一种大气气态污染物检测模块及检测装置的制作方法

1.本发明涉及污染物检测技术领域，尤其是涉及一种大气气态污染物检测模块及检测装置。


背景技术：

2.近年来，环境污染问题尤其是大气污染问题一直困扰着人们的生活，严重威胁着人们的生命健康，各地政府纷纷走上了精准治霾之路。网格化监测数据是多点位、高频率的三维时空大气环境质量监测数据，随着监测时间的推移，数据的积累，为进一步开展大数据分析和深度挖掘提供了数据基础。利用这些数据，可以开展很多科研和应用，包括污染起源解析、聚类分析等。但目前的环境污染检测设备的体积较大，结构较为复杂，生产制造的成本较高，不利于大规模投放组成密集的网格化系统。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种大气气态污染物检测模块及检测装置，模块将传感器、电路、气路集成一体，结构简单、外形小巧、便于应用，解决了目前的环境污染检测设备的体积较大，结构较为复杂，生产制造的成本较高，不利于大规模投放组成密集的网格化系统的问题。
4.第一方面，本发明提供的大气气态污染物检测模块，包括检测气室、传感器导流支架、传感器、电路板和气泵；
5.检测气室为桶型结构，传感器导流支架设置在检测气室底部，传感器设置在传感器导流支架上方，传感器与电路板连接，电路板位于传感器上方，电路板作为上盖与检测气室构成封闭腔体；传感器用于获取污染物气体浓度信号响应值和环境数据；
6.传感器导流支架包括支撑板和若干个支撑腿，支撑板和检测气室底部之间的空间构成气体通路；
7.支撑板上开设有多个孔洞，气体通路中的采样气体和传感器上的采样窗口通过孔洞接触；
8.检测气室的侧壁设置有样气进气口和样气出气口，样气出气口设置在样气进气口相对侧，样气进气口设置在侧壁底部，样气出气口设置在侧壁中部，样气出气口与气泵的进气管连接。
9.进一步的，电路板上设置有模拟电路单元和数字电路单元；
10.模拟电路单元用于对传感器采集的模拟信号进行调理、滤波和模数转换，生成数字信号；
11.数字电路单元用于将数字信号进行滤波、传递、计算最终生成浓度值。
12.进一步的，气泵为负压微型气泵。
13.进一步的，气泵的排气管与微型空气站系统排气口连接。
14.进一步的，样气进气口与微型空气站系统采样管连接。
15.进一步的，气泵上设置有气泵控制网络，气泵控制网络与数字电路单元的通信连接。
16.进一步的，传感器，包括电化学传感器、pid传感器、温度传感器、湿度传感器及气压传感器。
17.进一步的，各个传感器之间填充无吸附性的材料。
18.进一步的，环境数据包括温度数据、湿度数据和气压数据。
19.第二方面，本发明还提供一种检测装置，包括上述大气气态污染物检测模块。
20.本发明的优点在于：
21.(1)模块化设计，结构简单，适于量产、便于使用、易于维护。
22.(2)构成组件少，装配简单，维护维修方便。
23.(3)系统集成只需配套极少量气路附件即可。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明实施例提供的大气气态污染物检测模块的结构示意图；
26.1、检测气室；2、传感器导流支架；3、传感器；4、电路板；5、气泵；6、支撑板；7、支撑腿；8、采样窗口；9、样气进气口；10、样气出气口。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.为了便于理解，下面对本发明实施例提供的一种大气气态污染物检测模块进行详细介绍，参见图1。
29.本发明实施例提供的大气气态污染物检测模块，包括检测气室1、传感器导流支架2、传感器3、电路板4和气泵5；检测气室1为桶型结构，传感器导流支架2设置在检测气室1底部，传感器3设置在传感器导流支架2上方，传感器3与电路板4连接，电路板4位于传感器3上方，电路板4作为上盖与检测气室1构成封闭腔体；传感器3用于获取污染物气体浓度信号响应值和环境数据；传感器导流支架2包括支撑板6和若干个支撑腿7，支撑板6和检测气室1底部之间的空间构成气体通路；支撑板6上开设有多个孔洞，气体通路中的采样气体和传感器3上的采样窗口8通过孔洞接触；检测气室1的侧壁设置有样气进气口9和样气出气口10，样气出气口10设置在样气进气口9相对侧，样气进气口9设置在侧壁底部，样气出气口10设置在侧壁中部，样气出气口与气泵5的进气管连接。气路设计为密闭气室、泵吸式负压采样，多个传感器完全置于气室内部。采样进气口位于气室侧壁低端，样气进入气室后迅速到达传感器采样窗口。出气口与气泵相连，样气沿气阻最低路径到达出气口，而后被气泵吸入并排
出。传感器导流支架，其作用有二，一是对倒装的传感器起到支撑作用，二是对从样气进气口进入的气体起导流作用，确保气体能够到达所有传感器的采样窗口引起传感器的响应。
30.在一种可能的实施方式中，电路板4上设置有模拟电路单元和数字电路单元；模拟电路单元用于对传感器采集的模拟信号进行调理、滤波和模数转换，生成数字信号；数字电路单元用于将数字信号进行滤波、传递、计算最终生成浓度值。模拟电路单元将模拟信号数字化后传输给数字单元进行处理、分析。数字电路单元将数字化后的模拟信号进行数字滤波后作为原始信号传递给浓度计算算法模块生成原始浓度值、进一步经过补偿算法模块生成补偿浓度值、经过修正算法模块生成修正浓度值。数字单元通过在rs485物理总线上应用标准modbus通信协议与上位机进行数据交互、接收控制指令、返回执行结果等。采用初级跨阻放大经阻容低通滤波直接耦合二级差分放大，而后直接耦合二阶有源滤波器的信号调理电路结构，通过对电路各级的直流工作点和信号增益进行精细调校获得了优异的信号增益、信噪比和信号稳定度，为整个系统的优异性能提供了电路保障。经过对调理电路输出的电压信号进行16位精度的连续快速ad转换，获得一系列携带模拟信号信息的数值序列，称之为原始ad值。对于原始ad值，首先使用“中值滤波法”进行滤波，消除掉偶然因素引起的脉冲噪声干扰，然后使用平滑度高且实时性好的“卡尔曼滤波法”再次对原始ad值进行滤波。经过两级数字滤波处理，原始ad值的噪声被显著降低，得到承载有用信息的ad值信号。
31.在一种可能的实施方式中，气泵5为负压微型气泵，流量稳定，低噪音、低功耗、长寿命、免维护。
32.在一种可能的实施方式中，气泵5的排气管与微型空气站系统排气口连接，通过管路内部连接，减少了设备外设管路的数量。
33.在一种可能的实施方式中，样气进气口9与微型空气站系统采样管连接，通过管路内部连接，减少了设备外设管路的数量。
34.在一种可能的实施方式中，气泵5上设置有气泵控制网络，气泵控制网络与数字电路单元通信连接，在气泵供电电源和气泵连接器之间设计了工作状态受mcu数字电平信号控制的气泵控制网络，既可以简单的控制气泵供电回路的导通与截止，又可以pwm方式调整气泵电机的转速，从而实现气泵流量控制。
35.在一种可能的实施方式中，传感器3包括电化学传感器、pid传感器、温度传感器、湿度传感器及气压传感器，电化学传感器包括so2电化学传感器、no2电化学传感器、co电化学传感器和o3电化学传感器，分别用来检测so2、no2、co和o3，pid传感器用于检测tvoc。
36.在一种可能的实施方式中，环境数据包括温度数据、湿度数据和气压数据，在算法模块中生产补偿矩阵，矫正原始信号对应的浓度值。
37.本发明实施例还提供一种包括上述大气气态污染物检测模块的检测装置。本发明实施例提供的检测装置包含上述大气气态污染物检测模块的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
38.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不
是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.本发明实施例所提供的装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
42.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。