[發(fā)明專利]一種壓電諧振式PM2.5監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711291135.8
• 申請(qǐng)日: 2017-12-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107741376A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝建宏;胡兆吉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N5/02
• 分類號(hào): G01N5/02
• 代理公司: 南昌青遠(yuǎn)專利代理事務(wù)所(普通合伙)36123
• 代理人: 劉愛(ài)芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及PM2.5監(jiān)測(cè)，特別是涉及一種壓電諧振式PM2.5監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

PM2.5指的是粒徑在2.5μm以下的細(xì)顆粒物，已成為國(guó)內(nèi)外城市大氣的首要污染物。壓電晶振法又稱為壓電晶振頻差法，是基于壓電元件諧振頻率的變化測(cè)定PM2.5質(zhì)量濃度的方法，具有監(jiān)測(cè)靈敏度高、選擇性好，裝置相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，已日益受到相關(guān)行業(yè)人士的重視，其缺陷是PM2.5顆粒物采集率不夠穩(wěn)定，其監(jiān)測(cè)靈敏度易受到包括環(huán)境溫度等諸多因素的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種壓電諧振式PM2.5監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案予以解決。

這種壓電諧振式PM2.5監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，基于壓電諧振頻差法，用于對(duì)PM2.5連續(xù)采樣，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)PM2.5的質(zhì)量濃度。

這種壓電諧振式PM2.5監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：

采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括控制單元，以及分別與所述控制單元連接的靜電沉降采樣單元、壓電諧振單元、頻率測(cè)試單元和顯示單元；

所述靜電沉降采樣單元主要包括沖擊式慣性分粒器和靜電沉降器；

所述壓電諧振單元主要包括壓電石英晶體諧振器、放大器和低壓電源。

所述壓電石英晶體諧振器是由兩個(gè)相同的壓電石英晶體振蕩電路構(gòu)成的雙石英晶體諧振器，建立壓電諧振頻率與壓電晶片質(zhì)量之間的關(guān)系模型，根據(jù)壓電諧振頻率的變化確定PM2.5的質(zhì)量濃度，所述雙石英晶體諧振器的一個(gè)振蕩電路為測(cè)量端，另一個(gè)振蕩電路為參考端，參考端與測(cè)量端所處的環(huán)境溫度等因素完全相同，參考端的頻率與測(cè)量端空載時(shí)的頻率相同，兩個(gè)振蕩電路的輸出分別輸入差頻器得到差頻信號(hào)，以減小環(huán)境溫度等因素對(duì)壓電晶體檢測(cè)性能的影響，從而，減小包括環(huán)境溫度等諸多因素對(duì)PM2.5的質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)靈敏度的影響。

本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下進(jìn)一步的技術(shù)方案予以解決。

所述控制單元包括單片機(jī)PIC24FJ96，用于對(duì)儀器系統(tǒng)各部件的協(xié)調(diào)控制、數(shù)據(jù)處理和顯示。

所述沖擊式慣性分粒器是噴嘴孔徑分別為φ7 mm、φ5 mm的沖擊式慣性分粒器，用于分別分離粒徑10μm以下、2.5μm以下的氣溶膠顆粒物。

所述靜電沉降器主要包括作為集塵極的壓電石英晶片、高壓放電針、高壓電源和抽氣泵，所述壓電石英晶片是質(zhì)量敏感元件，與靜電沉降集塵技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)高壓放電提高PM2.5質(zhì)量濃度檢測(cè)靈敏度。

優(yōu)選的是，所述高壓放電針與石英晶片間的距離為7.0mm±0.5mm，高壓電源為3.0KV電源，抽氣泵的抽氣流量恒定為 1L/min， PM2.5質(zhì)量濃度檢測(cè)靈敏度最佳，對(duì)PM2.5顆粒物的采集率穩(wěn)定。

所述雙石英晶體諧振器是采用型號(hào)為74LS00芯片的雙石英晶體諧振器， 所述差頻器是采用型號(hào)為74LS132芯片的差頻器。

優(yōu)選的是，所述雙石英晶體諧振器的石英晶片是AT切型，晶體直徑為φ13.7mm，頻率為4.998MHz。

本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下再進(jìn)一步的技術(shù)方案予以解決。

所述頻率測(cè)試單元主要包括頻率計(jì)，所述頻率計(jì)包括與所述差頻器連接的放大整形模塊、分頻選擇模塊，以及基準(zhǔn)頻率模塊，由所述控制單元控制進(jìn)行頻率計(jì)數(shù)和PM2.5質(zhì)量濃度計(jì)算。

所述顯示器主要包括顯示模塊，用于顯示頻率計(jì)數(shù)與PM2.5質(zhì)量濃度計(jì)算結(jié)果。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

本發(fā)明的PM2.5顆粒物采集率穩(wěn)定，PM2.5質(zhì)量濃度的監(jiān)測(cè)靈敏度不受包括環(huán)境溫度等諸多因素的影響。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式的系統(tǒng)組成示意圖；

圖2是圖1的采樣單元組成結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。

一種如圖1~2所示的壓電諧振式PM2.5監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，基于壓電諧振頻差法，用于對(duì)PM2.5連續(xù)采樣，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)PM2.5的質(zhì)量濃度。

采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括控制單元，以及分別與控制單元連接的靜電沉降采樣單元、壓電諧振單元、頻率測(cè)試單元和顯示單元。

控制單元包括單片機(jī)PIC24FJ96，用于對(duì)儀器系統(tǒng)各部件的協(xié)調(diào)控制、數(shù)據(jù)處理和顯示。

靜電沉降采樣單元主要包括沖擊式慣性分粒器和靜電沉降器；

沖擊式慣性分粒器是噴嘴孔徑分別為φ7 mm、φ5 mm的沖擊式慣性分粒器，用于分別分離粒徑10μm以下、2.5μm以下的氣溶膠顆粒物。