一种进行自动校准的环境空气质量监测装置的制作方法

1.本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种进行自动校准的环境空气质量监测装置。


背景技术：

2.微型环境空气质量监测系统，主要用于大气污染防治管理网格，大范围、高密度的布点，建设基于传感器技术的空气质量监测“微站”，实时监测每个网格内主要污染物的动态变化和趋势，客观真实反映污染现状，快速捕捉污染异常排放行为并自动报警。微站气体检测采用多种传感器(so2、no2、co、o3、nh3、h2s、tvoc等)，通过扩散式或泵吸式采样，实时监测气体浓度结果数据，并通过有线通讯或无线网络上传。
3.目前市场上现有的微型环境空气质量监测系统存在以下问题：现有的微型环境空气质量监测系统现场长期运行，受到环境影响存在零点漂移、准确度较低、稳定性差等问题，尤其是环境湿度变化直接影响传感器测量状态，造成数据测量偏差。此外在设备运行质控过程中，仅依靠便携移动式设备或国标法设备比对远程校准操作，质控手段单一，并且由于测量原理的差异，溯源质控传递效果较差，标定程序复杂，操作维护不方便。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种进行自动校准的环境空气质量监测装置。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
5.本技术实施例提供了一种进行自动校准的环境空气质量监测装置，所述装置包括：
6.监测子装置，用于进行空气质量监测，所述监测子装置包括气象传感器和气体传感器单元；
7.自动校准子装置，用于进行自动校准，所述自动校准子装置包括流量控制分配单元、第一路湿度控制单元、第二路目标气体浓度控制单元、第三路干空气控制单元和标定单元；
8.所述流量控制分配单元，用于将所述第一路湿度控制单元内的湿空气、所述第二路目标气体浓度控制单元内的所述目标气体和所述第三路干空气控制单元中的干空气之间的流量比例控制在预设流量比例，所述流量控制分配单元跟并行连接的所述第一路湿度控制单元、所述第二路目标气体浓度控制单元、所述第三路干空气控制单元之间串联连接；
9.所述控制单元，用于在判断出当前条件符合预设条件时，控制所述标定单元进行切换，将符合所述预设条件的气体通过所述气体传感器单元，以便于根据预置的各项校准参数，对所述气体传感器单元中的多种污染物气体进行自动校准，所述预设条件包括湿度预设条件和目标气体目标浓度预设条件。
10.在一种实施方式中，所述装置还包括：
11.预设条件配置单元，用于配置所述湿度预设条件，所述湿度预设条件包括：在湿度参数上的第一实时湿度数值和第二实时湿度数值之间的实时湿度差值小于或等于第一预设阈值，和/或，
12.用于配置所述目标气体目标浓度预设条件，所述目标气体目标浓度预设条件包括：在所述目标气体的浓度参数上的第一实时浓度数值和第二实时浓度数值之间的实时浓度差值小于或等于第二预设阈值。
13.在一种实施方式中，所述监测子装置还包括：
14.气象传感器，用于采集目标地区、且目标时间段内的所述第一实时湿度数值。
15.在一种实施方式中，所述自动校准子装置还包括：
16.湿度传感器，用于检测所述自动校准子装置内的所述第二实时湿度数值，所述湿度传感器与并联连接的所述第一路湿度控制单元、所述第二路目标气体浓度控制单元、所述第三路干空气控制单元串联连接。
17.在一种实施方式中，所述自动校准子装置还包括：
18.浓度检测单元，用于检测所述目标气体的实时浓度，所述浓度检测单元与并联连接的所述第一路湿度控制单元、所述第二路目标气体浓度控制单元、所述第三路干空气控制单元之间串联连接。
19.在一种实施方式中，所述装置还包括：
20.第一接收单元，用于接收第一校准指令，以便于根据所述第一校准指令对所述气体传感器单元中的多种污染物气体进行自动校准，所述校准指令中携带有所述预置的各项校准参数。
21.在一种实施方式中，所述装置还包括：
22.第一校准周期配置单元，用于配置第一校准周期，以便于每间隔所述第一校准周期，根据所述预置的各项校准参数，对所述气体传感器单元中的多种污染物气体进行自动校准。
23.在一种实施方式中，所述装置还包括pm传感器和校准参数配置单元，
24.所述校准参数配置单元，用于配置各项校准参数，以便于在判断出所述当前条件符合所述预设条件时，控制所述标定单元进行切换，将符合所述预设条件的气体通过所述pm传感器，并根据所述预置的各项校准参数，对所述pm传感器中的多种污染物进行自动校准。
25.在一种实施方式中，所述装置还包括：
26.第二接收单元，用于接收第二校准指令，以便于根据所述第二校准指令对所述pm传感器中的多种污染物进行自动校准，所述第二校准指令中携带有所述预置的各项第校准参数。
27.在一种实施方式中，所述装置还包括：
28.第二校准周期配置单元，用于配置第二校准周期，以便于每间隔所述第二校准周期，根据所述预置的各项校准参数，对所述pm传感器中的多种污染物进行自动校准。
29.在一种实施方式中，所述自动校准子装置集成设置于所述监测子装置上，或者，所述自动校准子装置和所述监测子装置分体设置。
30.本技术实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
31.在本技术实施例中，流量控制分配单元用于将第一路湿度控制单元内的湿空气、第二路目标气体浓度控制单元内的目标气体和第三路干空气控制单元中的干空气之间的流量比例控制在预设流量比例；以及控制单元用于在判断出当前条件符合预设条件时，控制标定单元切换至动态加热除湿采样单元的入口端，将符合预设条件的气体通过气体传感器单元，以便于根据预置的各项校准参数，对气体传感器单元中的多种污染物气体进行自动校准；采用本技术实施例，通过控制流量控制分配单元，以达到在湿度上或目标气体目标浓度上，通过上述动态调整配置，对气体传感器单元进行精准且自动校准，从而有效地避免了因湿度变化或目标气体影响气体传感器的零点的问题，最终提高了自动校准的准确性。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
32.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
33.图1是本技术实施例具体应用场景下的一种环境空气质量监测装置的结构示意图。
具体实施方式
34.以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。
35.应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
36.下面结合附图详细说明本公开的可选实施例。
37.请参见图1，为本技术实施例具体应用场景下的一种环境空气质量监测装置的结构示意图。
38.如图1所示，本技术实施例提供的一种环境空气质量监测装置包括：
39.监测子装置，用于进行空气质量监测，监测子装置包括气象传感器、气体传感器单元和动态加热除湿采样单元；
40.自动校准子装置，用于零点自动校准，自动校准子装置包括流量控制分配单元、第一路湿度控制单元、第二路目标气体浓度控制单元、第三路干空气控制单元和标定单元；
41.流量控制分配单元，用于将第一路湿度控制单元内的湿空气、第二路目标气体浓度控制单元内的目标气体和第三路干空气控制单元中的干空气之间的流量比例控制在预设流量比例，流量控制分配单元跟并行连接的第一路湿度控制单元、第二路目标气体浓度控制单元、第三路干空气控制单元之间串联连接；
42.控制单元，用于在判断出当前条件符合预设条件时，控制标定单元切换至动态加热除湿采样单元的入口端，将符合预设条件的气体通过气体传感器单元，以便于根据预置的各项校准参数，对气体传感器单元中的多种污染物气体进行自动校准，预设条件包括湿
度预设条件和目标气体目标浓度预设条件。
43.在本技术实施例中，预置的各项校准参数不仅包括用于进行自动零点校准的各项校准参数，还包括对预设不同线性浓度目标气体参数进行自动校准的各项校准参数，基于上述各项校准参数均是常规校准参数，在此不再赘述。
44.在本技术实施例中，预设流量比例可以根据不同应用场景的需求进行配置，对目标气体也不做具体限制，目标气体例如是异丁烯。通过如图1所示的监测装置，能够实现对气体传感器单元中的多种污染物气体的自动校准，其中，多种污染物气体可以为二氧化硫，也可以为二氧化氮。
45.例如，如图1所示的三路并联连接的单元分别为第一路湿度控制单元、第二路目标气体浓度控制单元和第三路干空气控制单元；其中，流经第一路湿度控制单元的为湿空气，流经第二路目标气体浓度控制单元的为某一目标气体异丁烯，流经第三路干空气控制单元的为干空气。
46.在某一具体应用场景中，目标配制为：300ml/min，200ppb异丁烯，要求90％r.h，原浓度为5ppm，则配置预设流量比例具体如下所述：
47.1)第一路湿空气负责控制湿度，湿空气由干空气进入洗气瓶带出，所需流量为：300ml/min
×
90％＝270ml/min；
48.2)第二路气体负责控制浓度，所需流量为：
49.300ml/min
×
200ppb/5ppm＝12ml/min；
50.3)第三路所需干空气流量为：300
‑
270
‑
12＝18ml/min；
51.由此，上述三路之间的预设流量比例为：270：12：18。
52.上述仅仅是示例，用上述类似方法，若配置其它不同湿度下，200ppb异丙烯，300ml/min，如图1所示的各路流量如下所示：
53.预设湿度第一路所需流量第二路所需流量第三路所需流量20％r.h60ml/min12ml/min228ml/min50％r.h150ml/min12ml/min138ml/min80％r.h240ml/min12ml/min48ml/min90％r.h270ml/min12ml/min18ml/min
54.在本技术实施例提供的微型环境空气质量监测装置不仅能够进行零点自动校准，还能够进行不同浓度目标气体的自动线性校准，从而大大地提高了该监测装置所适用的校准范围。
55.在一种可能的实现方式中，本技术实施例提供的监测装置还包括：
56.预设条件配置单元，用于配置所述湿度预设条件，所述湿度预设条件包括：在湿度参数上的第一湿度实测值和第二湿度实测值之间的湿度差值小于或等于第一预设阈值，和/或，
57.用于配置所述目标气体目标浓度预设条件，所述目标气体目标浓度预设条件包括：在所述目标气体的浓度参数上的第一浓度实测值和第二浓度实测值之间的浓度差值小于或等于第二预设阈值。
58.在本技术实施例中，对第一预设阈值和第二预设阈值并不做具体限制，可以根据实际应用场景的需求进行配置，在此不再赘述。
59.在一种可能的实现方式中，本技术实施例提供的监测装置还包括：
60.气象传感器，用于采集目标地区、且目标时间段内的第一实时湿度数值；这样，通过该气象传感器，可以获得该监测装置所处外界环境的第一实时湿度数值，并以该第一实时湿度数值作为参照，通过流量控制分配单元调整第一路湿度控制单元内的湿空气和第三路干空气控制单元中的干空气之间的流量比例，使得最终如图1所示的湿度传感器所测得的第二实时湿度数值与气象传感器所测得的外界第一实时湿度数值无限趋近于零。
61.在一种可能的实现方式中，本技术实施例提供的自动校准子装置还包括：
62.湿度传感器，用于检测自动校准子装置内的第二实时湿度数值，湿度传感器与并联连接的第一路湿度控制单元、第二路目标气体浓度控制单元、第三路干空气控制单元串联连接。
63.在一种可能的实现方式中，本技术实施例提供的自动校准子装置还包括：
64.浓度检测单元，用于检测目标气体的实时浓度，浓度检测与并联连接的第一路湿度控制单元、第二路目标气体浓度控制单元、第三路干空气控制单元之间串联连接；通过该浓度检测单元可以实时检测目标气体是否达到预设浓度。
65.在一种可能的实现方式中，本技术实施例提供的监测装置还包括：
66.第一接收单元(在图1中未示出)，用于接收第一校准指令，以便于根据第一校准指令对气体传感器单元中的多种污染物气体进行自动校准，校准指令中携带有预置的各项校准参数。
67.在本技术实施例中，各项校准参数为常规参数，在此不再赘述。
68.在一种可能的实现方式中，本技术实施例提供的监测装置还包括：
69.第一校准周期配置单元(在图1中未示出)，用于配置第一校准周期，以便于每间隔第一校准周期，根据预置的各项校准参数，对气体传感器单元中的多种污染物气体进行自动校准。
70.在本技术实施例中，对第一校准周期并不做具体限制，可以根据不同应用场景的需求进行配置，在此不再赘述。
71.在一种可能的实现方式中，本技术实施例提供的监测装置还包括pm传感器和校准参数配置单元，
72.校准参数配置单元(在图1中未示出)，用于配置各项校准参数，以便于在判断出当前条件符合预设条件时，控制标定单元切换至动态加热除湿采样单元的入口端，将符合预设条件的气体通过pm传感器，并根据预置的各项校准参数，对pm传感器中的多种污染物进行自动校准；这样，本技术实施例提供的监测装置，不仅能够实现上述对气体传感器单元中的多种污染物气体的自动校准，还能够实现对pm传感器中的多种污染物进行自动校准，从而扩展了自动校准的适用范围。
73.在本步骤中，pm传感器中的多种污染物中的任意一种污染物可以为pm
2.5
，也可以为pm
10
。
74.在本技术实施例中，各项校准参数为常规参数，在此不再赘述。
75.在一种可能的实现方式，本技术实施例提供的监测装置还包括：
76.第二接收单元(在图1中未示出)，用于接收第二校准指令，以便于根据第二校准指令对pm传感器中的多种污染物进行自动校准，第二校准指令中携带有预置的各项校准参
数。
77.在本技术实施例中，各项校准参数为常规参数，在此不再赘述。
78.在一种可能的实现方式中，本技术实施例提供的监测装置还包括：
79.第二校准周期配置单元(在图1中未示出)，用于配置第二校准周期，以便于每间隔第二校准周期，根据预置的各项校准参数，对pm传感器中的多种污染物进行自动校准。
80.在本技术实施例中，对第二校准周期并不做具体限制，可以根据不同应用场景的需求进行配置，在此不再赘述。
81.在一种可能的实现方式中，自动校准子装置集成设置于监测子装置上，这样，可以大大地减少本技术实施例提供的具有自动校准功能的微型环境空气质量监测装置的体积，提高了其便携性。
82.在一种可能的实现方式中，自动校准子装置和监测子装置分体设置；这样，便于拆卸和维修各个子装置。
83.针对上述图1的各个单元和传感器的功能做如下说明：
84.吸附干燥过滤单元：采用高性能吸附剂，如活性炭、氧化铝、硅胶等，将环境空气中的污染物完全吸附；采用高精度过滤装置，如陶瓷、不锈钢等滤芯，将颗粒物过滤。
85.流量分配控制单元：提供环境空气采集动力，如采样泵等，并动态分配调节上述三路气体(三路气体分别为第一路湿度控制单元、第二路目标气体浓度控制单元和第三路干空气控制单元)的流量，如流量传感器、质量流量计等。
86.湿度传感器单元：实时测量上述目标气体、干空气与湿空气混合后的湿气的湿度，并将混合湿气的第二实时湿度反馈至控制单元，如露点仪等。
87.浓度检测单元：实时检测第二路目标气体浓度控制单元中的目标气体的实时浓度。
88.标定单元：接收控制单元命令，切换湿气输出流向，如电磁阀等。
89.在自动零点校准的过程中，标定单元用于根据接收到的控制单元的切换指令切换校准后的湿气的输出流向。
90.一种情况为：在气象传感器检测到的第一实时湿度数值和自动校准子装置内的湿度传感器检测到的第二实时湿度数值之间的实时湿度差值的绝对值等于或者小于第一预设阈值的情况下，控制标定单元进行切换，并切换至动态加热除湿采样单元的入口端，这样，进行湿度自动校准。
91.另一种情况为：在气象传感器检测到的第一实时湿度数值和自动校准子装置内的湿度传感器检测到的第二实时湿度数值之间的实时湿度差值的绝对值大于第一预设阈值的情况下，控制标定单元进行切换，并切换至排空部件的出口端。
92.在不同浓度目标气体的自动线性校准过程中，在浓度检测单元检测出第二路目标气体达到目标浓度时，则控制标定单元进行切换，并切换至动态加热除湿采样单元的入口端，这样，进行浓度自动校准；反之，则控制标定单元进行切换，并切换至排空部件的出口端。
93.控制单元：用于进行自动零点校准和进行目标气体的线性浓度校准。
94.控制单元控制进行自动零点校准的过程具体如下所述：
95.通过将自动校准子装置内的湿度传感器检测到的第二实时湿度数值(由干空气和
湿空气进行混合所得的混合后湿气的实时湿度数值)和气象传感器检测到的第一实时湿度数值(外部环境空气的实时湿度数值)进行实时比对，对流量分配控制单元中干空气与湿空气的气体流量比值进行快速且动态地调整，直至混合后湿气的湿度与外部环境空气湿度一致为止；进一步地控制标定单元，将符合湿度要求的混合气体由排空状态切换至监测子装置的动态加热除湿采样单元的入口。该控制单元与监测子装置的数据采集、处理及传输单元连接，可自定义配置校准周期，并标记出该微型环境空气质量监测装置的校准状态。
96.控制单元控制进行目标气体的线性浓度校准过程具体如下所述：
97.通过浓度检测单元实时检测第二路目标气体浓度，直至目标气体达到目标浓度为止；进一步地控制标定单元，将符合浓度要求的目标气体由排空状态切换至监测子装置的动态加热除湿采样单元的入口。该控制单元与监测子装置的数据采集、处理及传输单元连接，可自定义配置校准周期，并标记出该微型环境空气质量监测装置的校准状态。
98.在通过上述自动校准子装置完成自动校准之后，控制单元控制标定单元切换至动态加热除湿采样单元的入口端，依次经由pm传感器、监测子装置的流量控制单元和气体传感器测量后排空。其中，动态加热除湿采样单元主要用于防止环境空气水分冷凝，避免传感器测量出现偏差。流量控制单元主要用于为环境空气采样提供动力，如采样泵等。pm传感器用于测量环境空气颗粒物浓度，气体传感器用于测量污染气体浓度，如采用光散射法、电化学法、pid法等方法进行测量。基于上述测量方法为常规方法，在此不再赘述。
99.气象传感器主要用于测量环境气象参数，例如，温度、湿度和大气压等。
100.恒温单元主要采用加热方式或者制冷方式，保证了测量过程中相对温度的温度环境。恒温单元可以为加热棒，或者半导体制冷片等。
101.数据采集、处理及传输单元主要用于采集上述气象传感器、pm传感器以及气体传感器的信号，并实时传输测量数据和该空气质量监测装置的运行状态。
102.电气单元主要用于设备供电以及防雷保护。
103.在本技术实施例中，流量控制分配单元用于将第一路湿度控制单元内的湿空气、第二路目标气体浓度控制单元内的目标气体和第三路干空气控制单元中的干空气之间的流量比例控制在预设流量比例；以及控制单元用于在判断出当前条件符合预设条件时，控制标定单元切换至动态加热除湿采样单元的入口端，将符合预设条件的气体通过气体传感器单元，以便于根据预置的各项校准参数，对气体传感器单元中的多种污染物气体进行自动校准；采用本技术实施例，通过控制流量控制分配单元，以达到在湿度上或目标气体目标浓度上，通过上述动态调整配置，对气体传感器单元进行精准且自动校准，从而有效地避免了因湿度变化或目标气体影响气体传感器的零点的问题，最终提高了自动校准的准确性。
104.此外，本技术实施例中的空气质量监测装置为微型环境空气质量监测装置，其能够根据实际运行现场周围环境条件，通过增加自动校准，避免环境湿度变化的影响或目标气体浓度变化的影响，减小设备零点漂移，实现该监测装置长期、稳定、准确运行，并确保该监测装置监测到的数据的准确性。
105.进而，本技术实施例提供的监测装置，支持传感器自动校准功能，根据实时环境条件状态自动且动态地调整混合气体湿度，以及对不同浓度的目标气体进行自动线性校准，从而大大地提高了该监测装置的智能性、且自动校准过程更贴近于环境实测状态，避免了湿度或目标气体影响数据偏差，校准更准确。
106.进而，本技术实施例提供的监测装置，可自动设置校准周期，减少设备稳定运行人工维护量，避免现场校准的繁琐，降低成本，同时相比于传统远程比对校准的方式，设备数据质控质量能够得到进一步提升。
107.再者，本技术实施例提供的监测装置，支持自动校准状态时信号传输，能够实时识别空气质量监测装置的运行状态，并智能评估该空气质量监测装置的校准效果，以便于根据校准效果对该自动校准装置进行迭代优化。
108.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
109.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。