专利名称：具有湿度校正的光散射式颗粒物在线监测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种环境在线监测仪，特别是用于测定大气环境、大气污染源可 吸入颗粒物指标的环境在线监测仪器。
背景技术：
随着工业经济的迅速发展，大气污染问题越来越严重，空气中的可吸入颗粒物(以 下简称颗粒物)给人们的身体健康带来了严重的危害。据统计，全国75%城市的大气主要污 染物是可吸入颗粒物，而北京PM10作为首要污染物的天数比例高达95%。如何识别主要污 染源并对污染源采取防治措施从而改善城市空气质量，是今后大气环境治理的首要任务。 要有效掌握颗粒物的污染排放情况和扩散规律，需要先进的监测手段和大量的监测设备。目前用于监测空气中颗粒物的方法主要有滤膜称重法、微量天平法、0射线法和 光散射法。滤膜称重法是颗粒物质量浓度测定的基本方法，原理简单，测定数据可靠，但在 测定过程操作烦琐、费时、采样仪笨重缺点，不能立即给出测试结果，不能实现在线监测；微 量天平法可以实现在线监测，实时性较好，可以几分钟完成一次测量，但测量时温度、湿度 影响较大，且仪器笨重、环境要求高，不能在室外随意安装邛射线吸收法可以实现在线监 测，但在较干净的空气中，需要较长的累计时间，仪器灵敏度和实时性较差；光散射法属流 动测定法，可以实时在线监测空气中颗粒物的浓度，实时性和重复性非常好，仪器体积小， 重量轻，操作简便，噪音低，稳定性好，是颗粒物在线实时监测的理想选择。光散射式测量仪器应用方便并且稳定性好，但是其受气候因素影响较大，特别是 相对湿度对仪器的测量数据存在很大影响，因此在大雾或雨雪等相对湿度较大的天气下会 造成光散射式颗粒物监测仪测试数据的较大误差。
发明内容本实用新型的目的是提供一种具有湿度校正功能的光散射式大气可吸入颗粒物 在线监测仪器，克服传统光散射式仪器中由于相对湿度给仪器所带来的测量误差。该实用新型的检测精度可满足国家对可吸入颗粒物监测仪器检定的要求，同时该 仪器测量周期短，测量值准确可靠，集成了湿度传感器，并利用湿度数据对颗粒物浓度数据 进行修正，既继承了传统光散射式颗粒物测量仪器的优点，同时又可以实时利用相对湿度 数据对仪器所测颗粒物浓度数据进行修正，大大提高了光散射式仪器的可靠性。为达到上述目的，本实用新型的技术方案是一种具有湿度校正的光散射式颗粒 物在线监测仪，其特征在于由颗粒物测量模块、湿度测量模块、控制模块、过滤缓冲模块、采 样气泵及电源模块组成，颗粒物测量模块的进气管与大气相通，颗粒物测量模块的出气管 与过滤缓冲模块的进气口相连，过滤缓冲模块的出气口与采样气泵相连，采样气体通过颗 粒物测量模块，由颗粒物测量模块进行颗粒物测量，控制模块控制颗粒物测量模块和湿度 测量模块的运行，所述采样模块中的采样气泵采用薄膜泵。本实用新型的具有湿度校正的光散射式颗粒物在线监测仪，颗粒物测量模块由光源、光束整形模块、测量室、光电转换模块及光陷阱组成。本实用新型的具有湿度校正的光散射式颗粒物在线监测仪，湿度测量模块主要由 湿度传感器及其采集电路组成。本实用新型的具有湿度校正的光散射式颗粒物在线监测仪，所述的控制模块由控 制器、外部接口及外部设备组成，其中控制器由主控器、数据采集器组成，外部设备包括键 盘和显示屏。本实用新型的具有湿度校正的光散射式颗粒物在线监测仪，电源模块由电源电压 转换模块、蓄电池、太阳控制器及太阳能电池板组成。仪器由采样气泵、过滤缓冲模块及颗粒物测量模块的气体流通通道共同完成气体 采样，采样气体流经颗粒物测量模块，在颗粒物测量模块，光源所发出的光经光束整形模块 整形得到所需的光束形状，当携带一定颗粒的采样气流穿过光束时便会散射一定的光，通 过收集其散射光，经光电转换模块，将光信号转变为电信号，由信号调理电路完成电信号的 放大、滤波，仪器的控制模块控制仪器完成此电信号采集并且采集湿度传感器信号，进行两 信号的数据融合，最终得到修正后的颗粒物浓度数据，大大消除了由于大气相对湿度给基 于光散射原理的测量仪器所带来的影响，在很大程度上提高了测量精度。
以下结合附图对本实用新型作出说明。
图1为本实用新型实例的结构原理示意图。图2为本实用新型实例的自动测量流程示意图。图1中细线为信号线，包括信号输出、输入等线路。
具体实施方式
如图1所示具有湿度校正的光散射式颗粒物在线监测仪的实例，仪器主要由以 下几个模块组成，包括颗粒物测量模块8、湿度测量模块6、控制模块5、过滤缓冲模块9、采 样气泵10及电源模块1，控制模块同时控制颗粒物测量模块和湿度测量模块，即控制模块 在通过获取由颗粒物散射光信号所产生的电信号作为计算颗粒物浓度数据的重要依据的 同时，采集由湿度传感器所获取的大气环境相对湿度数据。首先讲一下气体采样过程，采样过程为被动式采样，采样气泵以一定的流速抽取 采样气体，气体通过颗粒物测量模块的进气管进入测量室17，进行测量，气体通过测量室后 进入过滤缓冲装置，最后经采样气泵的出气嘴排出仪器外壳。进气管的主要作用为保证气 体以一定的速度通过测量室，而过滤缓冲装置的主要作用则是获得稳定的气流，并且保护 气泵。本气体采样模块的稳定保证仪器正常运行。上述的采样气泵采用薄膜泵，采用配套的泵管，根据采样的流量要求选用不同的 采样泵。颗粒物测量模块负责收集进入测量室的采样气体中的颗粒物的散射光，完成最终 的信号测量，其光路部分主要由激光光源16，光束整形单元及光陷阱18组成，配备配套的 信号处理装置7 (信号调理放大装置)，由控制模块实现信号的采集，数据采集模块完成数据 的采集，根据标定的曲线初步计算出颗粒物浓度值。[0021]湿度测量模块主要完成大气环境相对湿度的测量，湿度传感器通过获取空气中相 对湿度数据将其转换为O 3V的电压信号，由控制模块实现信号的采集，数据采集模块完 成数据的采集，根据标定的曲线计算出大气的相对湿度数据。控制模块是由控制器、外部接口及外部设备组成，如图1中控制器15是仪器的控 制核心，由主控器、数据采集器等组成，可根据核心程序中规定的采样间隔，完成对颗粒物 浓度数据及大气相对湿度数据的采集，并通过内嵌的算法进行数据融合，利用相对湿度数 据对颗粒物浓度数据进行修正，最终得到修正后的颗粒物浓度数据，即为最终的测量结果。 外部设备主要包括键盘2和显示屏3，仪器的状态、数据等信息通过显示屏幕3展示给用户， 通过键盘2实现各种功能操作，这是外设部分完成的功能。电源模块1主要为仪器的运行提供电源，电压转换模块14主要是将蓄电池12输 出的12V电压转换为仪器各元器件所需的电压，太阳能电池11通过太阳能控制器13，可对 蓄电池进行充电，不仅使仪器适用于无市电的野外操作，而且节能环保。如图1所示，外部接口 4，即仪器的外围接口为RS232通讯接口，通过外接相关设备 可完成监测数据的导出，串口指令的接收与发送，实现与外部的交互。仪器上电后即可自动运行，无需人工操作。仪器提供的主要功能包括曲线校正、数据存储、参数设置等。下面讲述仪器的工作流程，如图2所示。仪器工作时，首先采样气泵抽取气体，采 样气体通过进气管进入测量室，在测量室中，采样气体中颗粒物通过光束区域产生光脉冲 信号，通过光电转换模块将光脉冲信号转换为电脉冲信号，然后通过信号调理电路对此脉 冲信号进行放大滤波，接着通过高速数据采集处理电路对此脉冲信号进行采集、检出、识别 与计数，并将此数据传输至微控制器进行计算与处理得到颗粒物浓度数据，与此同时微控 制器接收采集的湿度传感器信号，通过计算与处理得到相对湿度数据，并通过内嵌的算法 进行数据融合，利用相对湿度数据对颗粒物浓度数据进行修正，最终得到修正后的颗粒物 浓度数据，即为最终的测量结果，完成一次测量过程。
权利要求1.一种具有湿度校正的光散射式颗粒物在线监测仪，其特征在于由颗粒物测量模块、 湿度测量模块、控制模块、过滤缓冲模块、采样气泵及电源模块组成，颗粒物测量模块的进 气管与大气相通，颗粒物测量模块的出气管与过滤缓冲模块的进气口相连，过滤缓冲模块 的出气口与采样气泵相连，采样气体通过颗粒物测量模块，由颗粒物测量模块进行颗粒物 测量，控制模块控制颗粒物测量模块和湿度测量模块的运行，所述采样模块中的采样气泵 采用薄膜泵。
2.如权利要求1所述的具有湿度校正的光散射式颗粒物在线监测仪，其特征在于颗 粒物测量模块由光源、光束整形模块、测量室、光电转换模块及光陷阱组成。
3.如权利要求1或2中所述的具有湿度校正的光散射式颗粒物在线监测仪，其特征在 于湿度测量模块主要由湿度传感器及其采集电路组成。
4.如权利要求3所述的具有湿度校正的光散射式颗粒物在线监测仪，其特征在于所 述的控制模块由控制器、外部接口及外部设备组成，其中控制器由主控器、数据采集器组 成，外部设备包括键盘和显示屏。
5.如权利要求4所述的具有湿度校正的光散射式颗粒物在线监测仪，其特征在于所 述的电源模块由电源电压转换模块、蓄电池、太阳控制器及太阳能电池板组成。
专利摘要一种具有湿度校正的光散射式颗粒物在线监测仪，由颗粒物测量模块、湿度测量模块、控制模块、过滤缓冲模块、采样气泵及电源模块组成，控制模块控制颗粒物测量模块及湿度测量模块的运行并采集其模块状态，通过显示屏、键盘实现人机交互，控制模块内嵌算法可实现颗粒物测量与湿度测量的数据融合，利用相对湿度数据对颗粒物浓度数据进行修正，得到最终的测量结果，大大消除了由于相对湿度数据对于普通光散射颗粒物测量仪器所带来的影响，提高了测量数据的准确性。
文档编号G01N1/14GK201788149SQ20102052700
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者不公告发明人 申请人:北京环科环保技术公司