部监测平台进行，不仅监测质量不高，而且登高作业比较危险。

气溶胶的早期观测主要针对TSP，随着人们对细颗粒物对生物健康的危害的重视，PM10 和PM2.5的观测研究逐渐成为重点。美国EPA(美国环保局)从1987年开始了对PM10的网络化观测，从1999年开始了PM2.5的观测；欧洲EMEP(欧洲空气污染物长程飘移监测和评价)从1998年开始PM10的网络化观测，目前已有十几个国家参与，部分国家也对PM2.5进行观测。

2011年12月21日，中国环境保护部部长周生贤在“2012年全国环保工作会议”上表示，“必须抓紧修改完善，增加PM2.5检测指标，尽力争取早发布。2012年在京津冀、长三角、珠三角等重点区域及直辖市和省会城市开展PM2.5检测充分说明国家对于PM2.5超标的重视，周生贤还强调，必须建立区域大气环境质量预报系统等方式控制PM2.5。国家对于PM2.5的重视使得减轻PM2.5的外患成为可能。

2012年10月11日，国家环境保护部副部长吴晓青表示，新的《环境空气质量标准》颁布后，环保部明确提出了新标准实施的“三步走”目标。截至目前，全国已有195个站点完成PM2.5仪器安装调试并试运行，有138个站点开始正式PM2.5监测并发布数据。

迄今为止，PM2.5的污染情况不容乐观，所以了解其污染现状、污染变化规律、污染类型，判明主要污染源并制定切实可行的防治措施，改善人气环境质量，改善居住环境，降低相关疾病的发病率，减轻社会和家庭的医药费用负担，提高生活质量都具有理论指导意义。

PM2.5质量浓度的测量可通过手工重量法和自动监测仪进行测量，由于颗粒物细粒子 PM2.5的组成与机理的特殊性，实现自动监测的难度远远大于传统的PM10，因此只有少数设备通过了美国环保署的认证。

(1)重量法

通过有一定切割特性的采样器，用恒定速度抽取定量的体积空气，使外界环境空气中的 PM2.5被截留在已知质量的滤膜上，根据采样前后滤膜的重量差以及采样体积，计算出PM2.5 浓度。

滤膜称重法测定的是颗粒物的绝对质量浓度，它的原理简单、测定数据可靠、测量不受颗粒物的形状、大小和颜色等的影响，但是在测定的过程中，操作繁琐、费时、采样仪笨重、噪声大，且不能立即给出测试结果。

(2)β射线吸收法

此方法是通过测量β射线的强度变化来确定气溶胶的质量浓度。颗粒物被采集到滤膜上，β射线穿过该滤膜是其强度发生变化。穿过滤膜的β射线的强度随着颗粒物的负载量成比例减弱。β射线衰减检测是一个带有连续过滤带(filter tape)的自动化采样器，每一次测量时都有“新鲜”的过滤节(filter segment)。最初，利用未暴露的过滤节作为空白衰减来测量β射线衰减，然后把这段过滤节暴露在周围颗粒物中，在一段时间内收集颗粒物，此时再次测量β射线衰减，经空白修正后转换为质量浓度。

(3)振荡微量天平法

此方法被广泛用作连续PM10质量测量检测器，如果用PM2.5采样头取代PM10采样头，它也可以连续测量PM2.5的浓度。在该方法中，收集颗粒物的滤膜被放在一个玻璃管顶部，该玻璃管应用电场内振荡，随着滤膜上收集的颗粒物不断增加，玻璃管的振荡频率降低，方法的灵敏度约为1～2μg/m3，典型的分辨时间为5min。[8]为了维持必要的精密度，锥形元件必须保持恒温，以避免膨胀或收缩造成的影响，并要递升温度以除去被吸附的水分，这样才能避免周围环境湿度的变化造成的影响。但是，无论在采样头处还是在锥形元件处加热样品，都会使气溶胶中的半挥发性物质损失。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述不足，提出了一种能够实现实时在线测量，测量精度准确的工业烟囱废气排放在线检测装置。

本实用新型具体采用如下技术方案：

一种工业烟囱废气排放在线检测装置，包括多个前端采集器和终端接收器，每个所述前端采集器包括烟尘颗粒浓度传感器、湿度传感器和采集电路，前端采集器和终端接收器均设置微控制器和收发模块，前端采集器与终端接收器通过收发模块实现端到端的无线网络连接，终端接收器通过路由器连入以太网，将接收的数据从外扩的网络接口上传至以太网。

优选地，所述微控制器采用STM32F407ZGT6嵌入式芯片。

优选地，所述微控制器上连有存储器、掉电保护单元和声光报警单元。

优选地，所述收发模块采用SIM900A。

优选地，所述烟尘颗粒浓度传感器采用GP2Y1010AU0F，烟尘颗粒浓度传感器输出的模拟电压大小与烟尘浓度成正比。

本实用新型具有如下有益效果：通过Web浏览器方式进行监测与控制，操作简便，可视化程度好，功能扩展性好，采用B/S管理架构使各个电脑之间没有协议间的限制，建设成本低，软件升级维护成本也很低，可根据用户需要随时修改；

微处理器采用ARM内核STM32F407ZGT6高性能微处理器，是32位单片机，采用最新的 Cortex-M4内核，指令周期短，速度快，具有优先级抢占中断控制器，自带滴答定时器，可用于LWIP轮询功能，GPIO复用功能多；

存储器S容量大，可插拔，修改使用方便，现在各个领域被广泛应用。通过使用存储器实现历史问题数据存储、命令修改等的功能。

附图说明

图1为工业烟囱废气排放在线检测装置整体框图；

图2为前端采集器结构图；

图3为终端接收器结构图；

图4为采集电路电路图。

其中，1为前端采集器，2为终端接收器，3为路由器，4为烟囱，5为以太网，6为数据库服务器，7为网络打印机，8为工作站，9为UPS。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的具体实施方式做进一步说明：

如图1所示，一种工业烟囱废气排放在线检测装置，包括多个前端采集器1和终端接收器2，每个前端采集器1包括烟尘颗粒浓度传感器、湿度传感器和采集电路，前端采集器和终端接收器均设置微控制器和收发模块，前端采集器与终端接收器通过收发模块实现端到端的无线网络连接，终端接收器通过路由器3连入以太网，将接收的数据从外扩的网络接口上传至以太网。

如图2-3所示，微控制器采用STM32F407ZGT6嵌入式芯片，微控制器上连有存储器、掉电保护单元和声光报警单元，收发模块采用SIM900A，烟尘颗粒浓度传感器采用 GP2Y1010AU0F，烟尘颗粒浓度传感器输出的模拟电压大小与烟尘浓度成正比，采用STM32 F407ZGT6自身的A/D转换将模拟电压转换为数字电压，计算与无尘时的电压差值进而求得烟尘实际浓度值。

采用该在线检测装置测量时，将前端采集器安装在烟囱4附近，前端采集器主要负责采集烟尘浓度和温湿度等参数，GP2Y1010AU0F传感器采集烟尘颗粒浓度；湿度传感器DHT22测量空气温度、相对湿度数据；利用DMA将上述监测数据传输至外部SRAM，并通过收发模块 SIM900A传输到GPRS网络；W25X16实现重要数据掉电保护功能；SD卡负责分类存储历史数据信息。

终端接收器负责数据处理和网络传输，终端与前端收发模块SIM900A实现端到端GPRS通信，将接收的数据从外扩的ENC28J60网络接口上传至以太网5，供监测室监管调用。若监测数据超过警戒值，监测界面自动切换，声光报警并发出短信提示，工作人员在对烟尘浓度等数据分析后制定整修方案，及时调整污染物排放浓度。

如图4所示，为采集电路，PF11为传感器输入同步脉冲信号，R42限流，2N3904晶体管增强对传感器驱动能力；PB10为STM32的A/D转换引脚，接收传感器的模拟信号后转换为数字信号再进行处理，R40与R41起到分压作用。

前端采集器采集的数据通过GPRS无线网络传输给终端接收装置，工作人员通过外部设 (例如电脑)即可实时监控各个工业烟囱。以太网上连有数据库服务器6、网络打印机7、工作站8和UPS(不间断电源)9，当烟尘排放超标时，终端接收器控制Web网页自动跳转到超标排放烟囱监控界面，同时声光报警，智能发送短信，提示工作人员做好相应工作。系统的前端采集器和终端接收器均可独立存储重要历史数据，便于问题追溯。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。