本發(fā)明屬于大氣污染監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種超低濃度大氣no2高分辨電化學(xué)無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
保護(hù)環(huán)境是我國(guó)基本國(guó)策，2016年11月，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》，提出到2020年主要污染物排放總量大幅減少，要實(shí)現(xiàn)氮氧化物(no2與no)排放總量削減15％。其中，no2是生成臭氧、二次氣溶膠等光化學(xué)污染最重要的前體之一，是形成酸雨、酸霧的主要來(lái)源，對(duì)生態(tài)環(huán)境、人體健康造成很大危害。
而研析大氣no2污染原因以及治理控制的前提條件是精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)獲取可靠數(shù)據(jù)支撐。典型的大氣no2從農(nóng)村地區(qū)零點(diǎn)幾ppb(10-9體積比)到重污染地區(qū)的數(shù)百ppm(10-6體積比)不等，隨著國(guó)家治理大氣污染力度的加大，未來(lái)大氣no2的濃度必呈下降趨勢(shì)，便要求測(cè)量?jī)x器具有更低的探測(cè)限，且具備高度靈活性適應(yīng)各種復(fù)雜監(jiān)測(cè)環(huán)境，傳統(tǒng)成本高昂的光學(xué)監(jiān)測(cè)設(shè)備體積龐大、監(jiān)測(cè)地點(diǎn)固定，顯然不能滿足需求。
鑒于此，本發(fā)明設(shè)計(jì)的超低濃度大氣no2高分辨電化學(xué)無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，在滿足低成本便攜的基礎(chǔ)上，可遠(yuǎn)程以無(wú)線方式對(duì)低至零點(diǎn)幾ppb超低濃度no2實(shí)時(shí)精準(zhǔn)遙測(cè)，探明大氣no2分布特征，為no2污染預(yù)報(bào)預(yù)警、治理控制與環(huán)保部門制定相關(guān)政策提供科技支撐。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的是應(yīng)對(duì)更低探測(cè)限與靈活監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的需求，構(gòu)建穩(wěn)定可靠、高分辨率的無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)超低濃度大氣no2分布狀況。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
一種超低濃度大氣no2高分辨電化學(xué)無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)包括大氣采樣模塊、濃度傳感模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、上位機(jī)監(jiān)控模塊；所述大氣采樣模塊包括依次連接的過(guò)濾膜、干燥劑、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、抽氣泵，采樣的氣體進(jìn)至濃度傳感模塊；所述濃度傳感模塊包括相連接的no2電化學(xué)傳感器與低噪聲信號(hào)調(diào)理電路，二者置于氣室內(nèi)部，恒溫控制裝置緊貼氣室外壁，低噪聲信號(hào)調(diào)理電路輸出信號(hào)進(jìn)至數(shù)據(jù)處理模塊；所述數(shù)據(jù)處理模塊包括依次連接的16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ads1115、dsp主控單元、lora無(wú)線數(shù)傳模塊a，電源分別與dsp主控單元及恒溫控制裝置連接，lora無(wú)線數(shù)傳模塊a將數(shù)據(jù)以無(wú)線方式傳至上位機(jī)監(jiān)控模塊；所述上位機(jī)監(jiān)控模塊包括依次連接的lora無(wú)線數(shù)傳模塊b與labview監(jiān)控中心。
所述的一種超低濃度大氣no2高分辨電化學(xué)無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述大氣采樣模塊中過(guò)濾膜采用0.2μm微孔規(guī)格，用以去除采樣大氣中的細(xì)微顆粒物；干燥劑采用變色硅膠濾除氣體中的水分，避免檢測(cè)結(jié)果的濕度漂移；轉(zhuǎn)子流量計(jì)用于控制進(jìn)氣流速；抽氣泵則用于將空氣抽入氣室。
所述的一種超低濃度大氣no2高分辨電化學(xué)無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述濃度傳感模塊中no2電化學(xué)傳感器采用alphasense公司no2-b43f四電極傳感器，用于感知no2濃度信息，將濃度信號(hào)轉(zhuǎn)化為與之成正比的電流信號(hào)；低噪聲信號(hào)調(diào)理電路用于維持電化學(xué)傳感器正常工作，同時(shí)將電化學(xué)傳感器輸出的電流信號(hào)調(diào)理為合適電壓信號(hào)供模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集；氣室為不銹鋼方盒，一方面保護(hù)傳感器物理結(jié)構(gòu)，另一方面營(yíng)造集中的、溫度穩(wěn)定的探測(cè)環(huán)境；恒溫控制裝置以tec1-12710半導(dǎo)體制冷片為溫控核心，用于維持探測(cè)氣室的溫度恒定，避免檢測(cè)結(jié)果的溫度漂移。
所述的一種超低濃度大氣no2高分辨電化學(xué)無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)處理模塊采用低功耗16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ads1115，基于其內(nèi)部可編程增益放大器將分辨率設(shè)置為0.0625mv，依據(jù)no2-b43f電化學(xué)傳感器經(jīng)信號(hào)調(diào)理后靈敏度為0.24mv/ppb，反演后可分辨出低至0.26ppb的超低濃度；dsp主控單元采用32位tms320f28335為主控芯片，基于i2c通信對(duì)ads1115進(jìn)行讀寫操作，獲取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并進(jìn)行運(yùn)算處理，再搭載sci通信將數(shù)據(jù)傳輸至lora無(wú)線數(shù)傳模塊a；lora無(wú)線數(shù)傳模塊a以sx1278射頻芯片為核心實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離抗干擾數(shù)據(jù)傳輸；dsp主控單元供給恒壓3.3v，恒溫控制裝置供給恒壓12v。
所述的一種超低濃度大氣no2高分辨電化學(xué)無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述上位機(jī)監(jiān)控模塊通過(guò)lora無(wú)線數(shù)傳模塊b接收l(shuí)ora模塊a傳來(lái)的數(shù)據(jù)，再傳輸至上位機(jī)labview監(jiān)控中心；labview監(jiān)控中心基于串口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而后進(jìn)行拆包處理、反演獲取當(dāng)前no2濃度信息，并實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ)其變化曲線。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
本發(fā)明采用高分辨率電化學(xué)傳感器探測(cè)方案，為低濃度大氣no2監(jiān)測(cè)在光學(xué)探測(cè)儀器外提供了另一種低成本、便攜、可大批量生產(chǎn)的選擇；采用干燥劑與恒溫控制裝置可消除電化學(xué)傳感器溫濕度漂移對(duì)檢測(cè)結(jié)果的干擾隱患；針對(duì)no2-b43f電化學(xué)傳感器經(jīng)信號(hào)調(diào)理后靈敏度為0.24mv/ppb的實(shí)際情況，以16位ads1115模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片替代f28335dsp內(nèi)置12位adc資源，大大提高采樣分辨率實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)幾ppb超低濃度的no2監(jiān)測(cè)；采用lora擴(kuò)頻無(wú)線通信方案可突破遠(yuǎn)距離傳輸?shù)母蓴_透射障礙；圖形化編程形式的labview監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)顯示及存儲(chǔ)no2濃度信息，交互界面簡(jiǎn)潔直觀，本發(fā)明可在滿足低成本便攜同時(shí)適應(yīng)超低濃度、復(fù)雜靈活監(jiān)測(cè)環(huán)境的no2監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程高分辨遙測(cè)。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的總體框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的說(shuō)明：
如圖1所示，一種超低濃度大氣no2高分辨電化學(xué)無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)包括大氣采樣模塊、濃度傳感模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、上位機(jī)監(jiān)控模塊；所述大氣采樣模塊包括依次連接的過(guò)濾膜、干燥劑、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、抽氣泵，采樣的氣體進(jìn)至濃度傳感模塊，其中過(guò)濾膜采用0.2μm微孔規(guī)格去除采樣大氣中的細(xì)微顆粒物；干燥劑采用變色硅膠濾除氣體中的水分，避免檢測(cè)結(jié)果的濕度漂移；轉(zhuǎn)子流量計(jì)用于控制進(jìn)氣流速；抽氣泵則用于將空氣抽入氣室；所述濃度傳感模塊包括相連接的no2電化學(xué)傳感器與低噪聲信號(hào)調(diào)理電路，二者置于氣室內(nèi)部，恒溫控制裝置緊貼氣室外壁，低噪聲信號(hào)調(diào)理電路輸出信號(hào)進(jìn)至數(shù)據(jù)處理模塊，其中no2電化學(xué)傳感器采用alphasense公司no2-b43f四電極傳感器，用于感知no2濃度信息，將濃度信號(hào)轉(zhuǎn)化為與之成正比的電流信號(hào)；低噪聲信號(hào)調(diào)理電路用于維持電化學(xué)傳感器正常工作，同時(shí)將電化學(xué)傳感器輸出的電流信號(hào)調(diào)理為合適電壓信號(hào)供模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集；氣室為不銹鋼方盒，一方面保護(hù)傳感器物理結(jié)構(gòu)，另一方面營(yíng)造集中的、溫度穩(wěn)定的探測(cè)環(huán)境；恒溫控制裝置以tec1-12710半導(dǎo)體制冷片為溫控核心，用于維持探測(cè)氣室的溫度恒定，避免檢測(cè)結(jié)果的溫度漂移；所述數(shù)據(jù)處理模塊包括依次連接的16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ads1115、dsp主控單元、lora無(wú)線數(shù)傳模塊a，電源分別與dsp主控單元及恒溫控制裝置連接，lora無(wú)線數(shù)傳模塊a將數(shù)據(jù)以無(wú)線方式傳至上位機(jī)監(jiān)控模塊，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用低功耗16位的ads1115，基于其內(nèi)部可編程增益放大器將分辨率配置為0.0625mv，依據(jù)no2-b43f電化學(xué)傳感器經(jīng)信號(hào)調(diào)理后靈敏度為0.24mv/ppb，反演后可分辨出低至0.26ppb的超低濃度；dsp主控單元采用32位tms320f28335為主控芯片，基于i2c通信對(duì)ads1115進(jìn)行讀寫操作，獲取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并進(jìn)行運(yùn)算處理，再搭載sci通信將數(shù)據(jù)傳輸至lora無(wú)線數(shù)傳模塊a；lora無(wú)線數(shù)傳模塊a以sx1278射頻芯片為核心實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離抗干擾數(shù)據(jù)傳輸；dsp主控單元供給恒壓3.3v，恒溫控制裝置供給恒壓12v；所述上位機(jī)監(jiān)控模塊包括依次連接的lora無(wú)線數(shù)傳模塊b與labview監(jiān)控中心，通過(guò)lora無(wú)線數(shù)傳模塊b接收l(shuí)ora模塊a傳來(lái)的數(shù)據(jù)，再傳輸至上位機(jī)labview監(jiān)控中心；labview監(jiān)控中心基于串口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而后進(jìn)行拆包處理、反演獲取當(dāng)前no2濃度信息，并實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ)其變化曲線。