檢測大氣顆粒物污染物濃度的移動式車載檢測系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及大氣環境檢測技術領域，尤其涉及一種檢測大氣顆粒物污染物PM2.5濃度的移動式車載檢測系統。
【背景技術】
[0002]研究適合于車載移動的PM2.5環境監測器與云計算技術，配合城市現有PM2.5監測站，及時、準確并全面地反映大氣質量及趨勢，為環保、污染源監控、城市規劃等提供科學的依據，結合工業布局、城市交通、人口等元素，進行系統研究，密切監控城市大氣質量并起到積極的技術支撐作用。
[0003]懸浮在空氣中的液態與固態顆粒狀物質統稱為大氣顆粒物。各種顆粒物分散在空氣中構成了一個相對穩定的懸浮體系，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，細粒子PM2.5直徑相當于人類頭發的十分之一，顆粒物空氣動力學粒徑大小決定其進入呼吸道和在呼吸道內的滯留。細粒子PM2.5被吸入人體后會直接進入支氣管，干擾肺部正常工作，引發包括哮喘、支氣管炎等方面的多類疾病iie的散射理論指出:包括細粒子在內的微小顆粒受到光線照射時，如果光波長所在的數量級與顆粒直徑相當，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特征:I)散射光強度分布隨著角度的變化而變化。當入射光波長遠小于粒子直徑時，散射光光強分布復雜。2)隨顆粒物直徑增大，前向散射光子數相對增加，后向散射光子數則相對減少。3)當顆粒物直徑遠大于散射光波時，則主要發生光線的衍射，此時波長和粒子直徑對散射光的影響很小。基于Mie散射的思路，細顆粒物受光照后會發出散射光信號，接收到的散射光與顆粒物濃度呈現一種線性關系，通過該原理可計算出大氣顆粒物濃度。目前城市區域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重，由于工業信息化程度仍處于較低水平，城市公眾對于PM2.5的污染關注度不斷提升，使得城市區域PM2.5的監測顯得日益重要。
[0004]現有采用光散射法的PM2.5環境監測器依據微粒Mie散射理論進行制造。其工作原理是通過光束檢測大氣顆粒物尺寸，大氣顆粒物尺寸數量級等于或大于光的波長時，便會產生光能衰減，其表現形式主要是光的散射，該類監測器主要包括光源、透鏡、反光鏡、光電探測器、信號放大器與電信號分析電路等組成部分。當大氣顆粒物受光線照射并發生光線散射現象時，光電探測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轉化，隨后將獲取的光電信號通過前置放大與噪聲濾波等實時處理后，在電信號分析電路中進行脈沖發生量計算。由于脈沖與大氣顆粒物相對濃度成正比，系統每接收到一次脈沖信號就表示檢測器接收一個散射光。通過在相同大氣環境下多組測量后收集的大氣數據，利用數據擬合技術計算并獲取PM2.5環境監測器測出的大氣顆粒物數據。目前我國PM2.5環境監測器生產企業大都采用光學方法設計與制造PM2.5檢測器，在設計中通過利用射線動態加熱系統技術以減少檢測誤差。在使用中采用鋰電池給檢測系統供電，由于鋰電池自身體積較大、成本、重量、充電等客觀因素，現有PM2.5環境檢測器并不適合車載移動使用。通過國內市場調查發現:現有環境監測后臺數據庫仍主要基于傳統關系數據庫系統，難以適應日益增長的海量數據存儲、大規模數據分析與應用的需求。
【實用新型內容】
[0005]針對上述存在的問題，本實用新型旨在提供一種檢測大氣顆粒物污染物濃度的移動式車載檢測系統，本實用新型主要涉及前端車載檢測器設備與后端云處理平臺，采用低價、可移動的PM2.5環境監測器輔助傳統環境監測站的工作方式，可以形成數據的有效互補，以便掌握城市區域大氣中全面、真實的細粒子PM2.5數據。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案如下:
[0007]檢測大氣顆粒物污染物濃度的移動式車載檢測系統，包括設置在車輛上的前端車載移動PM2.5環境檢測器及設置在監測站的云存儲服務器與云處理服務器;其中，所述前端車載移動PM2.5環境檢測器包括以下部分:電源、電壓轉換器、氣體采集器，用以檢測大氣顆粒物PM2.5濃度的紅外光學傳感器，前置放大器，A/D轉換器、存儲器以及CPU處理器，所述氣體采集器連接所述紅外光學傳感器，所述紅外光學傳感器通過所述前置放大器連接所述A/D轉換器，所述A/D轉換器的輸出端連接所述CPU處理器，所述CPU處理器連接存儲器和通訊端口，所述電源通過電壓轉換器連接紅外光學傳感器、前置放大器以及A/D轉換器。
[0008]進一步的，所述紅外傳感器由紅外光發射部件、加熱器、散射光收集部件以及透鏡四部分組成。
[0009]進一步的，電壓轉換器由運算放大器、電阻與電容組成，并且通過調節以改變紅外光學傳感器的供電電壓，從而實現功率穩定與控制調節。
[0010]本實用新型的有益效果是:針對城市區域PM2.5的檢測，發明檢測大氣顆粒物污染物濃度的移動式車載檢測系統，主要涉及前端車載移動PM2.5環境檢測器系統與后端云存儲與云處理系統，前端大氣顆粒物檢測系統使用紅外光散射法來進行大氣顆粒物數據的檢測，通過紅外光學傳感器來采集PM2.5大氣顆粒物數據，紅外光學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，通過加熱源來進行空氣顆粒物的動態采集，通過光電信號的轉換，將大氣顆粒濃度信息轉換成相應PWM波形數據，再進行數據的匯集處理與數據擬合，測出的PM2.5大氣顆粒物數據最后存入后端云存儲與云處理數據庫，在后臺進行海量數據的存儲與數據處理，并通過無線通信網絡進行大氣數據的實時發布，由于本實用新型是直接設置在車輛上的環境檢測系統故不需要專用鋰電池供電，車載PM2.5環境檢測器設備體積更為小巧、部署方式更加靈活、成本更加低廉，而且通過車載方式進行部署，在城市公交車輛的不同運行區間布局并有效使用PM2.5環境檢測器，能夠全面地掌握城市不同區域大氣狀況，并可以獲得不同氣候條件下、不同時間段的PM2.5實時監測數據。
【附圖說明】
[0011 ]圖1為本實用新型前端車載PM2.5環境檢測器原理框圖。。
[0012]圖2為本實用新型紅外光學傳感器的原理結構圖。
[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。
【具體實施方式】
[0014]為了使本領