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空氣質(zhì)量檢測(cè)儀測(cè)試系統(tǒng)

中泰研創(chuàng)

● 測(cè)試背景

隨著生活水平的提高，人們對(duì)健康越來(lái)越關(guān)注，對(duì)我們生活的空氣環(huán)境也越來(lái)越關(guān)心，因此希望能夠?qū)σ恍┯形：Φ臍怏w進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和治理。環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)先行，自動(dòng)化、信息化是做好環(huán)境監(jiān)測(cè)的前提和保障。隨著國(guó)家制定的各種環(huán)境保護(hù)政策及法規(guī)的頒布實(shí)施，各級(jí)地方政府在對(duì)轄區(qū)內(nèi)的環(huán)境治理日益重視的同時(shí)，加大了對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的投資力度，各地區(qū)陸續(xù)規(guī)劃安裝了大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)地面站，實(shí)施城市空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。

空氣質(zhì)量檢測(cè)儀正是在這種基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來(lái)的，且根據(jù)使用方式不同分為路邊站、點(diǎn)式固定站、車(chē)載式、手提式等。

● 系統(tǒng)描述

AQ-Ⅲ空氣質(zhì)量檢測(cè)儀測(cè)試平臺(tái)是北京中泰研創(chuàng)科技有限公司為某環(huán)境監(jiān)測(cè)研究院提供的技術(shù)解決方案，硬件方面通過(guò)EM9000系列多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備(EM9636B)負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)采集，軟件系統(tǒng)是基于正版LabVIEW圖形編程語(yǔ)言，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的溫度、風(fēng)速、氣壓和多種有害氣體濃度的多點(diǎn)測(cè)量，以達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)某區(qū)域內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量參數(shù)的目的。系統(tǒng)按照自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的要求，以虛擬儀器技術(shù)為背景，以以太網(wǎng)總線架構(gòu)為基礎(chǔ)，具有實(shí)驗(yàn)工況監(jiān)視、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)在線分析處理、一般性故障處理等功能。

硬件方面由抽氣泵將環(huán)境空氣通過(guò)過(guò)濾器，經(jīng)流量調(diào)節(jié)器后分別以300ml/min的流量送到傳感器氣室，通過(guò)傳感器時(shí)所產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換后，由上位機(jī)PC端進(jìn)行采集、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生濃度結(jié)果數(shù)據(jù)，同時(shí)保存數(shù)據(jù)結(jié)果或通過(guò)RS232串行接口送至微型打印機(jī)。

● 系統(tǒng)特點(diǎn)

1. 1路溫度、1路濕度、1路風(fēng)速、2路細(xì)顆粒物和15路氣體濃度采集。

2. 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和測(cè)試結(jié)果微機(jī)打印。

3. 支持自定義線性換算算法編輯，以適應(yīng)不同傳感器。

4. 各路參數(shù)及測(cè)量指標(biāo)獨(dú)立配置。

5. 支持采集數(shù)據(jù)圖形化顯示。

6. 支持采集數(shù)據(jù)存盤(pán)并自定義圖形化顯示曲線，具有數(shù)據(jù)報(bào)表功能。

7. 支持歷史數(shù)據(jù)分析，自動(dòng)導(dǎo)出并自動(dòng)計(jì)算按秒、分鐘、小時(shí)的最大值、最小值和平均值。

● 測(cè)試方法

氣體檢測(cè)部分工作原理

本儀器內(nèi)部分采用高靈敏度、低功耗的電化學(xué)傳感器(如圖1所示)，用于檢測(cè)多種不同有毒氣體，可以連續(xù)監(jiān)測(cè)大氣層中的SO2、NO2、O3、CO、CO2、NH3、甲醛等氣體，全面顯示需要的測(cè)量數(shù)據(jù)。

電化學(xué)傳感器通過(guò)與被測(cè)氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號(hào)來(lái)工作。典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極(或工作電極)和反電極組成，并由一個(gè)薄電解層隔開(kāi)。氣體首先通過(guò)微小的毛管型開(kāi)孔與傳感器發(fā)生反應(yīng)，然后是透氣膜，最終到達(dá)電極表面。采用這種方法可以允許適量氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，以形成充分的電信號(hào)，同時(shí)防止電解質(zhì)漏出傳感器。穿過(guò)透氣膜擴(kuò)散的氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，傳感電極可以采用氧化機(jī)理或還原機(jī)理。這些反應(yīng)由針對(duì)被測(cè)氣體而設(shè)計(jì)的電極材料進(jìn)行催化。通過(guò)電極間連接的電阻器，與被測(cè)氣濃度成正比的電流會(huì)在正極與負(fù)極間流動(dòng)。測(cè)量該電流即可確定氣體濃度。

有毒氣體檢測(cè)部分工作原理

本儀器內(nèi)部分采用工作穩(wěn)定的紅外線氣體傳感器(如圖2所示)，用于檢測(cè)甲烷、可燃性烷烴類(lèi)氣體濃度。

此類(lèi)傳感器中有循環(huán)的紅外光源。光源在氣室中反射并終止于兩個(gè)熱電感應(yīng)片上。兩個(gè)感應(yīng)片一個(gè)是“活躍感應(yīng)片”，另一個(gè)是“參照感應(yīng)片”。每個(gè)熱電感應(yīng)片都各自輸出一個(gè)電平以顯示與其表面接觸的紅外光的強(qiáng)度。“活躍感應(yīng)片”上覆蓋著一層濾光材料，它能透過(guò)紅外光譜中被測(cè)氣體所吸收的那一段光譜；而“參照感應(yīng)片”上覆蓋著的濾光材料能透過(guò)紅外光譜中被測(cè)氣體所不被吸收的光譜。當(dāng)被測(cè)氣體進(jìn)入氣室時(shí)，氣體吸收了紅外光輻射的一段，這樣從活躍感應(yīng)片上輸出的信號(hào)也就相應(yīng)減弱。而盡管有被測(cè)氣體存在，“參照感應(yīng)片”上的信號(hào)電平保持不變。“活躍感應(yīng)片”和“參照感應(yīng)片”上輸出電平的比率就可用于計(jì)算被測(cè)氣體的濃度。因?yàn)闇y(cè)量中用的是兩個(gè)感應(yīng)片上的電平比率，光源強(qiáng)度及光源反射路徑反導(dǎo)致的誤差就可消去，保證了測(cè)量精度。Detcon公司智能型紅外線光學(xué)氣體濃度傳感器提供標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA輸出。

可吸入顆粒物檢測(cè)部分工作原理

本儀器內(nèi)部分采用激光氣體傳感器(如圖3所示)，其特點(diǎn)是輸出穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、功率較低。

激光傳感器的結(jié)構(gòu)和電路相對(duì)復(fù)雜。其光源為激光二極管。采樣空氣通過(guò)風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)推動(dòng)，通過(guò)復(fù)雜設(shè)計(jì)的風(fēng)道，進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)空氣中的細(xì)顆粒物進(jìn)入激光束所在區(qū)域時(shí)，將使激光發(fā)生散射;散射光在空間360°都有輻射，可在適當(dāng)位置放置光電探測(cè)器，使之只接收散射光，然后經(jīng)過(guò)光電探測(cè)器的光電效應(yīng)產(chǎn)生電流信號(hào)，經(jīng)電路放大及處理后，即可得到細(xì)顆粒物濃度值。激光原理傳感器主要應(yīng)用在PM2.5、PM10檢測(cè)領(lǐng)域，以精度量化PM2.5質(zhì)量。可嵌入到家用(車(chē)載、手持)空氣檢測(cè)儀、空氣凈化器中。

● 系統(tǒng)指標(biāo)

1、配置進(jìn)氣管;

2. 供電采用交流220V/50Hz;

3. 工作溫度：0~50攝氏度;

4、直讀輸出各氣體濃度（mg/m3）,1分鐘出結(jié)果;

5. 預(yù)設(shè)通道數(shù)：20（可擴(kuò)展）；

6、檢測(cè)靈敏度：（L） 0.01 mg/m3；（H） 0.001 mg/m3。

7、重復(fù)性誤差：±2%

8、采集精度：16位分辨率、誤差<0.02%;

9、具有電能存儲(chǔ)功能，監(jiān)測(cè)時(shí)間全程可實(shí)現(xiàn)不插電。

10、定時(shí)采樣：預(yù)熱時(shí)間（0～20）秒；采樣次數(shù)（1～1000）次/s。

11、氣體濃度超標(biāo)報(bào)警閾值設(shè)定：可按各氣體分析器量程軟件設(shè)定；

12、輸出接口：

（1）PC機(jī)接口：RJ45，可選USB接口；

（2）微型打印機(jī)輸出接口；

13、重量：10kg。490mm * 330mm * 390mm

14、采用金屬外殼，耐腐、防水、防塵；

● 硬件指標(biāo)

EM9636數(shù)據(jù)采集設(shè)備，是新一代的集多種功能為一體，高速、高精度、多功能、寬范圍信號(hào)測(cè)量與控制的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品。支持以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集，USB數(shù)據(jù)采集（USB口為從口）A/D：16bit，32（單）/16（雙）CH，轉(zhuǎn)換速率250KHz，8MB緩沖區(qū)，輸入范圍：0～5V、0～10V、±5V、±10V、0~20mA（定制），程控增益1、2、5、10倍；可編程DIO：16CH；光隔離DO：8路，光隔離DI：8路；計(jì)數(shù)/測(cè)頻：6CH；編碼器：2CH（與計(jì)數(shù)器復(fù)用）；PWM輸出：3CH（與DO復(fù)用）。組成結(jié)構(gòu)：基于ARM9處理器和FPGA關(guān)鍵技術(shù)，內(nèi)嵌實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)linux或wince，方便定制各種功能。支持modbus-TCP協(xié)議。

★ EM9636數(shù)據(jù)采集設(shè)備，具有離線采集功能，可以脫機(jī)使用?？蓪⒉杉臄?shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)在EM9636上的U盤(pán)或SD卡內(nèi)，此產(chǎn)品可脫離計(jì)算機(jī)獨(dú)立工作。提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了使用成本，可用于惡劣環(huán)境下的無(wú)人值守及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中。

★ EM9636數(shù)據(jù)采集設(shè)備，具有Web服務(wù)器功能。為方便用戶使用，EM9636開(kāi)通了web服務(wù)器功能，主機(jī)只要有web瀏覽器，就可以對(duì)EM9636進(jìn)行監(jiān)控，不需要編寫(xiě)任何程序。用戶可通過(guò)PC端或手機(jī)端的web瀏覽器設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)、查看狀態(tài)以及查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。手機(jī)或移動(dòng)設(shè)備可通過(guò)Wi-Fi與EM9636直接通訊。

★ EM9636產(chǎn)品具有雙看門(mén)狗：硬件看門(mén)狗防止下位機(jī)程序進(jìn)入死鎖狀態(tài)，通訊看門(mén)狗防止通訊中斷。

★ EM9636數(shù)據(jù)采集設(shè)備使用實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)linux，資深用戶可以自己編寫(xiě)程序完成定制功能，從而完全脫離PC機(jī)單獨(dú)使用。

★ EM9636數(shù)據(jù)采集設(shè)備結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)材料：ABS757K阻燃，抗振動(dòng)：17～500Hz，1G PTP。

抗沖擊： 10G/PEAK(11m ，sec)。

工作溫度：-20℃～+70℃。

凈重：71g。

● 虛擬儀器軟件

如使用PC機(jī)操作EM9636數(shù)據(jù)采集設(shè)備，我公司還可免費(fèi)提供上位機(jī)虛擬儀器分析軟件（基于正版LabVIEW開(kāi)發(fā)）。