一種用智能手機監(jiān)測pm2.5的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了了一種快速、聯(lián)網(wǎng)、輕巧、價廉的用智能手機監(jiān)測PM2.5的系統(tǒng)，此系統(tǒng)除通常智能手機外，增設了小巧、智能的智能空氣采樣頭。智能空氣采樣頭既可使用人嘴來吸氣采樣,也可使用采樣氣泵采樣。智能空氣采樣頭和智能手機之間能通訊。在手機的引導下，智能空氣采樣頭采用激光散射法測量空氣中的粉塵數(shù)量及粒徑，采用毛細管傳熱溫差量熱法測量氣體的流量，將測量結果發(fā)給智能手機進行處理與顯示。智能手機將手機位置及PM2.5的測量結果無線上傳，從而實現(xiàn)全國PM2.5的自動聯(lián)網(wǎng)覆蓋，由此給出污染的源頭及擴散的方向。本發(fā)明還能在智能手機的引導下由用戶自行維護、校正智能空氣采樣頭。
【專利說明】—種用智能手機監(jiān)測PM2.5的系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及大氣監(jiān)測領域，尤其是涉及一種用智能手機監(jiān)測PM2.5的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]霧霾正讓中國大城市乃至全世界都緊張，直徑小于7微米的顆粒能長時間滯留在大氣中，隨風飄向世界各地，而直徑小于2.5微米的顆粒進入人體后，會堵塞人體的微循環(huán)，并直接堵塞肺，造成肺活量的減少，肺硬化。已有大量的數(shù)據(jù)證明，上升到中國頭號癌癥的肺癌和霧霾有直接關系，廣大民眾談起霧霾無不色變。同樣，由于大量塑料及其它工業(yè)品的使用，這些塑料產品都會老化，變成粉塵進入水源，人體對水中微小顆粒的過濾同樣效果有限，這些微小的顆粒也會堵塞人的微循環(huán)。
[0003]要治理霧霾，要減少微小化工顆粒進入人體的量，首先要測準霧霾的微顆粒，而且監(jiān)測點要多，覆蓋范圍要廣，測量速度要快，數(shù)據(jù)要聯(lián)網(wǎng)，查詢要方便。但是，目前流行的幾種監(jiān)測儀器都做不到這一點，它們的監(jiān)測方法主要有震蕩天平法及β射線法，這兩種方法都是通過監(jiān)測采樣器中濾紙上的灰塵重量(密度)來計算ΡΜ2.5。這些方法所使用的儀器昂貴，采樣費時費力，而且受空氣濕度的影響比較大，有時根本測不準。加上一個城市有時就少數(shù)幾個監(jiān)測點，得出的結果無法代表整個城市，民眾對檢測結果半信半疑，不清楚自己要購買的樓盤附近的空氣污染狀況，也不清楚自己小孩就讀學校附近的空氣污染狀況，更無法追綜霧霾的污染源及輸運方式乃至消除過程?，F(xiàn)在各地都在辦工業(yè)區(qū)，化工污染已成向內陸及水源上游轉移的趨勢，如何讓民眾監(jiān)控自己的環(huán)境，就需要讓民眾能自己用數(shù)據(jù)說話。因此，如能讓每個民眾手中的智能手機起到監(jiān)測ΡΜ2.5的作用，快速監(jiān)測并自然聯(lián)網(wǎng)，就能從根本上改變人們對ΡΜ2.5的認識，增強環(huán)保意識，甚至能促進人才向ΡΜ2.5監(jiān)測結果好的二線城市流動，若手機檢測ΡΜ2.5能實現(xiàn)普及，從輕講可決定一個商場及住宅小區(qū)的興隆，從重講可改變一個國家的人財物的流向。
[0004]目前市面上已有手持式ΡΜ2.5測試儀，其原理是使用激光散射法對塵埃粒子進行數(shù)目計數(shù)和粒徑分類，如圖3及圖4所示:激光粒子計數(shù)腔通常是一個金屬橢球反射鏡腔，內部安裝了激光照射光束、光電二極管探測器、空氣噴管，空氣出氣管。腔中空氣流動方向，激光束方向，光電二極管探測器軸線方向三者相互垂直，而光電二極管探測器和粒子激光散射點又分別位于橢球反射鏡腔的兩個焦點上，所以，粒子對激光的散射光線無論是哪個方向，經(jīng)橢球面反射后，一定會集到光電二極管探測器接收位置。光電脈沖信號的強弱對應粒子粒徑的大小，光電脈沖信號的個數(shù)對應粒子的個數(shù)。通常用脈沖比較計數(shù)器來完成這兩項工作?？諝獠蓸邮褂昧瞬蓸颖茫蓸颖玫牟蓸涌諝饬髁炕旧鲜欠€(wěn)定的，所以目前市面上的激光粒子計數(shù)器能簡單方便地計量流過的氣體體積，但無法對進來的空氣進行稀釋，當空氣較臟時，就無法準確計量粒子數(shù)及大小。此外，采樣泵占一定體積，耗電量也較大。目前市面上的這類儀器有以下缺點:(1)耗電量大，要配大容量電池(達2000mAh) ； (2)重量重，攜帶不方便；(3)成本高，價格貴(最便宜的也要2000余元)；(4)沒有利用智能手機已普及的有利條件，不能自動加上測試位置信息，無法做到全城、全國自動聯(lián)網(wǎng)；(5)采樣時直接抽取空氣，當空氣過臟時，激光散射法會漏計數(shù)，從而造成結果不準。(6)用戶無法自己隨時隨地校正儀器，影響測量結果的可信度。
[0005]目前市面上的手持式PM2.5測試儀直接由空氣采樣泵的流量來決定空氣流量，但本發(fā)明為了追求裝置小巧，所以使用半導體行業(yè)普遍使用的質量流量計(MFC，以下同)原理來計量空氣體積。該原理是，在薄壁不銹鋼毛細管外壁纏有極細的漆包金屬線，成螺線管狀，所以構成一電阻。此電阻受溫度的影響，流過毛細管的氣體所攜帶的熱量會影響此電阻。將這種螺線管中間抽頭就可變成電橋的兩臂電阻，與外加的兩個電阻便形成測量電橋。當氣體流過毛細管時，電橋就會有非平衡電流輸出，經(jīng)放大后送給單片機處理。電橋的電流檢流及放大這部分電路稱為流速變送器，其信號直接對應毛細管內單位時間流過的氣體流量。通常待測氣體流量超過毛細管容許流量許多倍，此時會增設一捆與毛細管并行的毛細管，這樣由單根毛細管的流量就可推算所有毛細管合起來流過的氣體流量。
[0006]對于粒子激光散射光電信號的處理，目前手持式PM2.5測試儀使用的是脈沖比較計數(shù)方法，這種方法在空氣比較臟時會產生漏計數(shù)(塵埃對應的光電脈沖太密，無法區(qū)分)，且所使用的比較閾值也不能隨背景信號變化而變化，而背景起決于激光計數(shù)腔內的污染及反射面的氧化程度、激光器的功率變化、各鏡面的污染等，所以，測量結果必定會漂移。加上用戶不能自行校正，所以現(xiàn)有的儀器誤差會不可控。要解決此問題，就必須摒棄脈沖比較計數(shù)方法

【發(fā)明內容】

本發(fā)明的目的在于提供一種快速、聯(lián)網(wǎng)、輕巧、價廉的用智能手機監(jiān)測PM2.5的系統(tǒng)，用智能手機引導智能空氣采樣頭，完成校正及PM2.5數(shù)據(jù)檢測并連同手機位置上傳到網(wǎng)上。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
一種用手機監(jiān)測PM2.5的系統(tǒng)，特征是:由智能空氣采樣頭、內含PM2.5檢測軟件的智能手機、PM2.5測試數(shù)據(jù)及測試位置共享網(wǎng)組成，其中:
智能空氣采樣頭又由空氣進管、潔凈空氣進管、潔凈空氣主管、潔凈空氣流速測速管、潔凈空氣流速傳感螺線線圈、臟空氣進管、臟空氣流速測速管、臟空氣流速傳感螺線線圈、空氣混合管、激光粒子計數(shù)腔、單向閥、吸嘴、橋式電路及電腦控制電路組成；在空氣進管的空氣進口后端的球形管內安裝有精密疏水濾膜，潔凈空氣主管的潔凈空氣進氣口和潔凈空氣流速測速管的潔凈空氣進氣口均與潔凈空氣進管的潔凈空氣出氣口相通，跨接管是活動的，測量時跨接管將潔凈空氣進管的進氣口與潔凈空氣出管的出氣口相聯(lián)通，也就是圖2中d端和c端連接,e端和b端連接；在潔凈空氣主管內安裝有均流裝置,在潔凈空氣流速測速管的外壁套有潔凈空氣流速傳感螺線線圈；在臟空氣進管的臟空氣進口后端的球形管內安裝有粗濾膜，臟空氣流速測速管的臟空氣進氣口與臟空氣進管上的粗濾膜的臟空氣出氣口相通，在臟空氣流速測速管的外壁套有臟空氣流速傳感螺線線圈，潔凈空氣主管的潔凈空氣出氣口、潔凈空氣流速測速管的潔凈空氣出氣口、臟空氣流速測速管的臟空氣出氣口均與空氣混合管的混合空氣進氣口相通，空氣混合管的混合空氣出氣口與激光粒子計數(shù)腔串聯(lián)后接單向閥的進氣口，單向閥的出氣口與吸嘴的進口相通。吸嘴的出口供人吸氣用；臟空氣測量橋式電路由第I一第4電阻R I — 4、臟空氣流速變送器組成，第I電阻R I的一端接臟空氣流速傳感螺線線圈的左端，第I電阻R I的另一端與第2電阻R 2串聯(lián)后接臟空氣流速傳感螺線線圈的右端，臟空氣流速變送器的一端接串聯(lián)的第I電阻R I與第2電阻R 2的公共端，臟空氣流速變送器的另一端接臟空氣流速傳感螺線線圈的中間端，臟空氣流速傳感螺線線圈的左端與中間抽頭端構成第3電阻R 3，臟空氣流速傳感螺線線圈的右端與中間抽頭端構成第4電阻R 4 ;潔凈空氣測量橋式電路28由第5—第8電阻R 5 —
8、潔凈空氣流速變送器組成，第7電阻R 7的一端接潔凈空氣流速傳感螺線線圈的左端，第7電阻R 7的另一端與第8電阻R 8串聯(lián)后接潔凈空氣流速傳感螺線線圈的右端，潔凈空氣流速變送器的一端接串聯(lián)的第7電阻R 7與第8電阻R 8的公共端，潔凈空氣流速變送器的另一端接潔凈空氣流速傳感螺線線圈的中間端，潔凈空氣流速傳感螺線線圈的左端與中間抽頭端構成第5電阻R 5，潔凈空氣流速傳感螺線線圈的右端與中間抽頭端構成第6電阻R 6 ;電腦控制電路由按鍵面板、單片機、溫濕度傳感器、無線通訊模塊、聲光報警電路、測速管加熱模塊、電源及其容量監(jiān)測電路組成。激光粒子計數(shù)器的粒子計數(shù)輸出端、潔凈空氣流速變送器的信號輸出端、臟空氣流速變送器的輸出端、按鍵面板的面板信號輸出端、電源及其容量監(jiān)測電路的電池信號輸出端分別與單片機上對應的信號輸入端相連，單片機控制的測速管加熱模塊對兩測速管進行恒流加熱；單片機的報警信號輸出端接聲光報警電路的聲光報警信號輸入端，單片機的通訊口與無線通訊模塊的信號輸入端相連；無線通訊模塊通過無線通訊協(xié)議與內含PM2.5檢測軟件的智能手機相聯(lián)系；智能手機通過無線通訊網(wǎng)與PM2.5測試數(shù)據(jù)及測試位置共享網(wǎng)相聯(lián)，將監(jiān)測到的空氣PM2.5數(shù)據(jù)及監(jiān)測者的位置及時上傳到PM2.5測試數(shù)據(jù)及測試位置共享網(wǎng)上，供人們查詢。
[0008]智能空氣采樣頭對氣體流速進行時間積分，從而得出整個吸氣過程中流過的空氣總量。
[0009]通過管徑設計控制，潔凈空氣的總流量約是臟空氣流量的5-20倍；物理上，在潔凈空氣主管內插滿4-19根和臟空氣流速測速管一樣的毛細管，構成勻流裝置。
[0010]使用單片機的AD模數(shù)轉換來處理光電二極管探測器輸出的激光粒子散射光電脈沖信號。
[0011]吸嘴的出口既可以用人嘴吸，也可以與采樣氣泵連接。
[0012]1、測量過程:
當要檢測一個位置的PM2.5數(shù)據(jù)時，通過按鍵叫醒智能空氣采樣頭，建立與智能手機之間的通訊。在智能手機的引導下，智能空氣采樣頭完成自檢，這包括電池容量自檢，精密疏水濾膜與粗濾膜更換提醒，激光器功率輸出自檢，背景噪聲自檢，現(xiàn)場溫、濕度測量等，并提醒是否要對智能空氣采樣頭用水體積校準裝置進行校準。完成這些自檢自校后，就可測量PM2.5數(shù)據(jù)。
[0013]還是在智能手機的提示下，用嘴吸智能采樣頭上標識的吸嘴，以人嘴代替采樣泵，吸完一口氣后，手機上就顯示PM2.5的數(shù)據(jù)。吸時盡可能動作輕柔均勻，避免人體本身發(fā)散灰塵。為測試準確，可吸多口氣進行測量平均。吸氣時，空氣分兩路吸入智能空氣采樣頭，一路空氣稱為臟空氣，經(jīng)過粗濾膜去除大顆粒及纖維后，進入臟空氣流速測速管，和MFC原理稍微不同的是，在本發(fā)明中，由于人嘴吸氣不可能非常均勻，智能空氣采樣頭能對氣體流速進行時間積分，從而得出整個吸氣過程中流過的空氣總量，PM2.5測試正是需要這個空氣總量。臟空氣經(jīng)過計量后，就和潔凈空氣一道匯入空氣混合管，再進入激光粒子計數(shù)腔進行顆粒計數(shù)。
[0014]另一路空氣稱為潔凈空氣，本發(fā)明的潔凈空氣由普通空氣經(jīng)過精密(小于0.2微米)疏水(去除水份)濾膜后獲得。通過管徑設計控制，潔凈空氣的總流量約是臟空氣流量的5—20倍；物理上，在潔凈空氣主管內插滿4-19根和臟空氣流速測速管一樣的毛細管，構成勻流裝置。優(yōu)選地，通過管徑設計控制，潔凈空氣的總流量約是臟空氣流量的10倍之；物理上，在潔凈空氣主管內插滿9根和臟空氣流速測速管一樣的毛細管，構成勻流裝置，再并聯(lián)一根潔凈空氣測速管，依此方法實現(xiàn)潔凈空氣的總流量約是臟空氣流量的10倍。兩股潔凈空氣就這樣按比例計量后，和臟空氣一道通過空氣混合管進入激光粒子計數(shù)腔進行顆粒計數(shù)。由于臟空氣被稀釋了 10倍，故降低了對脈沖計數(shù)的速度要求。本發(fā)明使用單片機中的AD模數(shù)轉換來處理光電二極管探測器輸出的激光粒子散射光電脈沖信號。
[0015]智能空氣采樣頭完成PM2.5采樣計數(shù)后，將原始數(shù)據(jù)連同當時的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)給智能手機，智能手機對數(shù)據(jù)進行分析處理并結合溫濕度進行修正，最后給出報告。智能手機通過無線互聯(lián)網(wǎng)與PM2.5測試數(shù)據(jù)及測試位置共享網(wǎng)相聯(lián)，將監(jiān)測到空氣的PM2.5數(shù)據(jù)及監(jiān)測者的位置及時上傳到PM2.5測試數(shù)據(jù)及測試位置共享網(wǎng)上，供人們查詢分析PM2.5的發(fā)展動向。
[0016]圖3是本發(fā)明負壓激光粒子計數(shù)腔氣流與探測器構成面示意圖，圖4是本發(fā)明負壓激光粒子計數(shù)腔激光與探測器構成面示意圖。此兩圖是對圖2中的激光粒子計數(shù)腔進行負壓方面的詳細說明。光電二極管探測器、激光照射光束、空氣流線分別位于立體幾何坐標的x，y，z軸上。出氣吸管形成負壓，將空氣從進氣噴管吸入，這種吸入方式有利于空氣流線的橫截面小而均勻。激光二極管發(fā)出的激光經(jīng)激光透鏡整形后，照射空氣流線，產生激光粒子散射光線，由于激光照射區(qū)位于橢球反射鏡的一個焦點，散射光線會聚集到橢球反射鏡的另一焦點，在此焦點放置了光電二極管探測器，從而可接受各個角度的散射光線。
[0017]2、校正過程:
流過的空氣體積的校正由用戶自行利用排水法來完成，即水體積校正裝置21通過流速控制閥22流出的水的容量等于水體積校正裝置21進氣口吸入的空氣容量。校正頻度推薦為每測量100次或使用了 3個月校正一次。本發(fā)明將這一流量校正方法交給用戶，使他們能方便地校正自己的PM2.5儀器。比如要校準臟空氣流速測速管，就要在圖2中，用跳接管將精密疏水過濾膜所在的潔凈空氣出管的出氣口接到臟空氣進管的進氣口上，即形成d-a, e-b的連接形式。智能空氣采樣頭的吸嘴此時接水體積校準裝置的入口，然后堵上潔凈空氣進口的c端，讓空氣只注入臟空氣流速測速管。流入空氣的總量就等于排水法的水的體積，這樣就完成了校正。校正過程也是在智能手機提示下進行的，同樣還可校正潔凈空氣的流量。
[0018]3、本發(fā)明特點:
本發(fā)明使用人嘴吸氣來代替氣泵，這大大減輕了本系統(tǒng)的體積、重量及耗電量。本發(fā)明的智能手機和智能空氣采樣頭是分開的，他們通過無線通訊方式連接，由于只使用了智能手機的鍵盤和顯示，從而減少了智能空氣采樣頭的體積及耗電，節(jié)省成本，攜帶方便，也提高了采樣頭的堅固度。本發(fā)明使用智能手機作為PM2.5的人機界面，這一方面降低了系統(tǒng)的造價，提高了世間物品的使用效率，減少了電子垃圾，更主要的好處還是可利用智能手機的定位功能，將PM2.5數(shù)據(jù)連同位置信息上傳到專業(yè)網(wǎng)上，供人們查詢與追蹤霧霾發(fā)展。[0019]本發(fā)明對激光粒子計數(shù)腔做了兩點改進:(1)本發(fā)明使用的是負壓吸，而不是正壓噴，這有利于空氣流線在激光照射區(qū)集中不紊亂(2)本發(fā)明使用單片機的高速AD模數(shù)轉換來處理光電二極管探測器輸出的激光粒子散射信號，這能更精確地區(qū)別粒徑，區(qū)分“雙胞胎”計數(shù)，動態(tài)監(jiān)測計數(shù)本底，提高了本發(fā)明對極小顆粒的探測靈敏度。
[0020]本發(fā)明的潔凈干燥的空氣是通過精密疏水濾膜自己產生的，這些潔凈空氣有以下幾個作用:(1)清潔作用:如圖2所示，將臟空氣進口用塞子堵住，就可用潔凈空氣對氣路進行吹掃，也可讀出智能空氣采樣頭的本底計數(shù)。使用圖2的跳接頭，也能對臟空氣氣路用潔凈空氣進行吹掃，此時潔凈空氣進口要塞住，跳接頭已轉到臟空氣進口上，此時由于進入的空氣經(jīng)過了精密疏水過濾，所以就不是臟空氣了(2)校正作用:當我們用水體積法校正臟空氣及潔凈空氣流速時，也是使用潔凈空氣來進行的(3)稀釋作用:本發(fā)明引進潔凈空氣的最大好處是用潔凈空氣來稀釋臟空氣，從而使AD模數(shù)轉換來粒子計數(shù)成為可能，優(yōu)選地使用Microchip單片機,其4位AD模數(shù)轉換時間可小至40微秒。稀釋空氣后,在最不利條件下，每顆灰塵通過激光照射區(qū)的時間也間隔也大于120微秒，可進行三次AD模數(shù)轉換，所以，本發(fā)明首次使用AD模數(shù)轉換來計數(shù)，4位AD模數(shù)轉換可將灰塵激光散射信號至少分成16級，分辨率大大高于目前普遍采用的脈沖比較計數(shù)方式。這不僅提高了儀器分辨率、不會產生漏計數(shù)，還使本發(fā)明更適合中國的過臟空氣(目前常規(guī)激光粒子計數(shù)儀遇到空氣太臟時，比如每2.83升空氣中的粉塵數(shù)超過2百萬個時，它們會發(fā)生大量的漏計數(shù))。由于本發(fā)明優(yōu)選使用人嘴來吸氣采樣(單向閥可阻止人的呼氣)，就得考慮盡可能降低儀器操作者單次吸入的粉塵，減少其可能的心理陰影。很顯然，本儀器操作人員可比正常呼吸降低10倍的粉塵吸入量，因為吸入的絕大部分空氣都是潔凈空氣。另外，這樣的稀釋功能也能減輕儀器的清潔維護工作，延長儀器壽命。
[0021]最后一個特點是儀器校正可由用戶自己隨時隨地完成。
[0022]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明的結構框圖；
圖2是本發(fā)明的智能采樣頭工作原理示意圖；
圖3是本發(fā)明的負壓激光粒子計數(shù)腔氣流與探測器構成面XOZ上的結構示意圖 圖4是本發(fā)明的負壓激光粒子計數(shù)腔激光與探測器構成面XOY上的結構示意圖
【具體實施方式】
下面結合實施例并對照附圖對本發(fā)明進行進一步的說明。
[0023]實施例1:
一種用手機監(jiān)測PM2.5的系統(tǒng)，特征是:由智能空氣采樣頭4、內含PM2.5檢測軟件的智能手機2、PM2.5測試數(shù)據(jù)及測試位置共享網(wǎng)I組成，其中:
智能空氣采樣頭4又由空氣進管13、潔凈空氣進管14、潔凈空氣主管16、潔凈空氣流速測速管19、潔凈空氣流速傳感螺線線圈17、臟空氣進管8、臟空氣流速測速管U、臟空氣流速傳感螺線線圈18、空氣混合管12、激光粒子計數(shù)腔20、單向閥23、吸嘴24、橋式電路27與28及電腦控制電路26組成；在空氣進管13的空氣進口后端的球形管內安裝有精密疏水濾膜9，潔凈空氣主管16的潔凈空氣進氣口和潔凈空氣流速測速管19的潔凈空氣進氣口均與潔凈空氣進管14的潔凈空氣出氣口相通，跨接管15是活動的，測量時跨接管15將潔凈空氣進管14的進氣口與潔凈空氣出管7的出氣口相聯(lián)通，也就是圖2中d端和c端連接，e端和b端連接；在潔凈空氣主管16內安裝有均流裝置29，在潔凈空氣流速測速管19的外壁套有潔凈空氣流速傳感螺線線圈17 ;在臟空氣進管8的臟空氣進口后端的球形管內安裝有粗濾膜10，臟空氣流速測速管11的臟空氣進氣口與臟空氣進管8上的粗濾膜10的臟空氣出氣口相通，在臟空氣流速測速管11的外壁套有臟空氣流速傳感螺線線圈18，潔凈空氣主管16的潔凈空氣出氣口、潔凈空氣流速測速管19的潔凈空氣出氣口、臟空氣流速測速管11的臟空氣出氣口均與空氣混合管12的混合空氣進氣口相通，空氣混合管12的混合空氣出氣口與激光粒子計數(shù)腔20串聯(lián)后接單向閥23的進氣口，單向閥23的出氣口與吸嘴24的進口相通。吸嘴24的出口供人吸氣用；測量橋式電路27由第I一第4電阻R I — 4、臟空氣流速變送器31組成，第I電阻R I的一端接臟空氣流速傳感螺線線圈18的左端，第I電阻R I的另一端與第2電阻R 2串聯(lián)后接臟空氣流速傳感螺線線圈18的右端，臟空氣流速變送器31的一端接串聯(lián)的第I電阻R I與第2電阻R 2的公共端，臟空氣流速變送器31的另一端接臟空氣流速傳感螺線線圈18的中間端，臟空氣流速傳感螺線線圈18的左端與中間抽頭端構成第3電阻R 3，臟空氣流速傳感螺線線圈18的右端與中間抽頭端構成第4電阻R 4 ;測量橋式電路28由第5—第8電阻R 5 — 8、潔凈空氣流速變送器30組成，第7電阻R 7的一端接潔凈空氣流速傳感螺線線圈17的左端，第7電阻R 7的另一端與第8電阻R 8串聯(lián)后接潔凈空氣流速傳感螺線線圈17的右端，潔凈空氣流速變送器30的一端接串聯(lián)的第7電阻R 7與第8電阻R 8的公共端，潔凈空氣流速變送器30的另一端接潔凈空氣流速傳感螺線線圈17的中間端，潔凈空氣流速傳感螺線線圈17的左端與中間抽頭端構成第5電阻R 5，潔凈空氣流速傳感螺線線圈17的右端與中間抽頭端構成第6電阻R6 ;電腦控制電路26由按鍵面板、單片機、溫濕度傳感器、無線通訊模塊、聲光報警電路、測速管加熱模塊、電源及其容量監(jiān)測電路組成。激光粒子計數(shù)器的粒子計數(shù)輸出端、潔凈空氣流速變送器的信號輸出端、臟空氣流速變送器的輸出端、按鍵面板的面板信號輸出端、電源及其容量監(jiān)測電路的電池信號輸出端分別與單片機上對應的信號輸入端相連，單片機控制的測速管加熱模塊對兩測速管進行恒流加熱；單片機的報警信號輸出端接聲光報警電路的聲光報警信號輸入端，單片機的通訊口與無線通訊模塊的信號輸入端相連；無線通訊模塊通過無線通訊協(xié)議與內含PM2.5檢測軟件的智能手機2相聯(lián)系；智能手機2通過無線通訊網(wǎng)與PM2.5測試數(shù)據(jù)及測試位置共享網(wǎng)I相聯(lián)，將監(jiān)測到的空氣PM2.5數(shù)據(jù)及監(jiān)測者的位置及時上傳到PM2.5測試數(shù)據(jù)及測試位置共享網(wǎng)I上，供人們查詢。
[0024]前面描述的是本實施例各部件之間的連接關系，下面是本實施例的測試過程。
[0025]當要檢測一個位置的PM2.5數(shù)據(jù)時，通過按鍵叫醒智能空氣采樣頭4，建立與智能手機2之間的通訊。在智能手機2的引導下，智能空氣采樣頭2完成自檢，這包括電池容量自檢，精密疏水濾膜9與粗濾膜10更換提醒，激光器42功率輸出自檢，背景噪聲自檢，現(xiàn)場溫、濕度測量等，并提醒是否要對智能空氣采樣頭4用水體積校準裝置21進行校準。完成這些自檢自校后，就可測量PM2.5數(shù)據(jù)。
[0026]還是在智能手機2的提示下，用嘴吸智能采樣頭上標識的吸嘴24，吸完一口氣后，手機2上就顯示PM2.5的數(shù)據(jù)。吸時盡可能動作輕柔均勻，避免人體本身發(fā)散灰塵。為測試準確，可吸多口氣進行測量平均。吸氣時，空氣分兩路吸入智能空氣采樣頭4，一路空氣稱為臟空氣，經(jīng)過粗濾膜10去除大顆粒及纖維后，進入臟空氣流速測速管11，和MFC稍微不同的是，在本發(fā)明中，由于人嘴吸氣不可能非常均勻，智能空氣采樣頭2能對氣體流速進行時間積分，從而得出整個吸氣過程中流過的空氣總量，PM2.5測試正是需要這個空氣總量。臟空氣經(jīng)過計量后，就和潔凈空氣一道匯入空氣混合管12，再進入激光粒子計數(shù)腔20進行顆粒計數(shù)。
[0027]另一路空氣稱為潔凈空氣，本發(fā)明的潔凈空氣由普通空氣經(jīng)過精密(小于0.2微米)疏水(去除水份)濾膜9后獲得。通過管徑設計控制，潔凈空氣的總流量約是臟空氣流量的10倍。物理上，在潔凈空氣主管16內插滿9根和臟空氣流速測速管11 一樣的毛細管，構成勻流裝置29，再并聯(lián)一根潔凈空氣測速管19，依此方法實現(xiàn)潔凈空氣的總流量約是臟空氣流量的10倍。兩股潔凈空氣就這樣按比例計量后，和臟空氣一道通過空氣混合管12進入激光粒子計數(shù)腔20進行顆粒計數(shù)。由于臟空氣被稀釋了 10倍，故降低了對脈沖計數(shù)的速度要求。
[0028]本實施例使用Microchip公司的PIC16F877A單片機中的AD模數(shù)轉換來處理光電二極管探測器33輸出的激光粒子散射信號。
[0029]智能空氣采樣頭2完成PM2.5采樣計數(shù)后，將原始數(shù)據(jù)連同當時的溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)給智能手機2，智能手機2對數(shù)據(jù)進行分析處理并結合溫濕度進行修正，最后給出報告。智能手機2通過無線互聯(lián)網(wǎng)與PM2.5測試數(shù)據(jù)及測試位置共享網(wǎng)I相聯(lián)，將監(jiān)測到空氣的PM2.5數(shù)據(jù)及監(jiān)測者的位置及時上傳到PM2.5測試數(shù)據(jù)及測試位置共享網(wǎng)I上，供人們查詢分析PM2.5的發(fā)展動向。
[0030]圖3是本發(fā)明負壓激光粒子計數(shù)腔氣流與探測器構成面示意圖，圖4是本發(fā)明負壓激光粒子計數(shù)腔激光與探測器構成面示意圖。此兩圖是對圖2中的激光粒子計數(shù)腔20進行負壓方面的詳細說明。光電二極管探測器33、激光照射光束36、空氣流線38分別位于立體幾何坐標的X，y, z軸上。出氣吸管37形成負壓，將空氣從進氣噴管35吸入，這種吸入方式有利于空氣流線38的橫截面小而均勻。激光二極管42發(fā)出的激光經(jīng)激光透鏡40整形后，照射空氣流線38，產生激光粒子散射光線31，由于激光照射區(qū)位于橢球反射鏡34的一個焦點，散射光線31會聚集到橢球反射鏡34的另一焦點，在此焦點放置了光電二極管探測器33，從而可接受各個角度的散射光線。
[0031]流過的空氣體積的校正由用戶自行利用排水法來完成，即水體積校正裝置21通過流速控制閥22流出的水的容量等于水體積校正裝置21進氣口吸入的空氣容量。校正頻度推薦為每測量100次或使用了 3個月校正一次。本發(fā)明將這一流量校正方法交給用戶，使他們能方便地校正自己的PM2.5儀器。比如要校準臟空氣流速測速管，就要在圖2中，用跳接管15將精密疏水過濾膜9所在的潔凈空氣出管7的出氣口接到臟空氣進管8的進氣口上，即形成d-a，e-b的連接形式。智能空氣采樣頭4的吸嘴24此時接水體積校準裝置21的入口，然后堵上潔凈空氣進口 14的c端，讓空氣只注入臟空氣流速測速管11。流入空氣的總量就等于排水法的水的體積，這樣就完成了校正。校正過程也是在智能手機2提示下進行的，同樣還可校正潔凈空氣的流量。
[0032]實施例2:
實施例2的結構與實施例1基本相同，不同之處在于:
在圖2中，吸嘴24的出口與采樣氣泵25連接，使用采樣氣泵25作為吸入空氣的動力。
[0033]應當理解是，上述實施例只是對本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制，任何不超出本發(fā)明實質精神范圍內的非實質性的替換或修改的發(fā)明創(chuàng)造均落入本發(fā)明保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用手機監(jiān)測PM2.5的系統(tǒng)，其特征在于:由智能空氣采樣頭、內含PM2.5檢測軟件的智能手機、PM2.5測試數(shù)據(jù)及測試位置共享網(wǎng)組成，其中: 智能空氣采樣頭又由空氣進管、潔凈空氣進管、潔凈空氣主管、潔凈空氣流速測速管、潔凈空氣流速傳感螺線線圈、臟空氣進管、臟空氣流速測速管、臟空氣流速傳感螺線線圈、空氣混合管、激光粒子計數(shù)腔、單向閥、吸嘴、橋式電路及電腦控制電路組成；在空氣進管的空氣進口后端的球形管內安裝有精密疏水濾膜，潔凈空氣主管的潔凈空氣進氣口和潔凈空氣流速測速管的潔凈空氣進氣口均與潔凈空氣進管的潔凈空氣出氣口相通，跨接管是活動的，測量時跨接管將潔凈空氣進管的進氣口與潔凈空氣出管的出氣口相聯(lián)通，也就是d端和c端連接，e端和b端連接；在潔凈空氣主管內安裝有均流裝置，在潔凈空氣流速測速管的外壁套有潔凈空氣流速傳感螺線線圈；在臟空氣進管的臟空氣進口后端的球形管內安裝有粗濾膜，臟空氣流速測速管的臟空氣進氣口與臟空氣進管上的粗濾膜的臟空氣出氣口相通，在臟空氣流速測速管的外壁套有臟空氣流速傳感螺線線圈，潔凈空氣主管的潔凈空氣出氣口、潔凈空氣流速測速管的潔凈空氣出氣口、臟空氣流速測速管的臟空氣出氣口均與空氣混合管的混合空氣進氣口相通，空氣混合管的混合空氣出氣口與激光粒子計數(shù)腔串聯(lián)后接單向閥的進氣口，單向閥的出氣口與吸嘴的進口相通；臟空氣測量橋式電路由第I一第4電阻R I — 4、臟空氣流速變送器組成，第I電阻R I的一端接臟空氣流速傳感螺線線圈的左端，第I電阻R I的另一端與第2電阻R 2串聯(lián)后接臟空氣流速傳感螺線線圈的右端，臟空氣流速變送器的一端接串聯(lián)的第I電阻R I與第2電阻R 2的公共端，臟空氣流速變送器的另一端接臟空氣流速傳感螺線線圈的中間端，臟空氣流速傳感螺線線圈的左端與中間抽頭端構成第3電阻R 3，臟空氣流速傳感螺線線圈的右端與中間抽頭端構成第4電阻R 4 ;潔凈空氣測量橋式電路28由第5—第8電阻R 5 — 8、潔凈空氣流速變送器組成，第7電阻R 7的一端接潔凈空氣流速傳感螺線線圈的左端，第7電阻R 7的另一端與第8電阻R 8串聯(lián)后接潔凈空氣流速傳感螺線線圈的右端，潔凈空氣流速變送器的一端接串聯(lián)的第7電阻R 7與第8電阻R 8的公共端，潔凈空氣流速變送器的另一端接潔凈空氣流速傳感螺線線圈的中間端 ,潔凈空氣流速傳感螺線線圈的左端與中間抽頭端構成第5電阻R5，潔凈空氣流速傳感螺線線圈的右端與中間抽頭端構成第6電阻R 6 ;電腦控制電路由按鍵面板、單片機、溫濕度傳感器、無線通訊模塊、聲光報警電路、測速管加熱模塊、電源及其容量監(jiān)測電路組成；激光粒子計數(shù)器的粒子計數(shù)輸出端、潔凈空氣流速變送器的信號輸出端、臟空氣流速變送器的輸出端、按鍵面板的面板信號輸出端、電源及其容量監(jiān)測電路的電池信號輸出端分別與單片機上對應的信號輸入端相連，單片機控制的測速管加熱模塊對兩測速管進行恒流加熱；單片機的報警信號輸出端接聲光報警電路的聲光報警信號輸入端，單片機的通訊口與無線通訊模塊的信號輸入端相連；無線通訊模塊通過無線通訊協(xié)議與內含PM2.5檢測軟件的智能手機相聯(lián)系；智能手機通過無線通訊網(wǎng)與PM2.5測試數(shù)據(jù)及測試位置共享網(wǎng)相聯(lián)，將監(jiān)測到的空氣PM2.5數(shù)據(jù)及監(jiān)測者的位置及時上傳到PM2.5測試數(shù)據(jù)及測試位置共享網(wǎng)上，供人們查詢。
2.根據(jù)權利要求1所述的用智能手機監(jiān)測PM2.5的系統(tǒng)，其特征在于:智能空氣采樣頭對氣體流速進行時間積分，從而得出整個吸氣過程中流過的空氣總量。
3.根據(jù)權利要求1所述的用智能手機監(jiān)測PM2.5的系統(tǒng)，其特征在于:通過管徑設計控制，潔凈空氣的總流量約是臟空氣流量的5-20倍；物理上，在潔凈空氣主管內插滿4-19根和臟空氣流速測速管一樣的毛細管，構成勻流裝置。
4.根據(jù)權利要求1所述的用智能手機監(jiān)測PM2.5的系統(tǒng)，其特征在于:使用AD模數(shù)轉換來處理光電二極管探測器輸出的激光粒子散射光電脈沖信號。
5.根據(jù)權利要求1所述的用智能手機監(jiān)測PM2.5的系統(tǒng)，其特征在于:在智能手機的提示下，用嘴吸智能采樣頭上標識的吸嘴，或吸嘴的出口與采樣氣泵連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的用智能手機監(jiān)測PM2.5的系統(tǒng)，其特征在于:光電二極管探測器、激光照射光束、空氣流線分別位于立體幾何坐標的X，y, z軸上；出氣吸管形成負壓，將空氣從進氣噴管吸入，這種吸入方式有利于空氣流線的橫截面小而均勻；激光二極管發(fā)出的激光經(jīng)激光透鏡整形后，照射空氣流線，產生激光粒子散射光線，由于激光照射區(qū)位于橢球反射鏡的一個焦點，散射光線會聚集到橢球反射鏡的另一焦點，在此焦點放置了光電二極管探測器，從而可接受各個角度的散射光線。
7.根據(jù)權利要求1所述的用智能手機監(jiān)測PM2.5的系統(tǒng)，其特征在于:流過的空氣體積的校正由用戶自行利用排水法來完成，即水體積校正裝置通過流速控制閥流出的水的容量等于水體積校正裝置進氣口吸入的空氣容量，校正頻度推薦為每測量100次或使用了 3個月校正一次；本發(fā)明將這一流量校正方法交給用戶，使他們能方便地校正自己的PM2.5儀器；比如要校準臟空氣流速測速管，就要用跳接管將精密疏水過濾膜所在的潔凈空氣出管的出氣口接到臟空氣進管的進氣口上，即形成d-a，e-b的連接形式；智能空氣采樣頭的吸嘴此時接水體積校準裝置的入口，然后堵上潔凈空氣進口的c端，讓空氣只注入臟空氣流速測速管；流入空氣的總量就等于排水法的水的體積，這樣就完成了校正；校正過程也是在智能手機提示下進行的，同樣還可校正潔凈空氣的流量。
【文檔編號】G01N15/06GK103868835SQ201410117715
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權日:2014年3月27日
【發(fā)明者】方文卿, 方愷齊, 王立, 鄧堅貞, 王小平 申請人:南昌黃綠照明有限公司, 南昌大學