一种空气中可吸入颗粒物的在线监测系统的制作方法

本实用新型属于空气监测技术领域，尤其涉及一种空气中可吸入颗粒物的在线监测系统。

背景技术：

颗粒物是重要的大气污染物之一，由于其可在大气中长期停留，远距离输送，可引起多种危害人体健康的疾病，颗粒物的尺寸大小直接影响其致病性，颗粒物唯一的主要进入人体的途径是通过呼吸道，较大的粒子可能停留在鼻腔及鼻咽部，很小的颗粒可以进入并停留在肺部，0.1-10μm或15μm的颗粒物因尺寸小具有很大的比表面积，可吸附大量的可溶性有机物，特别是具有“三致作用”的污染物通过肺泡的毛细管转移，进入血液循环系统，导致与体内其他敏感组织接触，产生遗传毒理作用，危害身体机能和健康，通过对空气中大气颗粒物进行监测，可以了解空气质量的状况，及时做出防治措施，同时为城市居民提供生活地区周边空气质量数据。

目前市场上关于PM2.5的监测技术发展较快，主要包括地面监测技术和卫星遥感技术，卫星遥感技术日益受到重视，但国内外常规监测仍以地面监测为主。从监测精度方面看，国内外对总悬浮颗粒物(TSP)及可吸入颗粒物(PM10)的采样器以及监测系统的开发研究十分充分，国内现在较为成熟的是对PM10颗粒物的采样，而对细颗粒物(PM2.5)的监测，国外的技术已较为成熟，国内虽已有些许成果，但很多配套设施仍不完善，在监测精度上和国际先进水平存在差距，在较长时间内仍处于发展阶段，另一方面，国外在上世纪已经进入对在线自动监测技术的研究，而国内至今在PM2.5在线监测技术上还未曾有过成熟的、具有自主知识产权的监测系统覆盖监测工作领域，在国内的大气监测史上仍属空白。

技术实现要素：

本实用新型提供一种空气中可吸入颗粒物的在线监测系统，旨在对细颗粒物(PM2.5)的监测，国外的技术已较为成熟，国内虽已有些许成果，但很多配套设施仍不完善，在监测精度上和国际先进水平存在差距，在较长时间内仍处于发展阶段，另一方面，国外在上世纪已经进入对在线自动监测技术的研究，而国内至今在PM2.5在线监测技术上还未曾有过成熟的、具有自主知识产权的监测系统覆盖监测工作领域，在国内的大气监测史上仍属空白。

本实用新型是这样实现的，一种空气中可吸入颗粒物的在线监测系统，其特征在于：包括处理模块、采集模块、干燥模块、称量模块和储存模块，其中：所述处理模块与所述采集模块相连接，用于控制所述采集模块对室内的空气进行抽取采样，所述处理模块与所述干燥模块相连接，用于控制所述干燥模块对所述采集模块抽取的样品气进行规定的干燥处理形成干燥样品气，所述处理模块与所述称量模块相连接，用于控制所述称量模块对所述干燥模块制取的干燥样品气进行进一步的过滤抽取采样，并称重形成空气中颗粒物的质量，所述处理模块与所述储存模块相连接，用于将所述称量模块形成的数据结果进行上传并储存，用于数据库的建立，方便形成系统的检测数据。

优选的，所述处理模块上搭载有单片机处理器，所述单片机处理器用于各个原件的控制和简单的处理分析。

优选的，所述采集模块包括冲击式大气串级采样器，所述冲击式大气串级采样器利用冲击的原理，按冲量大小，可以分别同时采集不同粒径的颗粒。

优选的，所述干燥模块包括数字温湿度传感器、气体流量控制器、样品加热器和干燥气制取装置，所述数字温湿度传感器采集样品气的温度和湿度信息，并通过IC总线传递给所述单片机处理器，所述气体流量控制器对合格的样品气的流量进行控制，方便干燥所述样品加热器对不合格的样品气进行加热加湿使之通过所述数字温湿度传感器的检测，所述干燥气制取装置对所述气体流量控制器限制后的样品气进行干燥制取干燥样品气，所述干燥气制取装置包括半导体制冷器和高透湿性聚醚型TPU薄膜，所述半导体制冷器通过制冷来冷凝去除空气中的水分，所述高透湿性聚醚型TPU薄膜通过两侧水汽浓度差产生的分压差作为驱动势，使空气中的水汽从高浓度的一侧传质到低浓度的一侧，来快速地降低并平衡样品气的湿度。

优选的，所述称量模块包括多级冲击式粒径分割采样头、传动装置、滤膜夹和电子天平，所述多级冲击式粒径分割采样头将干燥样品气中溶胶颗粒物按空气动力学粒径的大小多级分离采集，提供大致均匀的平面样品以进行后续的物理、化学分析，同时保证各分级切割粒径的稳定性，所述传动装置带动所述滤膜夹上移对接所述多级冲击式粒径分割采样头的采样进气管，下移接触所述电子天平，所述滤膜夹带动滤膜，空气透过滤膜颗粒物被滤膜捕获，从而进行所述电子天平的承重，所述电子天平对所述滤膜夹进行承重，空气中颗粒物的质量。

优选的，所述储存模块包括无线网络和云服务器，所述无线网络可以将所述电子天平称量的结果上传给所述云服务器，所述云服务器用于接收所述无线网络传递的数据进行存储和处理，形成一系列，一段时间的连续监测结果，从而进行预测。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种空气中可吸入颗粒物的在线监测系统，通过设置所述冲击式大气串级采样器可以分别同时采集不同粒径的空气颗粒从而对空气进行细致的抽取，所述数字温湿度传感器、所述气体流量控制器、所述样品加热器和所述干燥气制取装置之间的相互配合将样品气进行干燥，相对于仅通过加热过程来降低相对湿度，而未改变样品气中水汽的实际含量，本项目通过去除过量的水汽，因而与标准重量法测定结果相一致，保证了颗粒物浓度测量结果的准确、可靠，利用所述电子天平称重，影响因素少，结果可靠，采样、称量可自动、连续进行，实现了采样、称量、数据处理的自动化，使经典的重量法能应用于空气颗粒物质量浓度的在线监测。

附图说明

图1为本实用新型的整体流程示意图；

图2为本实用新型的处理模块示意图；

图3为本实用新型的采集模块示意图；

图4为本实用新型的干燥模块示意图；

图5为本实用新型的称量模块示意图；

图6为本实用新型的储存模块示意图；

图7为本实用新型的干燥模块流程结构示意图；

图中：100-处理模块、101-单片机处理器、200-采集模块、201-冲击式大气串级采样器、300-干燥模块、301-数字温湿度传感器、302-气体流量控制器、303-样品加热器、304-干燥气制取装置、3041-半导体制冷器、3042-高透湿性聚醚型TPU薄膜、400-称量模块、401-多级冲击式粒径分割采样头、402-传动装置、403-滤膜夹、404-电子天平、500-储存模块、501-无线网络、502-云服务器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1-7，本实用新型提供一种技术方案：一种空气中可吸入颗粒物的在线监测系统，其特征在于：包括处理模块100、采集模块200、干燥模块300、称量模块400和储存模块500，其中：处理模块100与采集模块200相连接，用于控制采集模块200对室内的空气进行抽取采样，

在本实施方式中，通过控制处理模块发送抽取室内空气的指令，采集模块接收到处理模块发出的指令后，进行相对应的程序动作，从而对室内周围的空气进行抽取，采集形成样品气。

处理模块100与干燥模块300相连接，用于控制干燥模块300对采集模块200抽取的样品气进行规定的干燥处理形成干燥样品气，

在本实施方式中，抽取的样品气导入到干燥模块内部，干燥模块首先对样品气进行温度和湿度的检测，将检测的结果发送给处理模块，处理模块接收数据并于写入的原有资料进行阀值比较，将比对的结果生成指令发送给干燥模块，对于大于阀值的样品气进行干燥制取，对于小于阀值的样品气进行加热加湿，从新检测，分析，直至合格为止。

处理模块100与称量模块400相连接，用于控制称量模块400对干燥模块300制取的干燥样品气进行进一步的过滤抽取采样，并称重形成空气中颗粒物的质量，

在本实施方式中，称量模块对干燥后的空气进行再次的颗粒的采集，并对采集的颗粒进行称重，将称重的结果发送给处理模块，处理模块计算出空气中颗粒物的质量和浓度。

处理模块100与储存模块500相连接，用于将称量模块400形成的数据结果进行上传并储存，用于数据库的建立，方便形成系统的检测数据。

在本实施方式中，处理模块将计算好的数据，发送给储存模块，进行一系列的数据储存，并进行云计算，从而进行预测。

进一步的，处理模块100上搭载有单片机处理器101，单片机处理器101用于各个原件的控制和简单的处理分析。

在本实施方式中，单片机处理器101用于各个原件的控制的开关和运行，并对各个原件发送的数据进行简单的处理分析，从而反馈和储存。

进一步的，采集模块200包括冲击式大气串级采样器201，冲击式大气串级采样器201利用冲击的原理，按冲量大小，可以分别同时采集不同粒径的颗粒。

在本实施方式中，利用Marple冲击理论，结合Stokes动力学方程和Michaud的串级切割器设计方法，总结出冲击式大气串级采样器设计方程，该方程不仅适用于喷嘴中高速气流切割器设计，也适用于低速气流的设计，并根据所导出的冲击式大气串级采样器设计方程得出了相关设计参数，完成冲击式大气串级采样器的理论设计，从而对空气进行采集。

进一步的，干燥模块300包括数字温湿度传感器301、气体流量控制器302、样品加热器303和干燥气制取装置304，数字温湿度传感器301采集样品气的温度和湿度信息，并通过I2C总线传递给单片机处理器101，气体流量控制器302对合格的样品气的流量进行控制，方便样品加热器303对不合格的样品气进行加热加湿使之通过数字温湿度传感器301的检测，干燥气制取装置304对气体流量控制器302限制后的样品气进行干燥制取干燥样品气，干燥气制取装置304包括半导体制冷器3041和高透湿性聚醚型TPU薄膜3042，半导体制冷器3041通过制冷来冷凝去除空气中的水分，高透湿性聚醚型TPU薄膜3042通过两侧水汽浓度差产生的分压差作为驱动势，使空气中的水汽从高浓度的一侧传质到低浓度的一侧，来快速地降低并平衡样品气的湿度。

在本实施方式中，安装在样品气气体流量控制器302的样品气进气口和样品气加热器的出气口处的数字温湿度传感器采集样品气的温度和湿度信息，并通过I2C总线传递给单片机处理器101，单片机处理器101对采集到的样品气温湿度数据和设好的湿度阈值(相对湿度为55％)、温度阈值(30℃、15℃)进行对比，当样品气相对湿度大于湿度阈值，或温度高于30℃，则开启气体流量控制器和干燥气制取器；当样品气相对湿度小于阈值，而温度低于15℃时则开启样品气加热器，进行加热，并重新检测，直至合格为止。

进一步的，称量模块400包括多级冲击式粒径分割采样头401、传动装置402、滤膜夹403和电子天平404，多级冲击式粒径分割采样头401将干燥样品气中溶胶颗粒物按空气动力学粒径的大小多级分离采集，提供大致均匀的平面样品以进行后续的物理、化学分析，同时保证各分级切割粒径的稳定性，传动装置402带动滤膜夹403上移对接多级冲击式粒径分割采样头401的采样进气管，下移接触电子天平404，滤膜夹403带动滤膜，空气透过滤膜颗粒物被滤膜捕获，从而进行电子天平404的承重，电子天平404对滤膜夹403进行承重，空气中颗粒物的质量。

在本实施方式中，环境空气颗粒物经过多级冲击式粒径分割采样头通过采样进气管进入采样、称量系统，滤膜夹通过传动系统上升与进气管密封相接，空气透过滤膜颗粒物被滤膜捕获，完成采样过程；滤膜夹通过传动系统下降与电子天平接触，天平对滤膜夹进行称重，完成称量过程，在单片机处理器101控制下，采样、称量可自动、连续进行，实现了采样、称量、数据处理的自动化，使经典的重量法能应用于空气颗粒物质量浓度的在线监测。

进一步的，储存模块500包括无线网络501和云服务器502，无线网络501可以将电子天平404称量的结果上传给云服务器502，云服务器502用于接收无线网络501传递的数据进行存储和处理，形成一系列，一段时间的连续监测结果，从而进行预测。

在本实施方式中，将单片机处理器处理的各种数据上传到云服务器中，进行一系列数据的存储和记忆，方便以后使用时的调取，且通过一系列数据的写入生成一段时间的数据模型，从而根据生成的数据模型，进一些短期的预判和预测，方便人们的预防。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。