專利名稱：一種空氣監(jiān)測與分析方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種空氣監(jiān)測與分析方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測的儀表、裝置包括以下幾種情況(1)由單臺或多臺單一氣體分析儀組成的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有監(jiān)測參數(shù)可增減、監(jiān)測精度高穩(wěn)定可靠的優(yōu)點。但是該存在系統(tǒng)體積龐大，耗電量高，不能移動的弊端，同時，該系統(tǒng)成本高同時維護成也居高不下的因素導(dǎo)致該系統(tǒng)只適合在大型城市重點區(qū)域監(jiān)測，不利于推廣。(2)由一組監(jiān)測系統(tǒng)和多個氣體采樣器或顆粒物采樣器組成的區(qū)域環(huán)境監(jiān)測方式。該方式具有采樣區(qū)域由監(jiān)測采樣工作人員確定，將不同地點的氣樣和顆粒物樣品采樣后回到實驗室進行樣品分析。該方式具有采樣范圍廣、分析樣品種類多，可節(jié)約成本的優(yōu)點ο但是存在分析的樣品不是即時數(shù)據(jù)、增加工作量的缺點，不滿足污染源連續(xù)監(jiān)測的要求。(3)采用電化學(xué)原理的氣體監(jiān)測儀表進行環(huán)境監(jiān)測方式。該方式具有體積小、功耗低、可移動、可連續(xù)監(jiān)測的優(yōu)點。但在目前尚無權(quán)威機構(gòu)對該原理的傳感器能分析痕量濃度(1X10-9)的系統(tǒng)測試報告，在已知采用電化學(xué)方法進行環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用中普遍采用恒溫、恒濕、恒定流速的方法或進行溫濕度補償方法，該方法只能在傳感器自身分辨率以上濃度的范圍檢測，并保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。所以，該原理傳感器存在檢測分辨率不能滿足空氣質(zhì)量監(jiān)測要求的弊端，目前用該傳感器制造的儀表裝置其所顯示低濃度端數(shù)據(jù)是根據(jù)中高端數(shù)據(jù)推算結(jié)果，不能代表真實數(shù)據(jù)。同時，由于電化學(xué)傳感器自身存在氣體間相互干擾的特性在不借助硬件設(shè)計和軟件合理算法的情況下得到的數(shù)據(jù)會存在很大的系統(tǒng)誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一。為此，本發(fā)明的第一方面的實施例提供一種空氣監(jiān)測與分析方法，包括如下步驟: 采集現(xiàn)場氣體，并將采集到的所述現(xiàn)場氣體進行加壓處理，其中，施加給所述現(xiàn)場氣體的壓力等于或低于預(yù)設(shè)壓力閾值；將加壓處理后的氣體進行升溫處理至預(yù)設(shè)溫度閾值，利用傳感器組對升溫處理后的氣體進行檢測以獲得所述升溫處理后的氣體中的多種類型氣體的參數(shù)，并生成對應(yīng)于所述多種類型氣體的參數(shù)的多路檢測信號；對所述多路檢測信號進行分析處理，獲取所述現(xiàn)場氣體的氣體狀況。根據(jù)本發(fā)明實施例的空氣監(jiān)測與分析方法，通過氣體采樣泵將氣樣采入，通過前處理單元，進行氣體的加壓和升溫，從而提高氣體活度和單位密度，并將氣體濃度信號轉(zhuǎn)換成電信號，電信號傳送到單板機采集與控制單元后經(jīng)過信號處理，將結(jié)果顯示、儲存、傳輸。 本發(fā)明實施例的空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)對同種氣體傳感器在檢測中信號靈敏度提高了 4-10 倍，有效地提高了信號穩(wěn)定性、提高了分辨率，將整個空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)最低檢出的閾值降低一個數(shù)量級，完全滿足空氣質(zhì)量監(jiān)測的技術(shù)要求。本發(fā)明第二方面的實施例提供一種空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)，包括采集模塊，用于采集現(xiàn)場氣體；加壓模塊，用于對采集到的所述現(xiàn)場氣體進行加壓處理，其中，施加給所述現(xiàn)場氣體的壓力等于或低于預(yù)設(shè)壓力閾值；升溫模塊，用于對加壓處理后的氣體進行升溫至預(yù)設(shè)溫度閾值；檢測模塊，用于對升溫處理后的氣體進行檢測以獲得升溫處理后的氣體中的多種類型氣體的參數(shù)，并生成對應(yīng)于所述多種類型氣體的參數(shù)的多路檢測信號；控制模塊，用于對所述多路檢測信號進行分析處理，獲取所述現(xiàn)場氣體的氣體狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明實施例的空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)，通過氣體采樣泵將氣樣采入，通過前處理單元，進行氣體的加壓和升溫，從而提高氣體活度和單位密度，并將氣體濃度信號轉(zhuǎn)換成電信號，電信號傳送到單板機采集與控制單元后經(jīng)過信號處理，將結(jié)果顯示、儲存、傳輸。 本發(fā)明實施例的空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)對同種氣體傳感器在檢測中信號靈敏度提高了 4-10 倍，有效地提高了信號穩(wěn)定性、提高了分辨率，將整個空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)最低檢出的閾值降低一個數(shù)量級，完全滿足空氣質(zhì)量監(jiān)測的技術(shù)要求。并且，在存在交叉干擾的氣體檢測過程中有效的排除了干擾氣體影響的因數(shù)。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的空氣監(jiān)測與分析方法的流程圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的空氣監(jiān)測與分析方法的流程圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明實施例的控制模塊的結(jié)構(gòu)圖；和圖6為根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例的空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本發(fā)明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發(fā)明的實施例的原理的一些方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的實施例包括落入所附加權(quán)利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。在環(huán)境監(jiān)測中，通常采用電化學(xué)傳感器對環(huán)境中的氣體參數(shù)進行監(jiān)測。電化學(xué)傳感器產(chǎn)生的信號為電流源，信號靈敏度在nA/ppb的水平。這樣弱的信號極容易受到環(huán)境的干擾，同時也會隨傳感器溫度的變化而不同。具體地，一個傳感器的在整個通氣期間的瞬時信號UA)為整個反應(yīng)期間內(nèi)總轉(zhuǎn)移的電荷Q(C)的微分，即 dQ (1) dt在反應(yīng)期間總的轉(zhuǎn)移電荷Q(C)與參與單位時間內(nèi)參與反應(yīng)的分子數(shù)量N(mol)和分子活度AOiiol/mol)有關(guān)。在恒定溫度和恒定電解質(zhì)的前提下，氣體反應(yīng)活A(yù)度是固定的。 所以，在某固定活度A的一個完整反應(yīng)周期內(nèi)產(chǎn)生電荷的總數(shù)Q為
ρ/100Q=J I。 N{t)dt(2)其中，tlOO為整個反應(yīng)時間周期，A為氣體反應(yīng)活度，N(t)即時時間參與反應(yīng)的分子函數(shù)。從公式(1)和公式( 可以發(fā)現(xiàn)，傳感器信號靈敏度與傳感器電解質(zhì)單位時間接觸到的氣體分子數(shù)相關(guān)。根據(jù)分子運動論可知，分子濃度越高、氣壓越大、溫度越高電解質(zhì)接觸的機會就越大。但是壓力、溫度的過分增加會導(dǎo)致傳感器壽命的損害，如果增加較多甚至?xí)?dǎo)致傳感器永久性失效?；谏鲜龇治?，本發(fā)明提供了一種合理對氣體進行加壓和升溫的空氣監(jiān)測與分析方法，該方法通過對現(xiàn)場氣體進行合理的加壓和升溫，使得氣體分子在短時間積聚在傳感器擴散口，在不損害傳感器前提下大幅度增加傳感器靈敏度，并向傳感器提供充分的恢復(fù)時間，從而達到在有效期內(nèi)穩(wěn)定工作的目的。下面參考圖1描述根據(jù)本發(fā)明實施例的空氣監(jiān)測與分析方法。如圖1所示，本發(fā)明實施例的空氣監(jiān)測與分析方法，包括如下步驟步驟S101，采集現(xiàn)場氣體，并將采集到的所述現(xiàn)場氣體進行加壓處理。其中，施加給現(xiàn)場氣體的壓力等于或低于預(yù)設(shè)壓力閾值。在本發(fā)明的實施例中，預(yù)設(shè)壓力閾值低于或等于傳感器組中的每一個傳感器的安全壓力閾值。傳感器的安全壓力閾值是指該傳感器可以承受的最高壓力。根據(jù)氣體分子理論，增加壓力會讓氣體在單位體積內(nèi)分子數(shù)增加，從而使得氣體分子進入檢測敏感元件(例如傳感器)的數(shù)量增加，進而會增加靈敏度的數(shù)值。但是傳感器對壓力有一定限制，過大壓力會使得傳感器損壞。傳感器的壓力與靈敏度的函數(shù)關(guān)系為 A = f (P)，通過計算得到的特定壓力下的靈敏度，進而可以計算出在該壓力下的氣體濃度。 通過采用對氣體進行加壓的方法可以使得傳感器在可承受得壓力范圍內(nèi)將靈敏度提高至原來的2-3倍。步驟S102，將加壓處理后的氣體進行升溫處理至預(yù)設(shè)溫度閾值。其中，預(yù)設(shè)溫度閾值低于或等于傳感器組中的每一個傳感器的安全溫度閾值。傳感器的安全溫度閾值是指傳感器允許的最高溫度。在本發(fā)明的一個實施例中，預(yù)設(shè)溫度閾值可以比傳感器的安全溫度閾值低5度。根據(jù)氣體熱力學(xué)理論，增加氣體溫度會使得氣體分子運動增加，同時也會使得氣體傳感器反應(yīng)活性增加。在傳感器允許工作的溫度范圍內(nèi)，將氣體輸送至溫度為預(yù)設(shè)溫度閾值的恒溫氣室，可以提高氣體的溫度，從而增加氣體傳感器的反應(yīng)活性，讓傳感器工作在恒溫環(huán)境中既提高靈敏度，又保證傳感器工作穩(wěn)定性。通過采用對氣體進行升溫的方法可以使得靈敏度提高至原來的2倍以上。由上可知，通過將對氣體進行升溫和加壓兩種方式結(jié)合起來，可以將傳感器靈敏度提高至原來的4-6倍。步驟S103，利用傳感器組對升溫處理后的氣體進行檢測以獲得升溫處理后的氣體中的多種類型氣體的參數(shù)，并生成對應(yīng)于多種類型氣體的參數(shù)的多路檢測信號。傳感器組包括一個或多個傳感器，每個傳感器對應(yīng)于檢測不同類型的氣體。由于在現(xiàn)場氣體中存在多種不同類型的氣體，通過利用不同的傳感器可以實現(xiàn)對不同類型的氣體的監(jiān)測。傳感器組對升溫至預(yù)設(shè)溫度閾值的氣體監(jiān)測，獲得多種類型氣體的參數(shù)。其中，多種類型的氣體的參數(shù)包括多種類型氣體的濃度、多種類型氣體的活度和可吸入顆粒物的濃度。具體地，可吸入顆粒物的濃度可以通過硬件接口配接可吸入顆粒物分析儀器，經(jīng)過相應(yīng)的分析處理將可吸入顆粒物數(shù)據(jù)在監(jiān)測系統(tǒng)中顯示，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到環(huán)境監(jiān)測總站，以便用戶及時掌握現(xiàn)場環(huán)境中的可吸入顆粒物濃度。多種類型氣體的濃度和活度可以通過傳感器進行監(jiān)測。對于每一個傳感器，其檢測的氣體的參數(shù)包括該傳感器檢測的氣體的濃度和活度。由此，每一個傳感器均生成一路檢測信號。在本發(fā)明的實施例中，采用電化學(xué)傳感器檢測氣體參數(shù)。利用電化學(xué)傳感器對加壓和升溫后的現(xiàn)場氣體進行檢測，不但適用于常規(guī)氣體污染物的監(jiān)測，例如S02、N02、CO、 H2S等，而且也適合于工廠、企業(yè)排放的非常規(guī)氣體污染物排放，例如鹵族氣體，鹵化物氣體，TV0C(Total Volatile Organic Compounds，總揮發(fā)性有機化合物)等。由于電化學(xué)傳感器存在廣譜性或稱為氣體交叉干擾特性，具有相似化學(xué)特性的氣體對傳感器均由反應(yīng)信號。從而，通過檢測存在交叉干擾氣體的混合氣過程中，由于部分傳感器在監(jiān)測幾種氣體的過程中存在共同反應(yīng)現(xiàn)象。從而，在不經(jīng)過合理有效的數(shù)據(jù)處理的情況下得到的數(shù)據(jù)是不正確的。由于傳感器在自身信號很微弱的情況下，如果受到環(huán)境因素的影響，例如溫度、濕度的大幅度變化和電磁干擾等影響會導(dǎo)致信號嚴(yán)重失真，補償難度大甚至難以補償。因此在本發(fā)明的實施例中，對由傳感器組生成的多路檢測信號進行抗氣體交叉干擾處理，生成多路抗氣體交叉干擾檢測信號。下面以兩種傳感器Sl和S2為例進行說明。其中，傳感器Sl和傳感器S2檢測氣體 Gl和七體G2。傳感器Sl和S2對氣體Gl和G2的靈敏度分別為All、A12、A21和A22。在檢測過程中，Sl的總信號量為D1，S2的總信號量為D2。檢測結(jié)果中，Gl的氣體濃度為Cl， G2的氣體濃度為C2，則相應(yīng)的具有以下公式A11*C1+A12*C2 = DlA21*C1+A22*C2 = D2根據(jù)行列式解法有，
權(quán)利要求
1.一種空氣監(jiān)測與分析方法，其特征在于，包括如下步驟采集現(xiàn)場氣體，并將采集到的所述現(xiàn)場氣體進行加壓處理，其中，施加給所述現(xiàn)場氣體的壓力等于或低于預(yù)設(shè)壓力閾值；將加壓處理后的氣體進行升溫處理至預(yù)設(shè)溫度閾值；利用傳感器組對升溫處理后的氣體進行檢測以獲得所述升溫處理后的氣體中的多種類型氣體的參數(shù)，并生成對應(yīng)于所述多種類型氣體的參數(shù)的多路檢測信號；對所述多路檢測信號進行分析處理，獲取所述現(xiàn)場氣體的氣體狀況。
2.如權(quán)利要求1所述的空氣監(jiān)測與分析方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)壓力閾值低于或等于所述傳感器組中的每一個傳感器的安全壓力閾值。
3.如權(quán)利要求1所述的空氣監(jiān)測與分析方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)溫度閾值低于或等于所述傳感器組中的每一個傳感器的安全溫度閾值。
4.如權(quán)利要求1所述的空氣監(jiān)測與分析方法，其特征在于，所述傳感器組獲得的多種類型氣體的參數(shù)包括所述多種類型氣體的濃度和所述多種類型氣體的活度。
5.如權(quán)利要求1所述的空氣監(jiān)測與分析方法，其特征在于，在對所多路檢測信號進行分析處理之前，還包括如下步驟對所述升溫處理后的氣體進行抗氣體交叉干擾處理，生成多路抗氣體交叉干擾檢測信號。
6.如權(quán)利要求1所述的空氣監(jiān)測與分析方法，其特征在于，還包括如下步驟通過共模抑制和電磁屏蔽法減少所述多路抗氣體交叉干擾檢測信號之間的電磁干擾。
7.如權(quán)利要求1所述的空氣監(jiān)測與分析方法，其特征在于，還包括如下步驟根據(jù)所述現(xiàn)場空氣的氣體狀況生成并顯示氣體統(tǒng)計曲線，其中，所述氣體統(tǒng)計曲線用于指示所述現(xiàn)場氣體在不同時間段內(nèi)的多種類型氣體的指標(biāo)。
8.如權(quán)利要求7所述的空氣監(jiān)測與分析方法，其特征在于，還包括如下步驟對所述氣體統(tǒng)計曲線進行分析，當(dāng)所述現(xiàn)場空氣中的多種類型氣體中的一種或多種的指標(biāo)超過對應(yīng)于該氣體的預(yù)設(shè)指標(biāo)后，發(fā)出報警信號。
9.一種空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)，其特征在于，包括采集模塊，用于采集現(xiàn)場氣體；加壓模塊，用于對采集到的所述現(xiàn)場氣體進行加壓處理，其中，施加給所述現(xiàn)場氣體的壓力等于或低于預(yù)設(shè)壓力閾值；升溫模塊，用于對加壓處理后的氣體進行升溫至預(yù)設(shè)溫度閾值；檢測模塊，用于對升溫處理后的氣體進行檢測以獲得升溫處理后的氣體中的多種類型氣體的參數(shù)，并生成對應(yīng)于所述多種類型氣體的參數(shù)的多路檢測信號；控制模塊，用于對所述多路檢測信號進行分析處理，獲取所述現(xiàn)場氣體的氣體狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求9所述的空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測模塊為傳感器組，其中，所述傳感器組包括至少一個傳感器，其中，每個所述傳感器用于檢測一種類型氣體的參數(shù)，并生成對應(yīng)于該類型氣體的參數(shù)的一路檢測信號。
11.如權(quán)利要求10所述的空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體的參數(shù)包括氣體的濃度、氣體的密度和可吸入顆粒物的濃度。
12.如權(quán)利要求10所述的空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)設(shè)壓力閾值低于或等于所述傳感器組中的每一個傳感器的安全壓力閾值。
13.如權(quán)利要求10所述的空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)設(shè)溫度閾值低于或等于所述傳感器組中的每一個傳感器的安全溫度閾值。
14.如權(quán)利要求9所述的空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)，其特征在于，所述升溫模塊為保溫箱。
15.如權(quán)利要求9所述的空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)，其特征在于，還包括抗氣體交叉干擾處理模塊，分別與所述升溫模塊和所述檢測模塊相連，用于對所述升溫模塊升溫處理后的氣體進行抗氣體交叉干擾處理，生成多路抗氣體交叉干擾檢測信號。
16.如權(quán)利要求9所述的空氣檢測與分析系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊包括 曲線生成單元，用于根據(jù)所述現(xiàn)場空氣的氣體狀況生成并顯示氣體統(tǒng)計曲線，其中，所述氣體統(tǒng)計曲線用于指示所述現(xiàn)場空氣在不同時間段內(nèi)的多種類型氣體的指標(biāo)；分析單元，用于對所述氣體統(tǒng)計曲線進行分析，以判斷所述現(xiàn)場空氣中的多種類型氣體中的一種或多種的指標(biāo)是否超過對應(yīng)于該氣體的預(yù)設(shè)指標(biāo)；報警單元，用于當(dāng)所述現(xiàn)場空氣中的多種類型氣體中的一種或多種的指標(biāo)超過對應(yīng)于該氣體的預(yù)設(shè)指標(biāo)后，發(fā)出報警信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空氣監(jiān)測與分析方法，包括如下步驟采集現(xiàn)場氣體，并將采集到的所述現(xiàn)場氣體進行加壓處理，其中，施加給所述現(xiàn)場氣體的壓力等于或低于預(yù)設(shè)壓力閾值；將加壓處理后的氣體進行升溫處理至預(yù)設(shè)溫度閾值；利用傳感器組對升溫處理后的氣體進行檢測以獲得所述升溫處理后的氣體中的多種類型氣體的參數(shù)，并生成對應(yīng)于所述多種類型氣體的參數(shù)的多路檢測信號；對所述多路檢測信號進行分析處理，獲取所述現(xiàn)場氣體的氣體狀況。本發(fā)明還公開了一種空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)。本發(fā)明有效地提高了信號穩(wěn)定性、提高了分辨率，將整個空氣監(jiān)測與分析系統(tǒng)最低檢出的閾值降低一個數(shù)量級，完全滿足空氣質(zhì)量監(jiān)測的技術(shù)要求。
文檔編號G01N27/26GK102445473SQ201110364029
公開日2012年5月9日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者張殿國 申請人:北京明尼特環(huán)?？萍加邢薰?br>