一種空氣顆粒物濃度監控設備及其檢測方法
【專利摘要】本發明提供了一種空氣顆粒物濃度監控設備,其包括:第一檢測裝置(11),獲取第一檢測數據,通過數據傳輸裝置(2)傳輸至處理裝置,以計算出采樣時間內的顆粒物小時濃度值,并通過所述數據傳輸裝置(2)向所述服務器(5)發送,第二檢測裝置(12),獲取第二檢測數據,并通過所述數據傳輸裝置(2)傳輸至所述服務器(5),并通過該服務器(5)內設有的校準系數K值公式計算獲得最終檢測數據。
【專利說明】
-種空氣顆粒物濃度監控設備及其檢測方法
技術領域
[0001] 本發明設及一種空氣顆粒物濃度監控檢測技術,尤其設及一種采用濾膜稱重法與 光散法結合,對空氣顆粒物濃度進行檢測的監控設備及其檢測方法。
【背景技術】
[0002] 當前,世界范圍內,發展中國家的空氣污染問題正日益突出,伴隨空氣污染所形成 的霧靈天氣,也正頻繁的籠罩著各地城市,造成空氣質量顯著下降,日益侵蝕著人體的健 康。
[0003] 為了改善空氣質量環境,有專家分析其原因,得知除了傳統的工業排放、汽車尾氣 排放外,城市內的工地、碼頭、堆場、道路的揚塵危害也是重要污染源之一,其中的粉塵經參 入空氣后,所形成的大氣顆粒物的危害極為嚴重,因此各地環保部口迫切想要實現,通過實 時監測大氣顆粒物的濃度,盡早確定周圍環境對大氣顆粒物濃度的影響,并有效確定污染 源頭,為降低大氣顆粒物濃度的治理工作提供檢測依據。
[0004] 為了實現上述問題,現有技術所提供的空氣顆粒物檢測主要包括兩種方式: 第一種,采用光散射法進行粉塵的檢測,其原理通過光照射在空氣中懸浮顆粒物上時, 會產生散射光,在顆粒物性質一定的條件下,顆粒物的散射光強度與其質量濃度成正比的 關系,計算出當前空氣懸浮顆粒物濃度值。在實際應用由于光散射技術本身的結構特性,會 有零位漂移及光源信號的衰減,導致采集的數據誤差,因此不能準確的反應被監測區域的 污染情況。且在不同的區域及周邊環境,體積濃度與質量濃度之間的轉換系數也不同,所W 使用一個固定的轉換系數K值來標定所有設備會導致數據誤差。因此不難發現該技術優勢 在于,檢測速度較快,但缺點也很明顯,于由于容易受到顆粒物折射性、形態W及成分的影 響,W及技術本身結構特性及轉換系數的浮動等,其測量準確性不高。
[0005] 第二種,采用重量法,通過抽取環境中的空氣至濾膜上,W截留空氣中的顆粒物, 從而根據采樣前后濾膜重量差來計算懸浮顆粒物濃度,其優勢在于,檢測精度較高,但缺點 也很明顯,檢測所需時間較長,檢測的實時性較差。
[0006] 此外現有空氣顆粒物濃度監控設備,每套都獨立運行采集數據并發送數據,因此 當該設備在某一地區密集布設時,每一臺都會單獨產生數據流量,若采用GPRS或其他付費 流量通信方案,則會極大的提高數據采集成本,同時另一方面一旦某臺設備GPRS或其他付 費流量通信模塊產生故障,則將影響該設備的數據采集并導致無法獲取該設備所在地空氣 懸浮顆粒物檢測數據。
[0007] 因此綜上原因,現有技術亟待一種能夠結合上述兩種空氣顆粒物檢測技術優點, 并能夠更為經濟的降低采集數據的成本,同時保證該監控設備數據采集穩定性的的技術方 案。
【發明內容】
[000引本發明的主要目的在于提供一種空氣顆粒物濃度監控設備,其能夠結合膜稱重法 和光散射法的檢測優勢,并通過與外部服務器連接,實時矯正檢測數據,w獲取更為精確的 空氣質量檢測數據 為實現上述目的,本發明提供了一種空氣顆粒物濃度監控設備,其包括:第一檢測裝置 (11) ,獲取第一檢測數據,通過數據傳輸裝置(2)傳輸至處理裝置,W計算出采樣時間內的 顆粒物小時濃度值,并通過所述數據傳輸裝置(2)向所述服務器(5)發送,第二檢測裝置 (12) ,獲取第二檢測數據,并通過所述數據傳輸裝置(2)傳輸至所述服務器巧),并通過該服 務器巧)內設有的校準系數K值公式計算獲得最終檢測數據。
[0009] 進一步的,所述第一檢測裝置(11)為膜稱重檢測裝置(3),其包括:第一采樣頭 (31)通過第一氣路通道(32)與膜片室(33)及空氣累(34)相通,膜片轉盤(35)靠近所述膜片 室(33),其上設有復數采樣膜片,通過旋轉移入/移出所述膜片室(33),移樣模塊36轉移所 述采樣膜片至干燥稱重室(37)內,將稱得的總質量數據,設為所述第一檢測數據。
[0010] 進一步的,所述膜稱重檢測裝置(3)還包括:氣路密封罩伸縮桿(323)設置在所述 第一氣路通道(32)上,膜稱重法控制器(322)與氣路密封罩伸縮桿(323)控制連接,W操控 所述第一氣路通道(32)的進氣導通/截止。
[0011] 進一步的,所述第一氣路通道(32)采用不誘鋼材料制成。
[0012] 進一步的,所述第一氣路通道(32)內還是設有加熱元件(321),W加熱蒸發采樣空 氣中的水汽,并保持恒溫40°。
[0013] 進一步的,所述膜稱重檢測裝置(3)還包括:膜片儲存室(38),設在所述移樣模塊 (36)送樣范圍內,W轉移所述干燥稱重室(37)內的所述采樣膜片至其內部封存。
[0014] 進一步的,所述空氣累(34)抽氣壓力設定為260(K)pa,氣流量為化/min。
[0015] 進一步的,所述第二檢測裝置(12)為光散法檢測裝置(6),其包括:第二采樣頭 (61)通過第二氣路通道(62)與光散法粉塵儀(63)相通,其中所述光散法粉塵儀(63)內置氣 累。
[0016] 進一步的,所述第二氣路通道(62)為氣體專用軟管,且內壁光滑無靜電,其內部設 有加熱元件(321)。W加熱蒸發采樣空氣中的水汽,并保持恒溫40°。
[0017] 進一步的,所述第二檢測數據為所述光散法粉塵儀(63)所測每分鐘的質量濃度均 值。
[0018] 進一步的,所述矯正系數K為:
進一步的,所述數據傳輸裝置(2)包括:本地通信模塊(21 ),遠程通信模塊(22 ),其中所 述本地通信模塊(21)用于本地數據傳輸及本地局域網絡組建,所述遠程通信模塊(22)與所 述服務器5建立遠程數據連接。
[0019] 進一步的,所述本地通信模塊(21)為2.4G通信模塊(211)、ZigBee通信模塊、藍牙 通信模塊、wifi通信模塊、Z-wave通信模塊中的一種。
[0020] 進一步的,所述遠程通信模塊(22)為GPRS通信模塊(212)、CDMA通信模塊、3G/4G/ 5G通信模塊中的一種。
[0021 ]進一步的,所述處理裝置設置在所述本地通信模塊(21)內。
[0022]進一步的,所述光散法檢測裝置(6)還包括:校準平臺(64)與化C控制器(65)控制 連接,由系統開關電源(66)供電,其中所述校準平臺(64)與所述光散法粉塵儀(63)控制連 接。
[0023] 為實現上述目的,本發明另一方面還提供了一種空氣顆粒物濃度監控設備的檢測 方法,其步驟包括: 步驟A:膜稱重檢測裝置(3)抽取采樣空氣,經干燥處理后測得第一檢測數據; 步驟B:數據傳輸裝置(2)收取第一檢測數據,轉至處理裝置計算采樣時間內的顆粒物 小時濃度值后: 步驟C:通過數據傳輸裝置(2)向服務器巧)上報; 步驟D:光散法檢測裝置(6)抽取采樣空氣,經干燥處理后側得第二檢測數據: 步驟E:數據傳輸裝置(2)收取第二檢測數據,向服務器巧)上報: 步驟F:服務器巧)依據內設的校準系數K值公式計算獲得最終檢測數據。
[0024] 為了進一步保證本發明的一種空氣顆粒物濃度監控設備的數據檢測精度及可靠性,本 發明另一方面還提供了一種空氣顆粒物濃度監控設備的校準方法,其中步驟包括: 步驟A:停止光散法粉塵儀(63 )工作,PLC控制器(65 )控制該校準平臺64,對該光散法粉 塵儀63進行矯正操作; 步驟B:在第一預設矯正時間后,2.4G通信模塊(211)向光散法粉塵儀(63)發送命令代 碼,令其進入自校準量程狀態,W完成量程校驗: 步驟C:在第二預設矯正時間后,校準平臺(64)控制光散法粉塵儀(63)退出校準狀態, 且所述校準平臺(64)進入待機狀態; 步驟D:2.4G通信模塊(211)發出指令,啟動光散法粉塵儀(63)進入連續檢測狀態,開始 工作。
[0025] 進一步的,所述第一預設矯正時間為一分鐘,所述第二預設矯正時間為兩分鐘。
[0026] 為了進一步保證本發明的一種空氣顆粒物濃度監控設備的數據檢測精度及效率, 本發明另一方面還提供了一種空氣顆粒物濃度監控設備的量程自動切換方法,其中步驟包 括:所述光散法粉塵儀(63)和2.4G通信模塊(211)通信;所述2.4G通信模塊(211)內設有的 所述處理裝置檢測到所述光散法粉塵儀(63)采集到的粉塵濃度不小于2mg/m 3時,發送指 令,切換光散法粉塵儀(63)的量程,精度變更為O.lmg/m3,當粉塵濃度小于2mg/m3時,切回 量程,精度變更為0.00 Img/m3。
[0027] 為了進一步保證本發明的一種空氣顆粒物濃度監控設備適應檢測環境,便于安置 及維保,本發明另一方面還提供了一采用空氣顆粒物濃度監控設備的監測站,其中包括: 外箱體(71),外箱體外口(711),復數底部支撐架(712)連接在所述外箱體(71)底部,防震緩 沖器(713)嵌套在所述底部支撐架(712)上,底座(714)-側與各所述底部支撐架(712)固 定,數據天線(715)設置在所述外箱體(71)頂部,一對采樣口,W供第一采樣頭(31),第二采 樣頭(61)穿過設置,所述外箱體(71)內,還容納有內箱體(72),所述內箱體(72)內容納有, 第一檢測裝置(11),數據傳輸裝置(2),處理裝置,第二檢測裝置(12),其中內箱體(72)頂部 設置第一氣路通道(32),第二氣路通道62, W供與對應的第一第二采樣頭(31、61)連接,所 述內箱體(72)上還設有,航空插頭(721),所述內箱體(72)的下部設有加熱溫控器(722)。
[0028] 本發明另一方面還提供了一種空氣顆粒物濃度監控設備的組網通信方法,其中, 包括步驟: 步驟A:通過遠程通信模塊(22)傳輸注冊信息至服務器巧),進行網絡注冊; 步驟B:服務器巧)發送組網請求至遠程通信模塊(22),令各本地通信模塊(21)在其通 信范圍內組網通信,形成本地局域網的網絡節點; 步驟C:各網絡節點查詢本機遠程通信模塊(22)信號強度,推舉最佳網絡節點為主節點 并與服務器巧)保持通信; 步驟D:其余網絡節點設為從節點,其遠程通信模塊(22)進入休眠,通過所述本地通信 模塊(21)與所述主節點數據通信,并由所述主節點代為向服務器巧)保持通信。
[0029] 進一步的,其中,還包括步驟F1:所述各從節點通信數據中,包含唯一請求編號,當 未能通過本地局域網向主節點提交時,暫存于所述本地通信模塊(21)中,待本地局域網通 信恢復后,W調取并向所述主節點傳輸。
[0030] 進一步的,其中還包括步驟F2:各從節點間允許轉發其他從節點數據至所述主節 點。
[0031] 進一步的,其中所述步驟C:還包括推舉次優網絡節點為備用主節點,當當前主節 點異常時轉為主節點,并代為向所述服務器巧)通信。
[0032] 本發明另一方面還提供了一種空氣顆粒物濃度監控設備的組網通信方法的通信 異常保護方法,其中步驟包括: 步驟A:主節點定期向各從節點進行通信握手; 步驟B:主節點判斷未能完成通信握手的從節點,并向所述服務器巧)上報; 步驟C:同時從節點判斷未能與主節點完成通信握手,并喚醒當前所述從節點的遠程通 信模塊(22)與服務器巧)保持通信。
[0033] 本發明另一方面還提供了一種空氣顆粒物濃度監控設備的組網通信方法的通信 異常保護方法,其步驟包括: 步驟A:所述主節點向各從節點發起一次查詢,推舉最佳網絡從節點為主節點: 步驟B:被推舉網絡從節點轉為主節點,激活遠程通信模塊(22)并與服務器巧)通信; 步驟C:前任主節點轉換為從節點,其遠程通信模塊(22)進入待機,并作為備用主節點 存在于本地局域網絡。
[0034] 通過本發明提供的一種空氣顆粒物濃度監控設備,一方面視實現了兩種檢測方法 的自融結合,互取優點,從而達到數據準確及實時性。另一方面,通過組網通信的方法,確保 數據傳輸,覆蓋更大的區域,保證所覆蓋的區域數據連貫且穩定獲取,并進一步節省通信成 本。進而實現,降低了數據采集的成本,保證了數據采集的穩定性實時性,從而能更精確地 的獲取被測區域內空氣顆粒物濃度的數據,W便更好的對被測區域周圍環境進行預防治 理。
【附圖說明】
[0035] 構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解,本發明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發明,并不構成對本發明的不當限定。在附圖中: 圖1為本發明的空氣顆粒物濃度監控設備結構示意圖; 圖2為采用本發明的空氣顆粒物濃度監控設備的監測站結構示意圖; 圖3為采用本發明的空氣顆粒物濃度監控設備的監測站結構示意圖; 圖4為本發明的空氣顆粒物濃度監控設備在服務器端注冊示意圖; 圖5為本發明的空氣顆粒物濃度監控設備間組網示意圖; 圖6為本發明的空氣顆粒物濃度監控設備間的本地局域網數據轉發示意圖; 圖7為本發明的空氣顆粒物濃度監控設備本地局域網主節點異常保護示意圖; 圖8為本發明的空氣顆粒物濃度監控設備間的本地局域網數據轉發示意圖; 圖9為本發明的空氣顆粒物濃度監控設備間的本地局域網2.4G異常保護示意圖。
[0036] 附圖中的"設備"為本發明中的提供一種空氣顆粒物濃度監控設備簡稱。
[0037] 附圖編號說明:第一檢測裝置11,數據傳輸裝置2,服務器5,第二檢測裝置12,膜稱 重檢測裝置3,第一采樣頭31,第一氣路通道32,膜片室33,空氣累34,不間斷電源40,加熱元 件321,膜稱重法控制器322,氣路密封罩伸縮桿323,膜片轉盤35,旋轉電機351,移樣模塊 36,干燥稱重室37,機器叉361,膜片儲存室38,光散法檢測裝置6,第二采樣頭61,第二氣路 通道62,光散法粉塵儀63,本地通信模塊21,遠程通信模塊22,2.4G通信模塊211,GPRS通信 模塊212,外箱體71,外箱體外口 711,底部支撐架712,防震緩沖器713,底座714,數據天線 715,內箱體72,航空插頭721,加熱溫控器722,校準平臺64,PLC控制器65。
【具體實施方式】
[0038] 需要說明的是,在不沖突的情況下,本申請中的實施例及實施例中的特征可W相 互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0039] 為了使本領域的技術人員更好的理解本發明方案,下面將結合本發明實施例中的 附圖,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是 本發明一部分的實施例,而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例,在本領域普通技術 人員沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都應當屬于本發明的保護范 圍。
[0040] 需要說明的是,本發明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語"第一"、"第 二"等是用于區別類似的對象,而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解運樣使用 的數據在適當情況下可W互換,W便運里描述的本發明的實施例能夠W除了在運里圖示或 描述的那些W外的順序實施。此外,術語"包括"和"具有及他們的任何變形,意圖在于覆 蓋不排他的包含。
[0041] -個地區的環境空氣質量,隨著時間的變化會產生一定的波動,因此在被檢測區 域內盡可能的分設多個檢測點,可W有效的采集更多地區數據樣本,另一方面還可W檢測 到空氣質量在地理上的漂移情況,藉此可W獲得更為精確,及更有參考性和分析價值的空 氣質量檢測數據。
[0042] 因此本發明提供的一種空氣顆粒物濃度監控設備,為了實現在被檢測地區分設多 個檢測點的需要,同時為了提高該設備在各測試點上的可靠性,防止因數據傳輸問題而造 成數據缺失的遺憾。因此具有設備組網功能,各設備之間可W進行短距離數據傳輸,W組建 檢測地區的本地局域網絡,并根據預設條件自動推舉符合條件的該設備成為網絡主節點, W匯集各從節點或其他設備采集的數據,并通過該主節點向服務器端建立一條數據傳輸專 道,從而實現在降低數據傳輸成本的同時,極大的緩解了服務器的壓力。
[0043] 而另一方面為了提高檢測結果的精確性,本發明提供了至少兩種檢測技術結合的 技術方案,W形成相應的檢測數據校準,且該數據校準由于源自該檢測地區局域網內所有 設備所采集的檢測數據,因此經過該數據矯正后的測試結果能極大的提高檢測精度,W客 觀的反應當前空氣質量結果。
[0044] 請參閱圖1至圖3,為本發明的一種空氣顆粒物濃度監控設備及其檢測方法的較佳 實施方式,其中該空氣顆粒物濃度監控設備包括:第一檢測裝置11,獲取第一檢測數據,并 通過數據傳輸裝置2傳輸至處理裝置,W計算出采樣時間內的顆粒物小時濃度值,并通過該 數據傳輸裝置2向WEB服務器5發送,第二檢測裝置12,獲取第二檢測數據,并通過數據傳輸 裝置2傳輸至該服務器5,并通過該服務器5內設有的校準系數K的計算獲得最終檢測數據。
[0045] 值得一提的是,該該服務器5可W是該空氣顆粒物濃度監控設備內置服務器,也可 W是外部的WEB服務器,W下施例中優選外部的WEB服務器為例進行介紹,并沒有對本發明 的技術方案進行限制,本領域技術人員應當了解無論是內置本地化的服務器,還是架設外 部聯網的服務器,都屬于本實施例中已經掲示的技術方案,本領域技術人員無需創造性的 智力勞動即可得知。
[0046] 進一步來說,所述第一檢測裝置11本發明優選,膜稱重檢測裝置3,其包括:第一采 樣頭31通過第一氣路通道32與膜片室33及空氣累34相通,并提供不間斷電源40為該膜稱重 檢測裝置3供電,其中該第一氣路通道32優選為不誘鋼材料制成,其內部還設有加熱元件 321,本發明優選加熱絲,W加熱蒸發采樣空氣中的水汽,并保持恒溫,其中在本實施例中的 優選溫度為恒溫40°,但本發明并不限制該溫度值的設定,根據所在地區和環境情況的不同 該溫度可W進行調節,W滿足蒸發空氣中水分的需求。進一步的,當該空氣累34工作狀態 下,經由該第一采樣頭31可平穩抽入環境空氣,經加熱元件321干燥處理后至所述膜片室33 中,經膜片過濾,將采樣空氣中的顆粒物全部留在膜片上,再經由膜稱重法控制器322,控制 設置在該第一氣路通道32上的氣路密封罩伸縮桿323,截止或導通該第一氣路通道32與該 空氣累34的氣路,來排除采樣空氣,如此連續對環境空氣采樣一段時間后,完成環境空氣采 樣。
[0047] 值得一提的是,該持續采樣參數根據不同檢測精度要求,可自由設定,如采樣時間 在本實施例中優選一個小時,其中該空氣累%抽氣壓力可設定為2600化a,氣流量為化/ min。前述設定的相關參數并未對本實施例的實施方式進行限制,為滿足各種不同檢測環境 下的需要可W適當調節。
[0048] 進一步的,當該環境空氣采樣流程結束后,進入采樣檢測流程,該空氣累34停止工 作,該膜片室33打開,膜片轉盤35依靠其底部設置的旋轉電機35巧區動旋轉后,移出盤內已 采樣膜片,移入盤內新膜片至該膜片室33內,移樣模塊36轉移該采樣膜片至干燥稱重室37 內,靜止干燥約四小時后,該采樣膜片干燥完畢,顆粒物靜止沉淀,則該干燥稱重室37開始 稱重。
[0049] 值得一提的是該移樣模塊36在本實施例中優選采用機器叉361,W將轉出的該采 樣膜片緩慢伊起,旋轉預設角度W運送該膜片至該干燥稱重室37內,W形成樣本運輸功能, 但本發明并未對該樣本傳送的技術方案進行限制,如通過機械手抓取、傳送帶輸送等運送 方式,皆屬于本發明的近似實施方式,因而在此提及。
[0050] 另一方面,該干燥稱重室37,將稱得的總質量數據,即第一檢測數據,經由數據傳 輸裝置2發送至處理裝置,W計算質量差,除W-小時的氣體總流量,計算出采樣時間內的 顆粒物小時濃度值,保存并向該數據傳輸裝置2上報數據包,此時整套膜稱重系統完成測量 計算,該機械叉361將該膜片干燥稱重室37內的的該采樣膜片伊出,旋轉至膜片儲存室38封 存,該機械叉361復位。
[0051] 第二檢測裝置12本發明優選光散法檢測裝置6,其包括:第二采樣頭61通過第二氣 路通道62與光散法粉塵儀63相通,其中該光散法粉塵儀63內置氣累,藉此抽取環境空氣,并 經由第二采樣頭61平穩吸入,其中值得一提的是,該第二氣路通道62優選氣體專用軟管,且 軟管優選實驗室級,內壁光滑無靜電。
[0052] 此外該第二氣路通道62內還設有加熱元件321,本實施例優選加熱絲,W加熱蒸發 采樣空氣中的水汽,并保持恒溫,其中在本實施例中的優選溫度為恒溫40%但本發明并不 限制該溫度值的設定,根據所在地區和環境情況的不同該溫度可W進行調節,W滿足蒸發 空氣中水分的需求,但高于該溫度,則可能導致該光散法粉塵儀63內部激光光源受到影響。
[0053] 進一步的當被吸入的采樣氣體經由該光散法粉塵儀63快速檢測后排出,將自動計 算每分鐘的質量濃度均值,即第二檢測數據,本優選實施例中為光散法粉塵儀讀數F數據, 并經由該數據傳輸裝置2發送,其中需要特別指出的是,該光散法粉塵儀讀數F數據發送的 第一種方式為,若本機是整個被檢測地區本地局域網主節點則直接通過該數據傳輸裝置2 向外部服務器5發送數據包。而另一方面,若本機是整個被檢測地區本地局域網從節點,貝U 通過該數據傳輸裝置2向與該主節點相近的從節點/或主節點,依據就近原則,向主節點發 送數據包,藉此由主節點通過數據傳輸裝置2單獨向服務器5發送數據包。
[0054] 當該服務器5收到數據包后,根據接收到該膜稱重檢測裝置3采集的數據,即質量 濃度數據后根據如下計算公式,計算第二檢測裝置12的矯正系數"K":
根據上述公式,W校準該光散法檢測裝置6的檢測數據,W獲取最終檢測數據。
[0055] 此外需要特別指出的是上述實施例中,該數據傳輸裝置2包括:本地通信模塊21, 與遠程通信模塊22,其中所述本地通信模塊21用于組建該空氣顆粒物濃度監控設備的本地 數據傳輸及本地局域網絡組建,在本發明的實施例中采用射頻技術(RF),優選方案為2.4G 通信模塊211,但并未作出限制,同等替換方案,也可采用ZigBee通信模塊,藍牙通信模塊, wifi通信模塊,Z-wave通信模塊。其中該遠程通信模塊22,用于使該空氣顆粒物濃度監控設 備與該服務器5建立遠程數據連接,在本發明的實施例中優選采用GPRS通信模塊212,但并 未作出限制,同等替換方案,也可采用CDMA通信模塊,3G/4G/5G通信模塊。因此在本發明的 各個實施例中,將W包括:2.4G通信模塊211,及GPRS通信模塊212的數據傳輸裝置2為例進 行介紹,本領域技術人員應當了解上述替換方案,無需創造性勞動即可適用于本發明的各 實施例中,因此皆屬于本發明已掲露的技術方案。
[0056] 進一步的,本發明還提供了一種采用上述空氣顆粒物濃度監控設備的監測站,其 包括:外箱體71,其具有隔熱,防水防塵,防電磁干擾的作用,外箱體外口711水密性良好,復 數底部支撐架712連接在該外箱體71底部,W形成支撐,防震緩沖器713嵌套在該底部支撐 架712上,W吸收外部震動對設備帶來的影響,底座714-側與各底部支撐架712固定,另一 側與水泥基礎的預埋件連接,牢牢緊固于地面,藉此固定整套設備并穩固監測站,W適用在 多種工作環境中安裝,數據天線715及GPS天線為信號增強天線,設置在該外箱體71頂部,W 增進該數據傳輸裝置2信號傳輸,一對采樣口,W供第一采樣頭31,第二采樣頭61穿過設置。
[0057]該外箱體71內,還容納有內箱體72,其與外箱體71保持一定空間,且該外箱體71內 可設有散熱風扇保持運行,保持空氣良好的流通性。該內箱體72內容納有,第一檢測裝置 11,數據傳輸裝置2,處理裝置,第二檢測裝置12,其中該內箱體72頂部設置該第一氣路通道 32,第二氣路通道62, W供與對應的第一第二采樣頭31、61連接。
[005引進一步的,該內箱體72上還設有,四個航空插頭721W增擴傳感器,提供數據插口 及電源,增加可監測的環境因子,該內箱體72的下部為加熱溫控器722, W對該加熱絲進行 PID控制,將采樣氣路恒溫在40攝氏度,降低被采樣氣體相對濕度。
[0059] 另一方面,本發明還提供了一種上述空氣顆粒物濃度監控設備的數據通信方法, W下結合圖4至圖9W做說明,其中該空氣顆粒物濃度監控設備下簡稱監控設備)每臺 中的該數據傳輸裝置2包括:2.4G通信模塊211,GPRS通信模塊212,其中該GPRS通信模塊212 中還包括GPS模塊,藉此各監控空設備均可通過GPRS通信模塊212與該服務器5獨立通信,并 通過該GPS模塊獲得全球定位坐標,W準確的將該監控設備的位置告知該服務器5,極大的 便于該服務器5上反映設置在不同檢測區域的檢測數據情況,W供分析,此外2.4G通信模塊 211用于組建本地檢測區域內的無線局域網絡,并完成在該無線局域網絡中,各監控設備間 的數據傳輸與數據交換。
[0060] 其中該2.4G通信模塊211建立的該無線局域網絡,優選采用IE趾802.11標準的 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)機制避免射頻 數據在無線局域網內的沖突。
[0061] 另一方面每臺監控設備在檢測區域布設完畢后,需在該服務器5上進行一次注冊, 通過該GPRS通信模塊212,在成功與該服務器5建立連接后,會將該監控設備的位置信息、設 備唯一身份識別信息等注冊數據提交給該服務器5完成注冊。設備完成注冊后,該服務器5 可與其進行通信交互,實現對設備進行統一管理。
[0062] 進一步的,當需要對該監控設備進行局域網劃分時,在布設該監控設備時優選考 慮蜂窩網絡布設結構,W便各監控設備能處在,該本地局域網絡通信信號交疊覆蓋范圍內。 其中該服務器5通過對各監控設備的GPRS通信模塊212發送指令,可對該本地局域網內任意 一臺監控設備發送局域網建網請求,該監控設備收到請求后,將通過該2.4G通信模塊211向 各監控設備發出組網請求,并完成握手組網過程,W建立滿足該服務器5連接要求的本地監 控設備局域網絡,并將組建網絡的結果通過與該服務器5通信的GPRS通信模塊212回報給該 服務器5,若該檢測區域內如有多臺監控設備運行時,則會通過各監控設備的該2.4G通信模 塊211,推舉出各監控設備中,信號最佳的GPRS通信模塊212所對應的該監控設備擔任主節 點,負責成為通信核屯、主機,其余各監控設備的GPRS通信模塊212則進入休眠待機狀態。
[0063] 請參閱圖4至圖6,具體來說,其中該本地局域網絡的劃分及具體實現流程包括: 1、監控設備網絡注冊: 其中該未注冊的監控設備,將通過該GPRS通信模塊212與該服務器5進行數據通訊,W 傳送注冊信息方式,完成整個監控設備的注冊流程,其中該注冊信息包括:該監控設備的唯 一身份ID、該監控設備當前位置信息,該服務器5為該監控設備分配的服務編號及配置信 息,并與該監控設備完成信息核對后確認。
[0064] 2、監控設備間組網: 其中,對已注冊的各監控設備在該服務器5端均有詳細信息記錄,該服務器5可通過位 置信息和或唯一身份ID信息,來確定并指定控制選中的幾臺監控設備進行組網。具體來說, 在本實施例中優選組網方式為:對每臺監控設備在本地局域網中對應為一個"網絡節點"。 當需要多個監控設備組成一個本地局域網時,該服務器5可將組網請求發送至其中的一臺 "網絡節點"。該組網請求的命令中,還包括:本地局域網中每個網絡節點的所有監控設備的 唯一身份ID,及服務編號(用于服務器管理),當一個組網請求中,包含網絡節點數量較多, 組網請求命令長度將會比較長,此時將采用分包發送的形式,直至目標監控設備接收到完 整的組網請求。
[0065] 進一步的,當收到該組網請求命令的該網絡節點,將嘗試在自身的2.4G通信模塊 211的通訊范圍內,組建符合該服務器5要求的本地局域網,該本地局域網中的成員信息由 組網請求中獲取。組網過程中,每個網絡節點會查詢本機的GPRS通信模塊212的信號強度和 射頻信號強度,最終選定通訊質量最高的網絡節點上的運臺監控設備,作為與該服務器5對 接的主節點,而其他監控設備的該GPRS通信模塊212將進入休眠模式,作為"備用主節點", 而其他監控設備通過2.4G通信模塊211,進行數據通信,W作為從節點存在于整個本地局域 網中。
[0066] 當然在另一種實施方式中,也可W將已完成注冊而未進行組網的該監控設備,設 置為,采用GPRS通信模塊212獨立與該服務器5通訊。從而通過該數據傳輸裝置2所包括的: 本地通信模塊21,與遠程通信模塊22運至少兩個數據通信渠道,提高容災容錯性,藉此提高 組網及整體數據采集的可靠性。
[0067] 進一步來說,本發明的空氣顆粒物濃度監控設備的數據通信方法中,還包括本局 域網的數據管理方法,其中包括:數據確認和數據恢復方法。
[0068] 具體來說,由于無線射頻相對于有線通訊,存在一定的不確定性,所W在無線本地 局域網內的命令和數據均需要收到接收方監控設備的應答才判定為處理完成,否則均需要 重新發送,為避免重復執行,則每個數據包和命令均包含一個當前本地局域網網內的唯一 請求編號。因此未能成功提交的數據,則均在該2.4G通信模塊211中的本地存儲模塊中有歷 史記錄,藉此可在本地局域網絡通訊恢復或現場故障排除后,重新調取,W恢復數據,并向 主節點傳送,使該服務器5能收到該歷史記錄數據。
[0069] 進一步來說,本發明的空氣顆粒物濃度監控設備的數據通信方法中,還包括本局 域網的數據轉發方法,其中射頻通訊受環境氣候等因素影響,當接收端和發送端距離過遠 或接近通訊臨界距離,會使通訊的可靠性過低。本設計中該本地局域網采用網狀網絡結構, 并支持各監控設備間數據的轉發,較遠距離的網絡從節點,可W通過地理位置居中的網絡 從節點對數據進行轉發,藉此將數據傳送至主節點。
[0070] 而組建本地局域網時,由于選擇了網絡中信號最佳的監控設備作為主節點,配合 上數據轉發機制,可W有效地解決傳統應用中,因個別位置GPRS信號不良而影響連接、通訊 質量的問題。
[0071] 同時上述技術方案,也更進一步降低了付費流量的產生,已成功組建的局域網,僅 需要一臺帶有GPRS通訊功能的該監控設備,即可將局域網內的數據上報給服務器5,其它監 控設備的GPRS通信模塊212則可W進入休眠模式,一方面節省了流量的消耗,同時也降低了 服務器5需要維護的鏈接數量,緩解了服務器5的壓力 此外,為了進一步,提高該監控設備在組建通信網絡時的容錯性,可靠性,W下結合圖7 至圖9進行說明,本發明的空氣顆粒物濃度監控設備的數據通信方法還包括:本地局域網通 訊故障保護方案,其中包括: 1、GPRS通信模塊212通信異常保護方法 其中當與服務器5通訊的主節點因出現故障或手機卡欠費等異常,而導致主節點的 GPRS通訊不正常時,本地局域網內的該監控設備之間將重新選擇最優的主節點,并停用故 障的主節點監控設備的GPRS通信模塊212。啟用備用主節點并激活,并向服務器5提供一條 報警信息,W便后續檢修。
[0072] 值得一提的是該備用主節點,事先通過本地局域網內各監控設備組網時檢測各自 GRPS通信模塊信號優質程度,進行排名,并在第一次組網時推舉GPRS信號最好的監控設備 作為主節點,而排名靠后的則會作為備用主節點,等待激活。
[0073] 2、2.4G通信模塊211通信異常保護方法 其中本地局域網內的主節點,將定時會向網內其余網絡從節點進行一次通訊握手,確 認各網絡從節點當前的工作狀態。當主節點檢測到某個從節點多次未能完成握手(默認次 數為Ξ次,可由服務器5命令進行更改),則判斷為該網絡從節點的2.4G通信模塊211通訊異 常,并向服務器5發送警報。同時該故障從節點,也能因為檢測到自身長時間未能成功完成 通訊握手,而喚醒本機的GPRS通信模塊212,主動向服務器5發起異常警報,并保持數據能夠 繼續持續更新。
[0074] 3、GPRS通訊信號質量保護方法 當主節點的GPRS通信模塊212連接狀態不理想,出現頻繁重連或者多次出現數據發送 超時、屯、跳包超時等現象時,該主節點將向本地局域網內的所有網絡從節點,發起一次查 詢,查找當前GPRS信號質量最佳的從節點,本地局域網內各網絡從節點的GPRS通信模塊212 將被喚醒并檢查各自的信號質量,若當前本地局域網中有某個網絡從節點的信號質量明顯 優于當前的主節點,則最近一次檢測中,GPRS信號最優的從節點將被作為主節點激活,而之 前信號質量下降的主節點將切換為從節點,并進入備用主節點名單備用。
[0075] 4、監控設備在本地局域網內數據代發方法 當某個未組網的已注冊監控設備出現GPRS通信模塊212異常,而不能與服務器正常通 訊時,該監控設備會通過2.4G通信模塊211,W廣播形式發送"數據代發"請求,若附近有可 對接通訊的同類型監控設備,則會對該故障監控設備建立一個代發服務連接,在故障期間 通過數據代發的形式,保持故障監控設備的數據持續性,同時,提供代發服務的監控設備, 將向服務器5發送一條警報,并提供故障監控設備的信息,請求進行設備維護。
[0076] 通過上述技術方案,能夠進一步的保證各監控設備與服務器5之間的通信可靠性 及數據傳輸的穩定性,并為設備故障提供了應急解決辦法,提高了監控設備數據采集的穩 定性。
[0077] 另一方面,本發明還提供了一種空氣顆粒物濃度監控設備的校準方法,具體來說 由于該光散法粉塵儀63的激光原理結構的原因,需要定期進行跨度校準,其中該光散法粉 塵儀63通過其自帶的激光擋板進行跨度校準,將激光擋板旋轉至"校準"狀態,則激光擋板 可完全遮擋住激光光源,此時的儀器讀數可模擬為滿刻度量程值,定位此數據從而調節其 設備的滿量程,保證儀器的數據可靠。
[0078] 因此該光散法檢測裝置6還包括:校準平臺64,PLC控制器65由系統開關電源66供 電,其中該服務器5會定期通過GPRS數據傳輸方式向主節點的監控設備發送校準命令,該校 準命令經由該監控設備的GPRS通信模塊212轉發至2.4G通信模塊211后,開始控制該光散法 檢測裝置6執行校準程序。
[0079] 具體步驟包括:停止光散法粉塵儀63工作,同時向化C控制器65發送校準啟動信 號,該PLC控制器65收到啟動信號,開始執行命令,向該校準平臺64發送信號,W控制該校準 平臺64轉動該激光擋板,W對該光散法粉塵儀63進行矯正操作,后根據預設矯正所需時間, 本實施例中優選一分鐘后,2.4G通信模塊211向該光散法粉塵儀63發送命令代碼,令其進入 自校準量程狀態,持續兩分鐘后,完成量程校驗。該校準平臺64轉動該激光擋板歸位,并進 入待機狀態,該2.4G通信模塊211發出指令,啟動該光散法粉塵儀63再次進入連續檢測狀 態,開始工作。
[0080] 另一方面,本發明還提供了一種空氣顆粒物濃度監控設備的量程自動切換方法: 具體的,該光散法檢測裝置6能夠根據預設程序進行量程自動切換,W使該光散法粉塵 儀63可W根據現場粉塵濃度的取值,自動切換到相應的量程,實現高精度的測量。
[0081 ]其中該光散法粉塵儀63和2.4G通信模塊211對接,該2.4G通信模塊211內設有該處 理裝置,因此不僅完成數據通訊,同時還通過處理裝置,負責對該光散法粉塵儀63的檢測數 據進行實時監控。當該2.4G通信模塊211內的處理裝置,檢測到該光散法粉塵儀63采集到的 粉塵濃度不小于2mg/m 3時,將發送一條指令,將光散法粉塵儀63的量程切換到高量程,精度 變更為0.1 mg/m3,當粉塵濃度小于2mg/m3時,將切換回低量程模式,精度變更為0.00Img/m 3。量程切換后,該2.4G通信模塊211的數據包,數據內容也做相應變更,W表示不同單位的 檢測數據,W便通過主節點檢測設備發送后在該服務器5上被識別。
[0082] W上所述僅為本發明的優選實施例而已,并不用于限制本發明,對于本領域的技 術人員來說,本發明可W有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內,所作的任何修 改、等同替換、改進等,均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種空氣顆粒物濃度監控設備,其特征在于,包括:第一檢測裝置(11),獲取第一檢 測數據,通過數據傳輸裝置(2)傳輸至處理裝置,以計算出采樣時間內的顆粒物小時濃度 值,并通過所述數據傳輸裝置(2)向所述服務器(5)發送,第二檢測裝置(12),獲取第二檢測 數據,并通過所述數據傳輸裝置(2)傳輸至所述服務器(5),并通過該服務器(5)內設有的校 準系數K值公式計算獲得最終檢測數據。2. 根據權利要求1所述的一種空氣顆粒物濃度監控設備,其特征在于:所述第一檢測裝 置(11)為膜稱重檢測裝置(3),其包括:第一采樣頭(31)通過第一氣路通道(32)與膜片室 (33)及空氣栗(34)相通,膜片轉盤(35)靠近所述膜片室(33),其上設有復數采樣膜片,通過 旋轉移入/移出所述膜片室(33),移樣模塊(36)轉移所述采樣膜片至干燥稱重室(37)內,將 稱得的總質量數據,設為所述第一檢測數據。3. 根據權利要求2所述的一種空氣顆粒物濃度監控設備,其特征在于:所述膜稱重檢測 裝置(3)還包括:氣路密封罩伸縮桿(323)設置在所述第一氣路通道(32)上,膜稱重法控制 器(322)與氣路密封罩伸縮桿(323)控制連接。4. 根據權利要求2或3所述的一種空氣顆粒物濃度監控設備,其特征在于:所述第一氣 路通道(32)采用不銹鋼材料制成。5. 根據權利要求2所述的一種空氣顆粒物濃度監控設備,其特征在于:所述第一氣路通 道(32)內還是設有加熱元件(321 ),并保持恒溫40°。6. 根據權利要求2所述的一種空氣顆粒物濃度監控設備,其特征在于:所述膜稱重檢測 裝置(3)還包括:膜片儲存室(38),設在所述移樣模塊(36)送樣范圍內,以轉移所述干燥稱 重室(37 )內的所述采樣膜片至其內部封存。7. 根據權利要求2所述的一種空氣顆粒物濃度監控設備,其特征在于:所述空氣栗(34) 抽氣壓力設定為26000pa,氣流量為3L/min。8. 根據權利要求1所述的一種空氣顆粒物濃度監控設備,其特征在于:所述第二檢測裝 置(12)為光散法檢測裝置(6),其包括:第二采樣頭(61)通過第二氣路通道(62)與光散法粉 塵儀(63)相通,其中所述光散法粉塵儀(63)內置氣栗。9. 根據權利要求8所述的一種空氣顆粒物濃度監控設備,其特征在于:所述第二氣路通 道(62)為氣體專用軟管,且內壁光滑無靜電,其內部設有加熱元件(321),并保持恒溫40°。10. 根據權利要求8所述的一種空氣顆粒物濃度監控設備,其特征在于:所述第二檢測 數據為所述光散法粉塵儀(63)所測每分鐘的質量濃度均值。11. 根據權利要求1所述的一種空氣顆粒物濃度監控設備,其特征在于:所述矯正系數K 為:12. 根據權利要求1所述的一種空氣顆粒物濃度監控設備,其特征在于:所述數據傳輸 裝置(2)包括:本地通信模塊(21),遠程通信模塊(22),其中所述本地通信模塊(21)用于本 地數據傳輸及本地局域網絡組建,所述遠程通信模塊(22)與所述服務器5建立遠程數據連 接。13. 根據權利要求12所述的一種空氣顆粒物濃度監控設備,其特征在于:所述本地通信 模塊(21)為2.4G通信模塊(211)、ZigBee通信模塊、藍牙通信模塊、wifi通信模塊、Z-wave通 信模塊中的一種。14. 根據權利要求12所述的一種空氣顆粒物濃度監控設備,其特征在于:所述遠程通信 模塊(22)為GPRS通信模塊(212)、CDMA通信模塊、3G/4G/5G通信模塊中的一種。15. 根據根據權利要求12所述的一種空氣顆粒物濃度監控設備,其特征在于:所述處理 裝置設置在所述本地通信模塊(21)內。16. 根據根據權利要求8所述的一種空氣顆粒物濃度監控設備,其特征在于:所述光散 法檢測裝置(6)還包括:校準平臺(64)與PLC控制器(65)控制連接,由系統開關電源(66)供 電,其中所述校準平臺(64)與所述光散法粉塵儀(63)控制連接。17. -種如權1所述空氣顆粒物濃度監控設備的檢測方法,其特征在于,包括: 步驟A:膜稱重檢測裝置(3)抽取采樣空氣,經干燥處理后測得第一檢測數據; 步驟B:數據傳輸裝置(2)收取第一檢測數據,轉至處理裝置計算采樣時間內的顆粒物 小時濃度值后: 步驟C:通過數據傳輸裝置(2 )向服務器(5 )上報; 步驟D:光散法檢測裝置(6 )抽取采樣空氣,經干燥處理后側得第二檢測數據: 步驟E:數據傳輸裝置(2)收取第二檢測數據,向服務器(5)上報: 步驟F:服務器(5)依據內設的校準系數K值公式計算獲得最終檢測數據。18. -種如權1所述空氣顆粒物濃度監控設備的校準方法,其特征在于,步驟包括: 步驟A:停止光散法粉塵儀(63 )工作,PLC控制器(65 )控制該校準平臺64,對該光散法粉 塵儀63進行矯正操作; 步驟B:在第一預設矯正時間后,2.4G通信模塊(211)向光散法粉塵儀(63)發送命令代 碼,令其進入自校準量程狀態,以完成量程校驗: 步驟C:在第二預設矯正時間后,校準平臺(64)控制光散法粉塵儀(63)退出校準狀態, 且所述校準平臺(64)進入待機狀態; 步驟D: 2.4G通信模塊(211)發出指令,啟動光散法粉塵儀(63)進入連續檢測狀態,開始 工作。19. 根據權利要求18所述的一種空氣顆粒物濃度監控設備的校準方法,其特征在于,所 述第一預設矯正時間為一分鐘,所述第二預設矯正時間為兩分鐘。20. -種如權1所述空氣顆粒物濃度監控設備的量程自動切換方法,其特征在于,步驟 包括:所述光散法粉塵儀(63)和2.4G通信模塊(211)通信;所述2.4G通信模塊(211)內設有 的所述處理裝置檢測到所述光散法粉塵儀(63)采集到的粉塵濃度不小于2mg/m 3時,發送指 令,切換光散法粉塵儀(63)的量程,精度變更為0. lmg/m3,當粉塵濃度小于2mg/m3時,切回 量程,精度變更為〇. 〇〇 lmg/m3。21. -種采用如權利要求1所述的一種空氣顆粒物濃度監控設備的監測站,其特征在 于,包括:外箱體(71 ),外箱體外門(711 ),復數底部支撐架(712 )連接在所述外箱體(71)底 部,防震緩沖器(713)嵌套在所述底部支撐架(712)上,底座(714)-側與各所述底部支撐架 (712)固定,數據天線(715)設置在所述外箱體(71)頂部,一對采樣口,以供第一采樣頭 (31),第二采樣頭(61)穿過設置,所述外箱體(71)內,還容納有內箱體(72),所述內箱體 (72)內容納有,第一檢測裝置(11),數據傳輸裝置(2),處理裝置,第二檢測裝置(12),其中 內箱體(72)頂部設置第一氣路通道(32),第二氣路通道(62),以供與對應的第一第二采樣 頭(31、61)連接,所述內箱體(72)上還設有,航空插頭(721),所述內箱體(72)的下部設有加 熱溫控器(722)。22. -種如權1所述空氣顆粒物濃度監控設備的組網通信方法,其特征在于,包括步驟: 步驟A:通過遠程通信模塊(22)傳輸注冊信息至服務器(5),進行網絡注冊; 步驟B:服務器(5)發送組網請求至遠程通信模塊(22),令各本地通信模塊(21)在其通 信范圍內組網通信,形成本地局域網的網絡節點; 步驟C:各網絡節點查詢本機遠程通信模塊(22)信號強度,推舉最佳網絡節點為主節點 并與服務器(5)保持通信; 步驟D:其余網絡節點設為從節點,其遠程通信模塊(22)進入休眠,通過所述本地通信 模塊(21)與所述主節點數據通信,并由所述主節點代為向服務器(5)保持通信。23. 根據權利要求22所述的空氣顆粒物濃度監控設備的組網通信方法,其特征在于,還 包括步驟Fl:所述各從節點通信數據中,包含唯一請求編號,當未能通過本地局域網向主節 點提交時,暫存于所述本地通信模塊(21)中,待本地局域網通信恢復后,以調取并向所述主 節點傳輸。24. 根據權利要求22所述的空氣顆粒物濃度監控設備的組網通信方法,其特征在于,還 包括步驟F2:各從節點間允許轉發其他從節點數據至所述主節點。25. 根據權利要求22所述的空氣顆粒物濃度監控設備的組網通信方法,其特征在于:所 述步驟C:還包括推舉次優網絡節點為備用主節點,當當前主節點異常時轉為主節點,并代 為向所述服務器(5)通信。26. -種如權22所述空氣顆粒物濃度監控設備的組網通信方法的通信異常保護方法, 其特征在于,步驟包括: 步驟A:主節點定期向各從節點進行通信握手; 步驟B:主節點判斷未能完成通信握手的從節點,并向所述服務器(5)上報; 步驟C:同時從節點判斷未能與主節點完成通信握手,并喚醒當前所述從節點的遠程通 信模塊(22)與服務器(5)保持通信。27. -種如權22所述空氣顆粒物濃度監控設備的組網通信方法的通信異常保護方法, 其特征在于,步驟包括: 步驟A:所述主節點向各從節點發起一次查詢,推舉最佳網絡從節點為主節點: 步驟B:被推舉網絡從節點轉為主節點,激活遠程通信模塊(22)并與服務器(5)通信; 步驟C:前任主節點轉換為從節點,其遠程通信模塊(22)進入待機,并作為備用主節點 存在于本地局域網絡。
【文檔編號】G08C17/02GK105842136SQ201610301484
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月9日
【發明人】林曉鐘, 鄭曄陽, 張曉華, 程華, 滿弢, 金汝庭
【申請人】上海衛東信息科技有限公司