一种传感器、基于该传感器的监测站及监测站的监测方法技术

本发明专利技术公开了一种传感器、基于该传感器的监测站及监测站的监测方法，包括云服务器装置、和若干个传感器，还包括数量、位置与传感器相对应的温湿度传感器，所述云服务器装置与大气颗粒物监测传感器、国控站信号连接。本发明专利技术的有益效果在于：对大气颗粒物进行连续自动测量，测量成本低，可以实时测量大气颗粒物浓度，方便维护，并克服一般光散射法的准确度差，寿命短，不适宜进行户外测量等缺点。

Sensor, monitoring station and monitoring method based on the sensor

The invention discloses a sensor, based on the sensor monitoring station and monitoring station monitoring method, including cloud server device, and a plurality of sensors, including temperature and humidity sensor, the number should be relative position with the sensor, the signal station connecting the control device and the cloud server atmosphere particle monitoring sensor, china. The invention has the advantages that: continuous automatic measurement of atmospheric particles, low measurement cost, can facilitate the real-time measurement of the concentration of atmospheric particulate, maintain, and overcome the general light scattering method the accuracy is poor, life is short, not suitable for outdoor measurement etc..

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及大气颗粒物检测领域，具体是一种传感器、基于该传感器的监测站及监测站的监测方法。
技术介绍
目前，大气颗粒物检测主要是手段：重量法，微振荡天平法、β射线法和光散射法，重量法，微振荡天平法、β射线法三种方法的优点是精度较高，缺点是检测频率较低，约1小时一个数据，成本昂贵(一般在十万到几十万一台)，维护复杂。这些特点导致这些主流方法不便用于高密度覆盖的大气颗粒物网格化检测，不能满足我国大气污染检测，逐步增加监测密度的网格化发展趋势。成本较低的光散射法目前存在测量准确度不够，寿命较短，并且容易外界环境、湿度的影响等问题，不适用于户外测量。
技术实现思路
为解决现有技术中的不足，本专利技术提供一种传感器、基于该传感器的监测站及监测站的监测方法，对大气颗粒物进行连续自动测量，测量成本低，可以实时测量大气颗粒物浓度，方便维护，并克服一般光散射法的准确度差，寿命短，不适宜进行户外测量等缺点，还可对外界环境、湿度对检测结果带来的不利影响进行校准，增加监测的准确性，监测站形成监测网络，可以获得比国控站更加细化的监测数据，填补国控站的监测不足，人们就可以根据自己居住附近的用于大气颗粒物监测的传感器的监测数据确定空气质量等级，帮助人们确定外出的防护措施，减少局部空气中大气颗粒物增多给该地人民身体带来伤害。本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种传感器，包括壳体，所述壳体上设置进风口、出风口，所述进风口设置连接头，所述连接头上设置软管，所述出口处安装风扇，所述壳体内设置电路板、测量室、激光发射器，所述电路板上设置电源，所述测量室分别与进风口、出风口连通且形成弯曲的空气通道，所述激光发射器与测量室之间设置光路通道，所述空气通道与激光的交叉处设置感光元件，所述测量室内设置光电接收器、放大滤波电路和微处理器，所述微处理器上设置数据采集装置、数据处理装置、数据输出装置和存储装置，所述风扇、光电接收器、激光发射器、放大滤波电路和微处理器均与电源电连接。所述测量室远离激光发射器的一端连通有光陷阱，所述光陷阱是由隔板组成的封闭空间。所述光路通道上设置光阑。一种监测站，包括云服务器装置和若干个传感器，还包括数量、位置与传感器相对应的温湿度传感器，所述云服务器装置与传感器、国控站通过无线通信装置信号连接。基于所述监测站的监测方法，包括以下步骤：(1)将监测站安装在室内，将软管向室外伸出180-220mm后在重力作用下自然下垂，进行数据监测，获取大气颗粒物的当前监测数据B；(2)云服务器装置根据所述监测站的地理位置搜索出其周围的多个国控站，实时获取国控站发布的数据并存储；(3)根据每个国控站最近5-10天的历史监测数据,计算每个历史监测数据的皮尔逊相关系数，将相关性最差的一个国控站的历史监测数据剔除掉，利用其他的国控站的历史监测数据进行计算,得出本监测站的校准目标数据P:其中,Ρ为校准目标数据；N为国控站数目；α为国控站权重系数，每个国控站所对应权重系数与其和待校准监测站距离成反比，并且进行归一化后求得；H为国控站的历史监测数据；(4)云服务器装置将所述当前监测数据B与校准目标数据P进行比较并计算差值，设定校准差值门限，差值门限的取值为：10±0.1，若差值未超过设定的校准差值门限，则所述当前监测数据B为该时间段大气颗粒物的测量结果，得到大气颗粒物的测量结果；若差值超过设定的校准差值门限，则以校准目标数据为该时间段的大气颗粒物的测量结果，即得到大气颗粒物的测量结果，同时对该监测站进行校准，第一校准因子为β：β＝P/B其中，β为第一校准因子，P为校准目标数据，B为当前监测数据；则所述监测站的当前监测数据B自动乘以β，完成自动化校准，得到大气颗粒物的测量结果。还包括风扇的转速测量装置。基于所述的监测站的监测方法，包括以下步骤：(1)调节风扇转速，获得不同转速下监测数据的变化，得到监测数据随风扇转速变化的比例系数k，将所述比例系数k存储于监测站内部。(2)监测站进行数据监测，获取监测数据B1，将监测数据B1乘以k得到当前监测数据B2；(3)云服务器装置根据所述监测站的地理位置搜索出其周围的多个国控站，实时获取国控站发布的数据并存储；(4)根据每个国控站最近5-10天的历史监测数据,计算每个历史监测数据的皮尔逊相关系数，将相关性最差的一个国控站的历史监测数据剔除掉，利用其他的国控站的历史监测数据进行计算,得出本监测站的校准目标数据P:其中,Ρ为校准目标数据；N为国控站数目；α为国控站权重系数，每个国控站所对应权重系数与其和待校准监测站距离成反比，并且进行归一化后求得；H为国控站的历史监测数据。(5)云服务器装置将所述当前监测数据B2与校准目标数据P进行比较并计算差值，设定校准差值门限，差值门限的取值为：10+0.1，若差值未超过设定的校准差值门限，则所述当前监测数据B2为该时间段大气颗粒物的测量结果，即得到大气颗粒物的测量结果；若差值超过设定的校准差值门限，则以校准目标数据为该时间段的大气颗粒物的测量结果，得到大气颗粒物的测量结果，同时对该监测站进行校准，第一校准因子β：β＝P/B2其中，β为第一校准因子，P为校准目标数据，B2为当前监测数据；则所述监测站的当前监测数据B2自动乘以β，完成自动化校准，得到大气颗粒物的测量结果。获得大气颗粒物的测量结果后，温湿度传感器获取该时间段监测站工作环境的相对温湿度，根据温湿度进行校准，第二校准因子：C＝1-θh其中，C为第二校准因子；θ为校准常数，取值范围:0.01-0.02；h为相对湿度。大气颗粒物的测量结果乘以第二校准因子C得到该时间段最终的大气颗粒物的监测数据并进行存储。数据处理装置在获得的监测数据波动范围大于等于20％时采用连续测量，在获得的监测数据小于20％时采用间隔测量。每隔1-3天监测站的传感器控制激光器进行频闪，频闪形成的亮度变化脉冲通过感光元件采集，经过两级放大电路进入数据处理装置，测得到当前激光器的光强，根据激光器出厂时光强的初始值对当前激光器的光强进行补偿：D＝γd其中,D为补偿后的光强数据，γ是补偿系数，补偿系数为当前光强与初始光强的比值；d为补偿前的光强数据。对比与现有技术，本专利技术有益效果在于：1、采用云标定技术进行远程校准，解决光散射颗粒物传感器数据漂移问题；弯曲的空气通道起到螺旋粒径切割器的作用,使得进入测量区域的颗粒物是属于测量目标(0.3um-10um)的颗粒粒径,过滤掉非测量目标。2、内置温湿度传感器对测量数据进行湿度补偿，进一步增强监测数据准确性。3、使用变频测量和抗光衰减算法延长激光光源使用寿命。4、使用进气口插接软管的方式实现设备室内安装，测量室外大气颗粒物浓度，既实现了防风、防水、防尘、防柳絮又大大降低了成本、减轻了安装维护工作量。5、使用采样气流补偿算法保证采样流速变化时测量数据不受影响。6、监测站形成监测网络以较低成本实现高密度网格化大气颗粒物检测，提高数据可信度。7、还包括风扇的转速测量装置，调节风扇转速，获得不同转速下监测数据的变化，得到监测数据随风扇转速变化的比例系数，将所述比例系数存储于监测站内部，根据存储的比例系数对风扇转速对监测结果造成的误差进行补偿。附图说明附图1是传感器的结构示意图；附图2是本专利技术的结构示意图；附图3是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器，包括壳体(4)，其特征在于：所述壳体(4)上设置进风口(41)、出风口(42)，所述进风口(41)设置连接头，所述连接头上设置软管(5)，所述出口处安装风扇(6)，所述壳体(4)内设置电路板、测量室(7)、激光发射器(8)，所述电路板上设置电源，所述测量室(7)分别与进风口(41)、出风口(42)连通且形成弯曲的空气通道(9)，所述激光发射器(8)与测量室(7)之间设置光路通道，所述空气通道(9)与激光的交叉处设置感光元件(91)，所述测量室(7)内设置光电接收器、放大滤波电路和微处理器，所述微处理器上设置数据采集装置、数据处理装置、数据输出装置和存储装置，所述风扇(6)、光电接收器、激光发射器(8)、放大滤波电路和微处理器均与电源电连接。

【技术特征摘要】
1.一种传感器，包括壳体(4)，其特征在于：所述壳体(4)上设置进风口(41)、出风口(42)，所述进风口(41)设置连接头，所述连接头上设置软管(5)，所述出口处安装风扇(6)，所述壳体(4)内设置电路板、测量室(7)、激光发射器(8)，所述电路板上设置电源，所述测量室(7)分别与进风口(41)、出风口(42)连通且形成弯曲的空气通道(9)，所述激光发射器(8)与测量室(7)之间设置光路通道，所述空气通道(9)与激光的交叉处设置感光元件(91)，所述测量室(7)内设置光电接收器、放大滤波电路和微处理器，所述微处理器上设置数据采集装置、数据处理装置、数据输出装置和存储装置，所述风扇(6)、光电接收器、激光发射器(8)、放大滤波电路和微处理器均与电源电连接。2.根据权利要求1所述的一种传感器，其特征在于：所述测量室(7)远离激光发射器(8)的一端连通有光陷阱(92)，所述光陷阱(92)是由隔板组成的封闭空间。3.根据权利要求1所述的一种传感器，其特征在于：所述光路通道上设置光阑(93)。4.一种监测站，其特征在于：包括云服务器装置(1)和若干个由权利要求1-3任一所述的传感器(2)，还包括数量、位置与传感器(2)相对应的温湿度传感器(21)，所述云服务器装置(1)与传感器(2)、国控站(3)通过无线通信装置(22)信号连接。5.基于权利要求4所述的监测站的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将监测站安装在室内，将软管向室外伸出180-220mm后在重力作用下自然下垂，进行数据监测，获取大气颗粒物的当前监测数据B；(2)云服务器装置根据所述监测站的地理位置搜索出其周围的多个国控站，实时获取国控站发布的数据并存储；(3)根据每个国控站最近5-10天的历史监测数据,计算每个历史监测数据的皮尔逊相关系数，将相关性最差的一个国控站的历史监测数据剔除掉，利用其他的国控站的历史监测数据进行计算,得出本监测站的校准目标数据P:P=ΣNαH]]>其中,Ρ为校准目标数据；N为国控站数目；α为国控站权重系数，每个国控站所对应权重系数与其和待校准监测站距离成反比，并且进行归一化后求得；H为国控站的历史监测数据；(4)云服务器装置将所述当前监测数据B与校准目标数据P进行比较并计算差值，设定校准差值门限，差值门限的取值为：10±0.1，若差值未超过设定的校准差值门限，则所述当前监测数据B为该时间段大气颗粒物的测量结果，得到大气颗粒物的测量结果；若差值超过设定的校准差值门限，则以校准目标数据为该时间段的大气颗粒物的测量结果，即得到大气颗粒物的测量结果，同时对该监测站进行校准，第一校准因子为β：β＝P/B其中，β为第一校准因子，P为校准目标数据，B为当前监测数据；则所述监测站的当前监测数据B自动...

【专利技术属性】
技术研发人员：司书春，宋江山，刘善文，贾帅帅，李勇，
申请(专利权)人：济南诺方电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37