● 測試背景

隨著生活水平的提高，人們對健康越來越關(guān)注，對我們生活的空氣環(huán)境也越來越關(guān)心，因此希望能夠?qū)σ恍┯形：Φ臍怏w進(jìn)行有效的監(jiān)測和治理。環(huán)境保護(hù)監(jiān)測先行，自動化、信息化是做好環(huán)境監(jiān)測的前提和保障。隨著國家制定的各種環(huán)境保護(hù)政策及法規(guī)的頒布實(shí)施，各級地方政府在對轄區(qū)內(nèi)的環(huán)境治理日益重視的同時(shí)，加大了對環(huán)境監(jiān)測的投資力度，各地區(qū)陸續(xù)規(guī)劃安裝了大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測地面站，實(shí)施城市空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。

空氣質(zhì)量檢測儀正是在這種基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的，且根據(jù)使用方式不同分為路邊站、點(diǎn)式固定站、車載式、手提式等。

● 系統(tǒng)描述

AQ-Ⅲ空氣質(zhì)量檢測儀測試平臺是北京中泰研創(chuàng)科技有限公司為某環(huán)境監(jiān)測研究院提供的技術(shù)解決方案，硬件方面通過EM9000系列多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備(EM9636B)負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)采集，軟件系統(tǒng)是基于正版LabVIEW圖形編程語言，通過對監(jiān)測地點(diǎn)的溫度、風(fēng)速、氣壓和多種有害氣體濃度的多點(diǎn)測量，以達(dá)到長時(shí)間監(jiān)測某區(qū)域內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量參數(shù)的目的。系統(tǒng)按照自動測控系統(tǒng)的要求，以虛擬儀器技術(shù)為背景，以以太網(wǎng)總線架構(gòu)為基礎(chǔ)，具有實(shí)驗(yàn)工況監(jiān)視、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)在線分析處理、一般性故障處理等功能。

硬件方面由抽氣泵將環(huán)境空氣通過過濾器，經(jīng)流量調(diào)節(jié)器后分別以300ml/min的流量送到傳感器氣室，通過傳感器時(shí)所產(chǎn)生的信號經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換后，由上位機(jī)PC端進(jìn)行采集、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生濃度結(jié)果數(shù)據(jù)，同時(shí)保存數(shù)據(jù)結(jié)果或通過RS232串行接口送至微型打印機(jī)。

● 系統(tǒng)特點(diǎn)

1. 1路溫度、1路濕度、1路風(fēng)速、2路細(xì)顆粒物和15路氣體濃度采集。

2. 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和測試結(jié)果微機(jī)打印。

3. 支持自定義線性換算算法編輯，以適應(yīng)不同傳感器。

4. 各路參數(shù)及測量指標(biāo)獨(dú)立配置。

5. 支持采集數(shù)據(jù)圖形化顯示。

6. 支持采集數(shù)據(jù)存盤并自定義圖形化顯示曲線，具有數(shù)據(jù)報(bào)表功能。

7. 支持歷史數(shù)據(jù)分析，自動導(dǎo)出并自動計(jì)算按秒、分鐘、小時(shí)的最大值、最小值和平均值。

● 測試方法

氣體檢測部分工作原理

本儀器內(nèi)部分采用高靈敏度、低功耗的電化學(xué)傳感器(如圖1所示)，用于檢測多種不同有毒氣體，可以連續(xù)監(jiān)測大氣層中的SO2、NO2、O3、CO、CO2、NH3、甲醛等氣體，全面顯示需要的測量數(shù)據(jù)。

電化學(xué)傳感器通過與被測氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號來工作。典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極(或工作電極)和反電極組成，并由一個(gè)薄電解層隔開。氣體首先通過微小的毛管型開孔與傳感器發(fā)生反應(yīng)，然后是透氣膜，最終到達(dá)電極表面。采用這種方法可以允許適量氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，以形成充分的電信號，同時(shí)防止電解質(zhì)漏出傳感器。穿過透氣膜擴(kuò)散的氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，傳感電極可以采用氧化機(jī)理或還原機(jī)理。這些反應(yīng)由針對被測氣體而設(shè)計(jì)的電極材料進(jìn)行催化。通過電極間連接的電阻器，與被測氣濃度成正比的電流會在正極與負(fù)極間流動。測量該電流即可確定氣體濃度。

有毒氣體檢測部分工作原理

本儀器內(nèi)部分采用工作穩(wěn)定的紅外線氣體傳感器(如圖2所示)，用于檢測甲烷、可燃性烷烴類氣體濃度。

此類傳感器中有循環(huán)的紅外光源。光源在氣室中反射并終止于兩個(gè)熱電感應(yīng)片上。兩個(gè)感應(yīng)片一個(gè)是“活躍感應(yīng)片”，另一個(gè)是“參照感應(yīng)片”。每個(gè)熱電感應(yīng)片都各自輸出一個(gè)電平以顯示與其表面接觸的紅外光的強(qiáng)度。“活躍感應(yīng)片”上覆蓋著一層濾光材料，它能透過紅外光譜中被測氣體所吸收的那一段光譜；而“參照感應(yīng)片”上覆蓋著的濾光材料能透過紅外光譜中被測氣體所不被吸收的光譜。當(dāng)被測氣體進(jìn)入氣室時(shí)，氣體吸收了紅外光輻射的一段，這樣從活躍感應(yīng)片上輸出的信號也就相應(yīng)減弱。而盡管有被測氣體存在，“參照感應(yīng)片”上的信號電平保持不變。“活躍感應(yīng)片”和“參照感應(yīng)片”上輸出電平的比率就可用于計(jì)算被測氣體的濃度。因?yàn)闇y量中用的是兩個(gè)感應(yīng)片上的電平比率，光源強(qiáng)度及光源反射路徑反導(dǎo)致的誤差就可消去，保證了測量精度。Detcon公司智能型紅外線光學(xué)氣體濃度傳感器提供標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA輸出。

可吸入顆粒物檢測部分工作原理

本儀器內(nèi)部分采用激光氣體傳感器(如圖3所示)，其特點(diǎn)是輸出穩(wěn)定、壽命長、功率較低。

激光傳感器的結(jié)構(gòu)和電路相對復(fù)雜。其光源為激光二極管。采樣空氣通過風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)推動，通過復(fù)雜設(shè)計(jì)的風(fēng)道，進(jìn)行檢測。當(dāng)空氣中的細(xì)顆粒物進(jìn)入激光束所在區(qū)域時(shí)，將使激光發(fā)生散射;散射光在空間360°都有輻射，可在適當(dāng)位置放置光電探測器，使之只接收散射光，然后經(jīng)過光電探測器的光電效應(yīng)產(chǎn)生電流信號，經(jīng)電路放大及處理后，即可得到細(xì)顆粒物濃度值。激光原理傳感器主要應(yīng)用在PM2.5、PM10檢測領(lǐng)域，以精度量化PM2.5質(zhì)量。可嵌入到家用(車載、手持)空氣檢測儀、空氣凈化器中。

● 系統(tǒng)指標(biāo)

1、 配置進(jìn)氣管;

2. 供電采用交流220V/50Hz;

3. 工作溫度：0~50攝氏度;

4、 直讀輸出各氣體濃度（mg/m3）,1分鐘出結(jié)果;

5. 預(yù)設(shè)通道數(shù)：20（可擴(kuò)展）；

6、 檢測靈敏度：（L） 0.01 mg/m3；（H） 0.001 mg/m3。

7、 重復(fù)性誤差：±2%

8、 采集精度：16位分辨率、誤差<0.02%;

9、 具有電能存儲功能，監(jiān)測時(shí)間全程可實(shí)現(xiàn)不插電。

10、定時(shí)采樣：預(yù)熱時(shí)間（0～20）秒；采樣次數(shù)（1～1000）次/s。

11、氣體濃度超標(biāo)報(bào)警閾值設(shè)定：可按各氣體分析器量程軟件設(shè)定；

12、輸出接口：

（1）PC機(jī)接口：RJ45，可選USB接口；

（2）微型打印機(jī)輸出接口；

13、 重量：10kg。490mm * 330mm * 390mm

14、 采用金屬外殼，耐腐、防水、防塵；

● 硬件指標(biāo)

EM9636數(shù)據(jù)采集設(shè)備，是新一代的集多種功能為一體，高速、高精度、多功能、寬范圍信號測量與控制的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品。支持以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集，USB數(shù)據(jù)采集（USB口為從口）A/D：16bit，32（單）/16（雙）CH，轉(zhuǎn)換速率250KHz，8MB緩沖區(qū)，輸入范圍：0～5V、0～10V、±5V、±10V、0~20mA（定制），程控增益1、2、5、10倍；可編程DIO：16CH；光隔離DO：8路，光隔離DI：8路；計(jì)數(shù)/測頻：6CH；編碼器：2CH（與計(jì)數(shù)器復(fù)用）；PWM輸出：3CH（與DO復(fù)用）。組成結(jié)構(gòu)：基于ARM9處理器和FPGA關(guān)鍵技術(shù)，內(nèi)嵌實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)linux或wince，方便定制各種功能。支持modbus-TCP協(xié)議。

★ EM9636數(shù)據(jù)采集設(shè)備，具有離線采集功能，可以脫機(jī)使用。可將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲在EM9636上的U盤或SD卡內(nèi)，此產(chǎn)品可脫離計(jì)算機(jī)獨(dú)立工作。提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了使用成本，可用于惡劣環(huán)境下的無人值守及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中。

★ EM9636數(shù)據(jù)采集設(shè)備，具有Web服務(wù)器功能。為方便用戶使用，EM9636開通了web服務(wù)器功能，主機(jī)只要有web瀏覽器，就可以對EM9636進(jìn)行監(jiān)控，不需要編寫任何程序。用戶可通過PC端或手機(jī)端的web瀏覽器設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)、查看狀態(tài)以及查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。手機(jī)或移動設(shè)備可通過Wi-Fi與EM9636直接通訊。

★ EM9636產(chǎn)品具有雙看門狗：硬件看門狗防止下位機(jī)程序進(jìn)入死鎖狀態(tài)，通訊看門狗防止通訊中斷。

★ EM9636數(shù)據(jù)采集設(shè)備使用實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)linux，資深用戶可以自己編寫程序完成定制功能，從而完全脫離PC機(jī)單獨(dú)使用。

★ EM9636數(shù)據(jù)采集設(shè)備結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)材料：ABS757K阻燃，抗振動：17～500Hz，1G PTP。

抗沖擊： 10G/PEAK(11m ，sec)。

工作溫度：-20℃～+70℃。

凈重：71g。

● 虛擬儀器軟件

如使用PC機(jī)操作EM9636數(shù)據(jù)采集設(shè)備，我公司還可免費(fèi)提供上位機(jī)虛擬儀器分析軟件（基于正版LabVIEW開發(fā)）。

虛擬儀器軟件主要功能:

實(shí)時(shí)波形顯示：在采集過程中實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)曲線波形圖。

實(shí)時(shí)數(shù)值顯示：在采集過程中實(shí)時(shí)顯示所采集數(shù)值的結(jié)果。

數(shù)據(jù)存儲與回放：對采集的信號進(jìn)行存儲與回放及分析。

顯示及打印報(bào)表：以曲線或圖表的形式打印報(bào)表。

圖形分析功能：對數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行縮放、平移、定位（游標(biāo)）、對比。