檢測(cè)大氣顆粒物污染物濃度的移動(dòng)式車載檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及大氣環(huán)境檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種檢測(cè)大氣顆粒物污染物PM2.5濃度的移動(dòng)式車載檢測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]研究適合于車載移動(dòng)的PM2.5環(huán)境監(jiān)測(cè)器與云計(jì)算技術(shù)，配合城市現(xiàn)有PM2.5監(jiān)測(cè)站，及時(shí)、準(zhǔn)確并全面地反映大氣質(zhì)量及趨勢(shì)，為環(huán)保、污染源監(jiān)控、城市規(guī)劃等提供科學(xué)的依據(jù)，結(jié)合工業(yè)布局、城市交通、人口等元素，進(jìn)行系統(tǒng)研究，密切監(jiān)控城市大氣質(zhì)量并起到積極的技術(shù)支撐作用。
[0003]懸浮在空氣中的液態(tài)與固態(tài)顆粒狀物質(zhì)統(tǒng)稱為大氣顆粒物。各種顆粒物分散在空氣中構(gòu)成了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的懸浮體系，通常按照粒徑把大氣顆粒物分為:總懸浮顆粒物TSP、粗粒子PMlO和細(xì)粒子PM2.5。粒徑大小是影響大氣顆粒物危害性的重要因素，細(xì)粒子PM2.5直徑相當(dāng)于人類頭發(fā)的十分之一，顆粒物空氣動(dòng)力學(xué)粒徑大小決定其進(jìn)入呼吸道和在呼吸道內(nèi)的滯留。細(xì)粒子PM2.5被吸入人體后會(huì)直接進(jìn)入支氣管，干擾肺部正常工作，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎等方面的多類疾病iie的散射理論指出:包括細(xì)粒子在內(nèi)的微小顆粒受到光線照射時(shí)，如果光波長所在的數(shù)量級(jí)與顆粒直徑相當(dāng)，則光能主要以光散射的形式衰減。Mie散射具備以下三大光學(xué)特征:I)散射光強(qiáng)度分布隨著角度的變化而變化。當(dāng)入射光波長遠(yuǎn)小于粒子直徑時(shí)，散射光光強(qiáng)分布復(fù)雜。2)隨顆粒物直徑增大，前向散射光子數(shù)相對(duì)增加，后向散射光子數(shù)則相對(duì)減少。3)當(dāng)顆粒物直徑遠(yuǎn)大于散射光波時(shí)，則主要發(fā)生光線的衍射，此時(shí)波長和粒子直徑對(duì)散射光的影響很小?；贛ie散射的思路，細(xì)顆粒物受光照后會(huì)發(fā)出散射光信號(hào)，接收到的散射光與顆粒物濃度呈現(xiàn)一種線性關(guān)系，通過該原理可計(jì)算出大氣顆粒物濃度。目前城市區(qū)域350米以下基本都有顆粒污染物存在，我國城市尤其是大城市污染程度嚴(yán)重，由于工業(yè)信息化程度仍處于較低水平，城市公眾對(duì)于PM2.5的污染關(guān)注度不斷提升，使得城市區(qū)域PM2.5的監(jiān)測(cè)顯得日益重要。
[0004]現(xiàn)有采用光散射法的PM2.5環(huán)境監(jiān)測(cè)器依據(jù)微粒Mie散射理論進(jìn)行制造。其工作原理是通過光束檢測(cè)大氣顆粒物尺寸，大氣顆粒物尺寸數(shù)量級(jí)等于或大于光的波長時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生光能衰減，其表現(xiàn)形式主要是光的散射，該類監(jiān)測(cè)器主要包括光源、透鏡、反光鏡、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器與電信號(hào)分析電路等組成部分。當(dāng)大氣顆粒物受光線照射并發(fā)生光線散射現(xiàn)象時(shí)，光電探測(cè)器利用反光鏡聚焦透鏡的方式，通過捕獲散射光以完成光電信號(hào)轉(zhuǎn)化，隨后將獲取的光電信號(hào)通過前置放大與噪聲濾波等實(shí)時(shí)處理后，在電信號(hào)分析電路中進(jìn)行脈沖發(fā)生量計(jì)算。由于脈沖與大氣顆粒物相對(duì)濃度成正比，系統(tǒng)每接收到一次脈沖信號(hào)就表示檢測(cè)器接收一個(gè)散射光。通過在相同大氣環(huán)境下多組測(cè)量后收集的大氣數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)擬合技術(shù)計(jì)算并獲取PM2.5環(huán)境監(jiān)測(cè)器測(cè)出的大氣顆粒物數(shù)據(jù)。目前我國PM2.5環(huán)境監(jiān)測(cè)器生產(chǎn)企業(yè)大都采用光學(xué)方法設(shè)計(jì)與制造PM2.5檢測(cè)器，在設(shè)計(jì)中通過利用射線動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)技術(shù)以減少檢測(cè)誤差。在使用中采用鋰電池給檢測(cè)系統(tǒng)供電，由于鋰電池自身體積較大、成本、重量、充電等客觀因素，現(xiàn)有PM2.5環(huán)境檢測(cè)器并不適合車載移動(dòng)使用。通過國內(nèi)市場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn):現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測(cè)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫仍主要基于傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，難以適應(yīng)日益增長的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、大規(guī)模數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用的需求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]針對(duì)上述存在的問題，本實(shí)用新型旨在提供一種檢測(cè)大氣顆粒物污染物濃度的移動(dòng)式車載檢測(cè)系統(tǒng)，本實(shí)用新型主要涉及前端車載檢測(cè)器設(shè)備與后端云處理平臺(tái)，采用低價(jià)、可移動(dòng)的PM2.5環(huán)境監(jiān)測(cè)器輔助傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)站的工作方式，可以形成數(shù)據(jù)的有效互補(bǔ)，以便掌握城市區(qū)域大氣中全面、真實(shí)的細(xì)粒子PM2.5數(shù)據(jù)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]檢測(cè)大氣顆粒物污染物濃度的移動(dòng)式車載檢測(cè)系統(tǒng)，包括設(shè)置在車輛上的前端車載移動(dòng)PM2.5環(huán)境檢測(cè)器及設(shè)置在監(jiān)測(cè)站的云存儲(chǔ)服務(wù)器與云處理服務(wù)器;其中，所述前端車載移動(dòng)PM2.5環(huán)境檢測(cè)器包括以下部分:電源、電壓轉(zhuǎn)換器、氣體采集器，用以檢測(cè)大氣顆粒物PM2.5濃度的紅外光學(xué)傳感器，前置放大器，A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器以及CPU處理器，所述氣體采集器連接所述紅外光學(xué)傳感器，所述紅外光學(xué)傳感器通過所述前置放大器連接所述A/D轉(zhuǎn)換器，所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接所述CPU處理器，所述CPU處理器連接存儲(chǔ)器和通訊端口，所述電源通過電壓轉(zhuǎn)換器連接紅外光學(xué)傳感器、前置放大器以及A/D轉(zhuǎn)換器。
[0008]進(jìn)一步的，所述紅外傳感器由紅外光發(fā)射部件、加熱器、散射光收集部件以及透鏡四部分組成。
[0009]進(jìn)一步的，電壓轉(zhuǎn)換器由運(yùn)算放大器、電阻與電容組成，并且通過調(diào)節(jié)以改變紅外光學(xué)傳感器的供電電壓，從而實(shí)現(xiàn)功率穩(wěn)定與控制調(diào)節(jié)。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果是:針對(duì)城市區(qū)域PM2.5的檢測(cè)，發(fā)明檢測(cè)大氣顆粒物污染物濃度的移動(dòng)式車載檢測(cè)系統(tǒng)，主要涉及前端車載移動(dòng)PM2.5環(huán)境檢測(cè)器系統(tǒng)與后端云存儲(chǔ)與云處理系統(tǒng)，前端大氣顆粒物檢測(cè)系統(tǒng)使用紅外光散射法來進(jìn)行大氣顆粒物數(shù)據(jù)的檢測(cè)，通過紅外光學(xué)傳感器來采集PM2.5大氣顆粒物數(shù)據(jù)，紅外光學(xué)傳感器通道利用紅外光散射法來獲取顆粒濃度，采集空氣的通道有固定的加熱源，通過加熱源來進(jìn)行空氣顆粒物的動(dòng)態(tài)采集，通過光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，將大氣顆粒濃度信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)PWM波形數(shù)據(jù)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯集處理與數(shù)據(jù)擬合，測(cè)出的PM2.5大氣顆粒物數(shù)據(jù)最后存入后端云存儲(chǔ)與云處理數(shù)據(jù)庫，在后臺(tái)進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)處理，并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大氣數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)發(fā)布，由于本實(shí)用新型是直接設(shè)置在車輛上的環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)故不需要專用鋰電池供電，車載PM2.5環(huán)境檢測(cè)器設(shè)備體積更為小巧、部署方式更加靈活、成本更加低廉，而且通過車載方式進(jìn)行部署，在城市公交車輛的不同運(yùn)行區(qū)間布局并有效使用PM2.5環(huán)境檢測(cè)器，能夠全面地掌握城市不同區(qū)域大氣狀況，并可以獲得不同氣候條件下、不同時(shí)間段的PM2.5實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0011 ]圖1為本實(shí)用新型前端車載PM2.5環(huán)境檢測(cè)器原理框圖。。
[0012]圖2為本實(shí)用新型紅外光學(xué)傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖。
[0013]其中:I為紅外光源，2為加熱器，3為散射光收集，4為透鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本領(lǐng)