大气空气质量监测系统技术解决方案

(深圳市圣凯安科技有限公司）

   大气空气质量监测系统可实现区域空气质量的在线自动监测，能全天候、连续、自动地监测环境空气中的二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳、PM2.5、PM10和有机挥发物的实时变化情况，迅速、准确的收集、处理监测数据，能及时、准确地反映区域环境空气质量状况及变化规律，为环保部门的环境决策、环境管理、污染防治提供详实的数据资料和科学依据。

一、特点

●具有云端自动在线校准功能，自动修正传感器漂移及环境干扰，无需现场人工校准。

●采用百叶堆设计，适用于各种气象条件，保证空气流通*，内外无温差。

●可以同时监测气体参数和可吸入颗粒物，并在数据平台上显示出监测值；

●无工具拆卸，方便点位迁移与设备维护。

● 采用进口高灵敏度的传感器，响应时间快，分辨率高，线性好，检测下线可达ppb级；

●应用单片机技术和网络通讯技术相结合，采用数据存储功能，不仅可提供方便的数据查询方式；还可以通过USB接口将数据转存至计算机，利用配套的上位机软件自动计算平日均值、月均值、污染指数、生成各种图形数据标，并进行打印；

●采用机内锂电池供电与外接太阳能供电，解决布线接电等问题

●性能稳定、度高、操作方便、易于维护具有断电保护功能；

    圣凯安微型监测站产品的检测准确性基于外部和内部的测试，尽管微型站产品按照行业标准进行检验检测，但是和其他制造商一样，无法保证产品十全十美或在任何特定应用中永远不会发生任何错误。

目录

1 产品概述 5

1.1产品特点 5

1.1.1 大气污染物探测 5

1.1.2 可吸入颗粒物探测 4

1.1.3 气象探测 4

1.1.4 设备功能特点 5

1.1.5 设备功能特点 5

1.2产品主要技术指标 6

1.2.1 气体检测 6

1.2.2 颗粒物检测 7

1.2.3 气象参数检测 7

1.2.4 噪音检测参数 7

1.2.5 环境检测设备上传数据 7

2 智能终端软件使用说明 7

2.1 数据分析平台 6

2.2 网络化分析平台 6

2.3 异常点统计分析 6

2.4与国控点100小时同期数据对比 6

3 数据分析平台 7

4 安装方式与注意事项 9

5 日常维护 10

4.1气体传感器的标定 10

4.2粉尘监测仪的校准 12

5 圣凯安传感器测试方法 19

5.1测试结构图 10

5.2测试原理 10

5.3测试环境 10

5.4测试结果 10

1 产品概述

1.1产品特点

1.1.1 大气气体含量探测

气体检测采用高灵敏度电化学传感器及红外检测原理，结合*的智能传感与信号处理技术，可以连续监测大气层中的六种气体，默认大气种类为SO2、NO2、O3、CO、H2S、VOC，由于系统采用模块块设计思想，客户可以根据需要更换其它气体检测传感器模块，可选种类达到20多种，可以全面连续显示需要的测量数据。

该传感器操作方便、测量准确、工作可靠，适用于工业现场或实验室测量等不同的要求。

系统采用泵吸式循环系统将环境空气通过水汽过滤器，经过滤后送到传感器气室，通过传感器时所产生的信号经放大、A/D转换后，由微处理器进行采集、计算、数据处理，产生浓度结果数据，通过RS485串行接口送至工控上位机做数据汇总保存同时通过GPRS无线网络上传指挥中心。

1.1.2 可吸入颗粒物探测

    仪器采用光散射原理工作。空气中的粉尘颗粒物在高能激光束照射下产生光散射效应，散射光强跟粉尘颗粒物浓度成正比，高灵敏的光电二极管接收到散射光，由光信号转换成电信号，电信号经过放大电路放大、单片机电路数字化处理、再按特定的数学模型计算，从而得出被检测污染源的粉尘浓度数，粉尘浓度的数据通过RS-485通讯接口传输到PC机，在PC机的显示屏上读取所检测到的粉尘浓度数。

可实现全天候无人值守的粉尘浓度在线监测。

1.1.3 气象探测

微型机可提供六种气象参数检测，用于测量风速、风向、降水、气压、温度和相对湿度，变送器外壳的等级为IP65。

风测量：

采用三个等间距的超声波变换器位于同一水平面上，组成一个变换器阵列。通过测量超声波从一个变换器传播到另外两个变换器所用的时间来确定风速和风向。

降水量测量：

降水量测量模块由钢盖和安装在钢盖底面上的压电传感器组成。测量的参数为累计降雨量、降雨当前强度、降雨峰值强度和降雨事件的持续时间。通过检测每个单独的雨滴，可以高精度地计算降雨量和降雨强度。该模块还能够区分冰雹和雨滴，测量的冰雹参数为冰雹累计量、当前冰雹强度、峰值冰雹强度和降冰雹的持续时间。

PTU测量：

PTU模块包含分别用来测量压力、温度和湿度的几个传感器。压力、温度和湿度传感器的测量原理基于一个RC震荡器和两个基准电容器，这些传感器的电容将根据这两个基准电容器持续测量，变送器的微处理器会针对压力传感器和湿度传感器的温度依赖性进行补偿。

1.1.4 城市噪声探测

噪声测量模块适合远程噪声监控，装配2级工程测量传声器，传声器与噪声测量单元主体之间分离，由延伸电缆连接，适用于机电产品噪声、环境噪声、交通噪声、作业场所噪声等的现场测量,适合集成于各种环境、产品监控设备，组成单点或多点噪声监控网络，可用于产品噪声监测、城市交通噪声监测、建筑噪声监测和机场噪声监测等。

1.1.5 设备功能特点

（1）设备高度集成在电控箱内，电控箱采用适合室外高空安装的低风阻圆柱形外观设计；

（2）带本地HMI人机交互界面，TFT面板，分辨率1024*768 工作温度-20～ +70℃；；

（3）带过流过压保护器，漏电保护功能,设备机壳自带雷击浪涌保护器；

（4） 设备在断电时提供备用供电系统；时间≥7小时

（5） 可通过设备本地运行软件实现单位转换、本地数据读取、采样时间选择、机箱温度设定、传感器校准等操作；

（6） 设备具有开机自检，传感器故障诊断，报警功能带防盗报警灯；

（7） 系统可直接对各个气体传感器可进行独立校准；可单独对每一路传感器进行充氮气校准零点。

（8） 系统所有传感器均要求采用标准通信接口，可以自动识别检测模块种类及功能；

（9） PM2.5与PM10可吸入颗粒物要求可连续监测，设备要求自带粒子切割装置；

（10） 气体采集气路带有过滤系统；

（11） 系统自带交流电用电量指示功能，数据可通过无线网络上传至服务器以方便统计设备电量；

（12） 设备带有GPS定位功能，方便设备布点确定设备位置；

（13） 设备存储空间应满足采样频率为1分钟的数据，可存储10年的数据量；

（14） 数据采用无线传输模式（GPRS模块4G网络）上传至公网服务器；

（15） 带有ppm.mg/m3单位转换设定功能；

（16） 设备要求有恒温控制系统；可对超出温度设定范围的环境温度进行调节并带有硅橡胶半导体加热制冷功能可通过系统主机串口对控制器进行温度设定和采集，同时接受外部控制信号，对温度进行直接调整。

        控温范围：-40℃～55℃；

        温度波动：±2℃；

（17）功率： ≤250W；

（18）防护等级符合IP65；

（19）设备净重量：≤25kg；

（20）系统处理主机基于X86架构，可扩展升级，处理器主频不低于1.6G低功耗无风扇,内存不低于2G，存储空间不低于250G，并具备USB,以太网和GPIO接口，流畅运行WIN7系统；

1.2产品主要技术指标

1.2.1 气体检测

1.2.2 颗粒物检测

1.2.3 气象参数检测

1.2.4噪音检测参数

（1） 检测原理：电子式；

（2）1kHz频率上的测量范围：

     30dB（A）-130dB（A）；

（3） 温度的影响：

在0℃～40℃的工作温度范围内的任何温度上的指示声级与参考温度上的指示声级的差值不超过±1.0 dB；

（4） 湿度的影响：

当相对湿度从25％变化到90％时，指示声级与参考相对湿度时的指示声级的差值不超过±1.0 dB；

（5）频率范围： 10Hz-10kHz；

（6）带自动校准功能；

1.2.5环境检测设备上传数据

2.智能终端软件使用说明

该软件运行于城市区域环境智能综合检测终端，提供设备状态显示、本地历史数据查询、设备参数设置功能。

1）软件运行主界面如下图所示，显示终端设备当前运行状态、设备温度，用电量及设备内电池电压。

2）软件界面第二分页提供设备本地历史数据查询窗口，如果不输入起始及终止时间默认查询当前时间前24小时的历史数据，只提供单一数据查询。

3）软件界面第三分页提供本设备的参数设置和设备校准功能。

l 城市区域环境智能综合检测终端软件（测试版）

该软件运行于城市区域环境智能综合检测终端，提供设备状态显示、本地历史数据查询、设备参数设置功能，并定时通过无线网络上传本地实时检测数据。服务器汇总数据后可通过部署相关程序，使用户通过查看所有终端的实时、历史检测数据，如下图示例。

2.1数据分析平台

数据分析平台，主要功能应包括实时数据展示、历史数据查询、区域污染概率分析和污染排名统计等功能。

(1)实时数据展示

平台可对各类监测数据进行实时展示。将空气质量传感器数据、常规空气自动监测站数据汇入到统一平台，统一管理，综合展示。常规站和传感器数据以不同颜色代表不同污染级别。

(2)历史数据查询

将各点位的历史监测数据进行简单的统计分析，例如日变化分析、时间序列分析等，帮助采购方节约手动分析时间成本，同时还能够帮助采购方了解基本污染状况。

(3)区域污染概率分析

通过计算一段时间内，各区域污染超标的累积概率，能够得到经常发生污染的区域，即为超标重点区域，也可能为潜在污染源，管理者可根据分析结果对此类区域进行重点监管。

(4)污染排名统计

实时排名分析让采购方掌握的污染动态，历史排名分析可以帮助采购方查找重点污染区域。

2.2网络化分析平台

2.3异常点统计分析

2.4与国控点100小时同期数据对比

3 安装方式与维护事项

设备外观如下：

1、安装时，空调出风口不能直接吹采样管，避免夏季因采样管内样气受冷形成冷凝水影响监测值。

2、微型站应安装良好的接地线，原则要求接地电阻小于4Ω。可采用多根角铁并联接地、埋铜板浇盐水等方法，接地线应采用20mm宽的扁铁引入站房，用不小于2.5mm²的单股铜芯线连接到仪器。

3、微型站应采取防雷措施（特别注意雷电由进户线进入击伤设备）。微型站安装避雷针，如处于周边避雷建筑物45度角保护区可不安装避雷针。

4、具体安装步骤严格按照产品说明书规定执行。

4 日常维护

为了保证传感器的精度和系统的完整性，气体传感器需要被标定。通常，我们建议传感器的标定程序如下：

传感器性能影响的因素很多，经验表明：传感器*次安装后三十天，按照操作的希望值，完成传感器的各种功能。大多数问题如传感器位置的不适合、其他气体的干扰、密度的降低，在这段时间里将会出现。

在前三十天，传感器应做周检察，制定维修计划包括标定的时间间隔。正常情况下，每月标定足以满足传感器的效率和灵敏度，同时月检察也能保证传感器的精度。

由上，传感器的标定方法和过程被立即确定。标定的过程简单、直接、容易，标定的过程将具有一致性和追溯性。标定的过程将在传感器安装的现场完成，并做好维修标定记录。

4.1气体传感器的月标定

包括两步骤：首先是"零点"设置，然后是"量程"的标定：

步骤1："零点"设置

零点的校准对于电化学传感器来说尤其重要，特别是高精度大气污染物模块，我们的六种气体检测传感器CO、H2S、NO2、SO2、O3、VOC都采用纯度在99.99%的高纯氮气瓶通过减压阀和流量计控制下进行校准：

A． 先将校准设备输出口连接到测量设备的校准采集口上；

B． 更换高纯氮气瓶，将气瓶连接至减压阀上；

C． 检查连接没有问题后，打开减压阀，气压没有具体要求；

D． 流量计调整到300-500ml/分钟；

E． 在环境检测设备上调整到校准界面，点击零点校准按钮，等待校准读数值稳定显示（数据差在0.01PPM以内）；大概时间在30分钟以上，点击零点修正按钮，系统将新的零点值记录存储，输出的检测值将是校准后的值；

F． 关闭减压阀，关闭流量计，撤掉采集口，观察新校准后的设备采集值是否标准，（该值要比零值大），如果显示零值，则本次校准失败，需要重新启动。

步骤2："量程"标定

目前为止，H2S，CO，SO2，NO2，VOC五种气体的量程校准，存在以下几个问题；

1）建议对量程的校准在厂家完成，同时保证量程范围使用年限，不符合的厂家退换更新；

2）建议标定方法：

使用具有相关资质的检验设备对比检验标定，通过对比大气中的测量值，完成检验标定。

气体校准设备参考

4.2粉尘监测仪的校准

PM2.5，PM10粉尘监测仪校准方法：使用手持式TSI校准仪对粉尘气溶胶粒子数目进行校准，手持设备不能用作连续校准使用，不过可以用来做校准对比，所以需要购买具有相关资质的粉尘校准仪对我们的在线设备进行校准。例如美国TSI公司8530/8531/8532等。

粉尘校准设备参考

5.圣凯安传感器测试方法

5.1测试结构图

图1-1

5.2测试原理

1. 如图1-1,臭氧气罐里面装有纯标准臭氧气体,可以通过气阀使气体释放出来.标准产生装置可以控制臭氧气罐气体的通气量,加入其它气体使得臭氧气体的的浓度达到标准浓度值,来提供给校准测试设备.

2. 臭氧传感器为以供测试的传感器设备,其测试得出的结果可以通过蓝牙和电脑进行通信,笔记本上有相应的数据软件将测试数据进行记录.

3. 经过臭氧传感器的气体再次经过臭氧传感器测量已经校准好的臭氧气体测量设备,臭氧气体测量可以将数据经过传感器的气体再次测量来进行对比.

测试方法

1. 不加入臭氧传感器,直接利用标准气体产生装置和臭氧气体测量设备,标准气体产生标准浓度气体进入臭氧气体测量设备对臭氧气体测量设备进行校准.

2. 加入臭氧传感器,重复上述测试步骤.对臭氧传感器的度进行测试,笔记本记录臭氧传感器的测量值.臭氧气体测量设备能够显示经过传感器之后的气体臭氧浓度,笔记本同时进行记录.

3. 测试步骤(改变通气浓度,每次通气时间2分钟.):

400ppb->200ppb->300ppb->100ppb->0ppb

0ppb->100ppb->200ppb->300ppb->400ppb

5.3测试环境(根据通入的气体中成分,监测设备测量结果)

5.4测试结果