本發(fā)明涉及一種環(huán)境空氣質(zhì)量綜合評估監(jiān)測裝置，特別涉及館藏文物空氣質(zhì)量的實時監(jiān)測。

背景技術(shù)：

文物是不可再生、不可循環(huán)的，而在復(fù)雜、潮濕的氣體環(huán)境下，館藏文物極易受到腐蝕和破壞，所以，館藏文物所處的環(huán)境空氣質(zhì)量必須有有效的評估手段。

現(xiàn)有的檢測空氣質(zhì)量的設(shè)備是根據(jù)石英晶體微天平傳感器金屬鍍膜的單位時間腐蝕厚度作為環(huán)境空氣質(zhì)量的評估標準。金屬腐蝕的厚度雖然與腐蝕速率呈正相關(guān)關(guān)系，但不能準確表征腐蝕速率。此外，其產(chǎn)品無法對有機污染物進行監(jiān)測，且該產(chǎn)品功耗高，數(shù)據(jù)通過有線互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送，不適合博物館等環(huán)境的使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種環(huán)境空氣質(zhì)量綜合評估監(jiān)測裝置，其以石英晶體微天平傳感器的金屬鍍膜在一個測量周期內(nèi)單位面積因腐蝕產(chǎn)生的質(zhì)量增加量作為標準，監(jiān)測環(huán)境空氣對不同鍍膜金屬的腐蝕速率的影響，實現(xiàn)對環(huán)境空氣質(zhì)量的綜合評估。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)手段是：

本發(fā)明環(huán)境空氣質(zhì)量綜合評估監(jiān)測裝置包括電路模塊和至少三個石英晶體微天平傳感器，各石英晶體微天平傳感器由互不相同的金屬鍍膜修飾；所述電路模塊包括起振電路、溫補晶振芯片、多路選擇器、兩個頻率計數(shù)器、溫濕度傳感器、微控制器和數(shù)據(jù)存儲芯片；所述起振電路的數(shù)量與所述石英晶體微天平傳感器的數(shù)量相同；各起振電路的輸出端與多路選擇器的各輸入端對應(yīng)連接，多路選擇器的控制端與微控制器連接，多路選擇器的輸出端與其中一個所述頻率計數(shù)器的輸入端連接，另一個所述頻率計數(shù)器的輸入端與溫補晶振芯片的輸出端連接，各所述頻率計數(shù)器的輸出端與微控制器連接，溫濕度傳感器的輸出端與微控制器連接，數(shù)據(jù)存儲芯片與微控制器連接；所述微控制器根據(jù)以下公式(1)～(3)計算獲得所述石英晶體微天平傳感器的金屬鍍膜的腐蝕反應(yīng)累積當量：

Δf＝f_當前-f_歷史 (3)

公式(1)～(3)中，Δm表示一個測量周期內(nèi)石英晶體微天平傳感器的金屬鍍膜的腐蝕反應(yīng)累積當量；Δf表示一個測量周期內(nèi)，石英晶體微天平傳感器的頻率變化量；ρ_q表示石英晶體微天平傳感器的晶振片的密度；d_q表示石英晶體微天平傳感器的晶振片的厚度；f_初始表示石英晶體微天平傳感器在第一次測量時得到的頻率；；f_當前為石英晶體微天平傳感器的當前頻率；f_歷史表示在所述當前頻率f_當前的測量時刻往前推一個測量周期的同一時刻，石英晶體微天平傳感器的頻率；f_溫補為溫補晶振芯片的頻率；C_傳感器為石英晶體微天平傳感器的頻率計數(shù)值，C_溫補為溫補晶振芯片的頻率計數(shù)值，k₁為溫度補償系數(shù)，T為空氣的溫度，k₂為濕度補償系數(shù)，H為空氣的濕度。

進一步地，本發(fā)明的其中三個石英晶體微天平傳感器的金屬鍍膜分別為銀、銅、鉛。

進一步地，本發(fā)明還包括無線傳輸電路，所述無線傳輸電路與微控制器連接。

進一步地，本發(fā)明還包括電源管理電路，所述電源管理電路與微控制器連接。

進一步地，本發(fā)明還包括電源檢測電路，所述電源檢測電路與微控制器連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明以一個測量周期內(nèi)，單位面積的石英晶體微天平傳感器的金屬鍍膜因腐蝕產(chǎn)生的質(zhì)量增加量作為金屬腐蝕速率的評估標準，比以金屬腐蝕厚度作為金屬腐蝕速率的評估標準更加直接、確切。

(2)本發(fā)明采用多個鍍膜金屬互不相同的石英晶體微天平傳感器，克服現(xiàn)有產(chǎn)品無法對有機污染物進行評估的缺陷，實現(xiàn)了對含硫污染物、無機污染物和有機污染物等主要污染物的有效檢測，根據(jù)對含硫污染物、無機污染物和有機污染物的等級來綜合評估環(huán)境的空氣質(zhì)量。

(3)在本發(fā)明監(jiān)測裝置的休眠時期，電源管理電路關(guān)閉了大部分電路的供電，極大地降低了功耗，減少博物館場景開關(guān)柜更換電池的次數(shù)，有利于長時間地監(jiān)測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明環(huán)境空氣質(zhì)量綜合評估監(jiān)測裝置的一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作具體的說明。

如圖1所示，本發(fā)明環(huán)境空氣質(zhì)量綜合評估監(jiān)測裝置主要包括電路模塊2和至少三個石英晶體微天平傳感器1。其中，各石英晶體微天平傳感器1由互不相同的金屬鍍膜修飾；電路模塊2包括起振電路21、溫補晶振芯片22、多路選擇器23、兩個頻率計數(shù)器24、溫濕度傳感器26、微控制器25和數(shù)據(jù)存儲芯片27。起振電路21的數(shù)量與石英晶體微天平傳感器1的數(shù)量相同。各起振電路21的輸出端與多路選擇器23的各輸入端對應(yīng)連接，多路選擇器23的控制端與微控制器25連接，多路選擇器23的輸出端與其中一個頻率計數(shù)器24的輸入端連接，另一個頻率計數(shù)器24的輸入端與溫補晶振芯片22的輸出端連接，各頻率計數(shù)器24的輸出端與微控制器25連接，溫濕度傳感器26的輸出端與微控制器25連接，數(shù)據(jù)存儲芯片27與微控制器25連接。

其中，微控制器25根據(jù)以下公式(1)～(3)計算獲得所述石英晶體微天平傳感器的金屬鍍膜的腐蝕反應(yīng)累積當量：

Δf＝f_當前-f_歷史 (3)

公式(1)～(3)中，Δm表示一個測量周期內(nèi)石英晶體微天平傳感器的金屬鍍膜的腐蝕反應(yīng)累積當量，它是指在一個測量周期內(nèi)，單位面積的石英晶體微天平傳感器的金屬鍍膜因腐蝕產(chǎn)生的質(zhì)量增加量；Δf表示一個測量周期內(nèi)，石英晶體微天平傳感器的頻率變化量；ρ_q表示石英晶體微天平傳感器的晶振片的密度；d_q表示石英晶體微天平傳感器的晶振片的厚度；f_初始表示石英晶體微天平傳感器在第一次測量時得到的頻率；f_歷史表示在當前頻率f_當前的測量時刻往前推一個測量周期的同一時刻，石英晶體微天平傳感器的頻率；f_當前為石英晶體微天平傳感器的當前頻率；f_溫補為溫補晶振芯片的頻率；C_傳感器為石英晶體微天平傳感器的頻率計數(shù)值，C_溫補為溫補晶振芯片的頻率計數(shù)值，k₁為溫度補償系數(shù)，T為空氣的溫度，k₂為濕度補償系數(shù)，H為空氣的濕度。

在密封環(huán)境下，改變石英晶體微天平傳感器所在環(huán)境的溫度，測量各溫度下石英晶體微天平傳感器的頻率，相應(yīng)得到以環(huán)境的溫度為橫坐標、以石英晶體微天平傳感器的頻率為縱坐標的一系列點，這些點的擬合直線的斜率即為溫度補償系數(shù)k₁。

在密封環(huán)境下，改變石英晶體微天平傳感器所在環(huán)境的濕度，測量各濕度下石英晶體微天平傳感器的頻率，相應(yīng)得到以環(huán)境的濕度為橫坐標、以石英晶體微天平傳感器的頻率為縱坐標的一系列點，這些點的擬合直線的斜率即為濕度補償系數(shù)k₂。

作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，當其中有三個石英晶體微天平傳感器1的金屬鍍膜分別為銀、銅、鉛時，以銀鍍膜的腐蝕反應(yīng)累積當量來監(jiān)測環(huán)境空氣對銀的腐蝕速率，而銀的腐蝕主要由含硫污染物造成，即以銀鍍膜的腐蝕反應(yīng)累積當量評估環(huán)境空氣中的含硫污染物；以銅鍍膜的腐蝕反應(yīng)累積當量來監(jiān)測環(huán)境空氣對銅的腐蝕速率，而銅的腐蝕主要由無機污染物造成，即以銅鍍膜的腐蝕反應(yīng)累積當量評估環(huán)境空氣中的無機污染物；以鉛鍍膜的腐蝕反應(yīng)累積當量來監(jiān)測環(huán)境空氣對鉛的腐蝕速率，而鉛的腐蝕主要由有機污染物造成，即以鉛鍍膜的腐蝕反應(yīng)累積當量評估環(huán)境空氣中的有機污染物。

為了連接上位機，進行數(shù)據(jù)的存儲、管理和顯示等操作，本發(fā)明還可進一步包括無線傳輸電路29，將無線傳輸電路29分別與微控制器25、上位機連接，從而使微控制器25通過無線傳輸電路29與上位機連接。數(shù)據(jù)存儲芯片27存儲來自微控制器25的數(shù)據(jù)包，并將存儲的數(shù)據(jù)包發(fā)送到無線傳輸電路29，再由無線傳輸電路29將數(shù)據(jù)包發(fā)送到上位機，以供顯示器界面進行后續(xù)的顯示操作。

本發(fā)明還可進一步包括電源管理電路210，將電源管理電路210與微控制器25連接。電源管理電路210為各模塊提供電源，受微控制器25控制，進行低功耗管理，從而利用電源管理電路210降低本發(fā)明監(jiān)測裝置的功耗，以便長時間地監(jiān)測環(huán)境空氣質(zhì)量。

進一步地，本發(fā)明還可進一步包括電源檢測電路28，電源檢測電路28與微控制器25連接，由此可以監(jiān)控電源管理電路210的電源電壓，提醒更換電池的時間。

以下以一個具體的實施例來說明本發(fā)明環(huán)境空氣質(zhì)量綜合評估監(jiān)測裝置的工作過程。在該實施例中，石英晶體微天平傳感器1為三個，石英晶體微天平傳感器1的金屬鍍膜分別為銀、銅、鉛。具體說明如下：

在本實施例中，電路模塊2中的三個起振電路21分別使三個石英晶體微天平傳感器1產(chǎn)生振蕩，發(fā)送三路振蕩頻率數(shù)字信號到多路選擇器23，微控制器25控制多路選擇器23，選擇鍍銀的石英晶體微天平傳感器的信號，輸出到其中一個頻率計數(shù)器24，該頻率計數(shù)器24得出該路振蕩頻率數(shù)字信號的計數(shù)值C_{鍍銀傳感器}；溫補晶振芯片22發(fā)送穩(wěn)定的10MHZ的頻率數(shù)字信號到另一頻率計數(shù)器24，該頻率計數(shù)器24得出溫補晶振芯片22的振蕩頻率數(shù)字信號的計數(shù)值C_穩(wěn)補，溫濕度傳感器26得到空氣的濕度H、溫度T，并將C_{鍍銀傳感器}、C_穩(wěn)補、H、T發(fā)送到微控制器25，微控制器25根據(jù)公式(2)相應(yīng)地得到如下公式(4)，從而計算得出鍍銀的石英晶體微天平傳感器的當前頻率：

其中，f_當前為鍍銀的石英晶體微天平傳感器的當前頻率；f_溫補為溫補晶振芯片的頻率，本實施例中，f_溫補為10MHz；C_{鍍銀傳感器}為鍍銀的石英晶體微天平傳感器的頻率計數(shù)值，C_穩(wěn)補為溫補晶振芯片的頻率計數(shù)值，k₁為溫度補償系數(shù)；T為空氣的溫度；k₂為濕度補償系數(shù)；H為空氣的濕度。

得到鍍銀的石英晶體微天平傳感器的當前頻率f_當前后，微控制器25通過數(shù)據(jù)存儲芯片27提取前一個測量周期的鍍銀的石英晶體微天平傳感器1的歷史頻率f_歷史。在本發(fā)明中，可以以30天為一個測量周期，每隔0.5小時測量一次鍍銀的石英晶體微天平傳感器1的頻率，當前頻率f_當前的測量時刻往前推30天的同一時刻的頻率測量值作為歷史頻率f_歷史。例如，當前頻率f_當前的測量時刻為5月31日8:00，則頻率f_歷史的測量時刻為5月1日8:00。需要說明的是，一個測量周期并不限于30天，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)自身需要確定一個測量周期的長短，例如，也可以以15天、40天、60天等為一個測量周期。

根據(jù)石英晶體微天平傳感器的頻率f_歷史和當前頻率f_當前，進而利用公式(2)得到一個測量周期內(nèi)鍍銀的石英晶體微天平傳感器1的頻率變化量Δf，然后將Δf代入到公式(1)中，即得到鍍銀的石英晶體微天平傳感器1的銀鍍膜的腐蝕反應(yīng)累積當量Δm。

接著，微控制器25控制多路選擇器23選擇鍍銅的石英晶體微天平傳感器1作為輸出信號，同理，根據(jù)公式(1)～(3)得到鍍銅的石英晶體微天平傳感器1的銅鍍膜的腐蝕反應(yīng)累積當量Δm。

進而，微控制器25控制多路選擇器23選擇鍍鉛的石英晶體微天平傳感器作為輸出信號，同理，與上同理根據(jù)公式(1)～(3)得到鍍鉛的石英晶體微天平傳感器1的鉛鍍膜的腐蝕反應(yīng)累積當量Δm。

得到鍍銀、鍍銅、鍍鉛的石英晶體微天平傳感器1的金屬鍍膜的腐蝕反應(yīng)累積當量(mg/m²)后，對照表1，根據(jù)各石英晶體微天平傳感器1的金屬鍍膜的腐蝕反應(yīng)累積當量對應(yīng)的空氣質(zhì)量等級來綜合評估環(huán)境的整體空氣質(zhì)量。

表1

微控制器25將得到的石英晶體微天平傳感器1的當前頻率、腐蝕反應(yīng)累積當量、空氣質(zhì)量等級等數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)包，存入數(shù)據(jù)存儲芯片27。當本發(fā)明再次計算石英晶體微天平傳感器1的金屬鍍膜的腐蝕反應(yīng)累積當量、空氣質(zhì)量等級等數(shù)據(jù)時，此數(shù)據(jù)包將作為歷史數(shù)據(jù)供微控制器25使用。

同時，微控制器25將此數(shù)據(jù)包通過無線傳輸電路發(fā)送到電腦終端，通過顯示器界面顯示鍍銀、鍍銅、鍍鉛的石英晶體微天平傳感器的金屬鍍膜的腐蝕反應(yīng)累積當量曲線和空氣質(zhì)量等級數(shù)據(jù)。