专利摘要

专利摘要

本实用新型公开了一种集成式多功能大气污染与气象监测设备，属于环境监测设备领域。它包括设置有进气口的外壳、设置于外壳内部的PCB控制集成主板、高效气溶胶颗粒物过滤器及抽气泵，所述PCB控制集成主板上集成有空气质量六参数检测单元及气象六要素检测单元，本实用新型能同时对以上12种指标进行同时监测，还可以实现对痕量气体和气溶胶质量浓度的连续观测，具有结构简单、设计合理、易于制造的优点。

权利要求

1.一种集成式多功能大气污染与气象监测设备，包括设置有进气口(2)的外壳(12)、设置于外壳(12)内部的PCB控制集成主板(8)、高效气溶胶颗粒物过滤器(4)及抽气泵(6)，其特征在于：所述PCB控制集成主板(8)上集成有空气质量六参数检测单元及气象六要素检测单元；

所述的空气质量六参数检测单元包括设置于外壳(12)内的光散射PM2.5、PM10质量浓度检测单元(3)及臭氧、SO2、CO、NO2浓度检测单元(5)；所述进气口(2)、光散射PM2.5、PM10质量浓度检测单元(3)及臭氧、高效气溶胶颗粒物过滤器(4)、臭氧、SO2、CO、NO2浓度检测单元(5)以及抽气泵(6)依次通过管路串联连通；

所述的气象六要素检测单元包括设置于外壳(12)内的温湿度集成测试单元(7)及大气压力探测单元(9)；设置于外壳(12)外部的风速风向测试单元(1)及雨量计(20)。

2.根据权利要求1所述的集成式多功能大气污染与气象监测设备，其特征在于：所述的温湿度集成测试单元(7)、大气压力探测单元(9)、风速风向测试单元(1)及雨量计(20)均设置有检测传感器，所述检测传感器直接伸出外壳(12)暴露于外部大气中。

3.根据权利要求2所述的集成式多功能大气污染与气象监测设备，其特征在于：所述的风速风向测试单元(1)的检测传感器包括设置于同一高度的水平面上的三根超声波传感器柱，所述三根超声波传感器柱彼此之间等距设置。

4.根据权利要求1所述的集成式多功能大气污染与气象监测设备，其特征在于：所述PCB控制集成主板(8)上集成有核心处理器单元、数模转换单元、数据存储单元、交直流转换单元、直流供电单元及5G传输模块(11)。

5.根据权利要求1所述的集成式多功能大气污染与气象监测设备，其特征在于：还包括支撑底座(10)，所述PCB控制集成主板(8)安装于支撑底座(10)上，所述外壳(12)安装于支撑底座(10)上。

6.根据权利要求1-5任一所述的集成式多功能大气污染与气象监测设备，其特征在于：所述的外壳(12)包括顶盖(13)以及由若干中空环形壳体(14)叠加而成的壳身(15)；所述顶盖(13)上设置有进气口(2)设置于所述的中空环形壳体(14)具有斜向下倾斜的角度A；相邻的上、下两个中空环形壳体(14)之间形成能够供大气流通的通风狭槽(21)。

7.根据权利要求6所述的集成式多功能大气污染与气象监测设备，其特征在于：所述的中空环形壳体(14)包括下表面(16)，构成所述通风狭槽(21)的上中空环形壳体(14)的下表面(16)能够掩盖住通风狭槽(21)。

8.根据权利要求6所述的集成式多功能大气污染与气象监测设备，其特征在于：所述的中空环形壳体(14)上设置有供支撑柱(17)通过的穿孔(18)，所述的支撑底座(10)上设置有与支撑柱(17)匹配的紧固孔(19)；所述的若干中空环形壳体(14)通过支撑柱(17)叠加形成壳身(15)并固定在支撑底座(10)上。

说明书

技术领域

本实用新型涉及属于环境监测设备装置领域，尤其是一种集成式多功能大气污染与气象监测设备。

背景技术

目前，大气污染状况日益严重且复杂，随之也就对传统的大气污染源监测方式提出了新的挑战。我国环境空气监测工作起步于20世纪70年代，起步的初期，为手工监测，所监测的污染物种类也仅仅局限于总悬浮颗粒物、二氧化硫、氮氧化物几种。20世纪80年代中后期，环境空气质量自动监测技术在我国开始逐步发展。到目前为止，我国已经形成了包括113个环境保护重点城市在内的661个监测点位的国家环境空气质量监测网，监测项目已全面覆盖空气质量监测的六参数：可吸入颗粒物(PM2.5、PM10)臭氧、SO2、CO、NO2。

空气质量测量系统是一套应用先进的自动空气测量监测仪器形成的系统，主要是针对空气质量情况进行信息采集和分析，为空气质量报道提供参考依据，有助于更有效的提升我国空气质量监测水平。空气质量监测系统包括中心计算机、质量保证实验室以及监测子站等众多部分，基本上实现了对空气质量数据的自动化采集、自动化分析和处理，更加直观的展现出某个地区的空气质量情况。这种方法实用性较强，在西方发达国家均采用此种空气质量监测系统，加强对其研究是十分有必要的，对于后续理论研究和实践工作开展具有一定参考价值。

但是，当前实施的环境空气监测系统监测点位数量有限、成本高昂，且以点代面的监测方式的点式空气质量监测仪居多。该系统较为常见，但是在实际应用中此方法时效性不足，达不到精细化管控的目标，且无法实现对监测体系中时空动态趋势分析、污染减排评估、污染来源追踪、环境预警预报等能力的深度挖掘。除了点式空气质量监测仪，目前开放式空气质量监测系统也应运而生。所谓的开放式空气质量监测系统主要是采用线采样，这种方法较之电点式质量监测系统而言存在明显的差异，有助于更加直观、全面的展现空气质量表征，同时对SO2、NO2、O3几个参数进行测量。具有十分突出的高分辨率、高灵敏度的特点，测量结果更具代表性，运行成本更低。但同样的，该系统对于测量环境要求较高，空气悬浮物较多、风速、风力、雨水外部的监测环境，均会影响到测量结果。

因此，开发一种可实现高密度网格化布局的低成本、多参数集成的紧凑型微型环境空气监测系统，能够实现在区域内全覆盖，实现高时空分辨率的大气污染监测，结合信息化大数据的应用实现污染来源追踪、预警预报等功能，为环境污染防控提供更为及时有效的决策支持的环境空气监测设备非常必要。

发明内容

1.要解决的问题

针对上述问题，本实用新型提供一种集成式多功能大气污染与气象监测设备，能够有效地抵御外部环境的干扰，保证监测的准确性。

2.技术方案

为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种集成式多功能大气污染与气象监测设备，所述监测设备包括外壳、PCB控制集成主板、高效气溶胶颗粒物过滤器及抽气泵，所述外壳上设置有进气口，所述PCB控制集成主板8上集成有空气质量六参数检测单元及气象六要素检测单元；

所述的空气质量六参数检测单元包括设置于外壳内的光散射PM2.5、PM10质量浓度检测单元及臭氧、SO2、CO、NO2浓度检测单元；所述进气口、光散射PM2.5、PM10质量浓度检测单元及臭氧、高效气溶胶颗粒物过滤器、臭氧、SO2、CO、NO2浓度检测单元以及抽气泵依次通过管路串联连通；

所述的气象六要素检测单元包括设置于外壳内的温湿度集成测试单元及大气压力探测单元；设置于外壳外部的风速风向测试单元及雨量计。

优选地方案，所述的各气象六要素检测单元均设置有检测传感器，所述检测传感器直接暴露于外部大气中。

优选地方案，所述的风速风向测试单元的检测传感器包括设置于同一高度的水平面上的三根超声波传感器柱，所述三根超声波传感器柱彼此之间等距设置。

优选地方案，所述PCB控制集成主板上集成有核心处理器单元、数模转换单元、数据存储单元、交直流转换单元、直流供电单元及5G传输模块。

优选地方案，所述监测设备还包括支撑底座，所述支撑底座位于外壳内部，所述PCB控制集成主板安装于支撑底座上。

优选地方案，所述的外壳包括顶盖以及由若干中空环形壳体叠加而成的壳身；所述的中空环形壳体具有斜向下倾斜的角度A；相邻的上、下两个中空环形壳体之间形成能够供大气流通的通风狭槽。

优选的方案，所述的中空环形壳体包括上表面与下表面，构成所述通风狭槽的上中空环形壳体的下表面能够掩盖住通风狭槽。这种设计的外壳可以在既起到挡风遮雨的作用的同时，还能保证外壳内部设备的环境气体就是室外大气，可以确保设备的检测单元所检测的气体具有代表性。

优选地方案，所述的中空环形壳体上设置有供支撑柱通过的穿孔，所述的支撑底座上设置有与支撑柱匹配的紧固孔；所述的若干中空环形壳体通过支撑柱叠加形成壳身并固定在支撑底座上。

3.有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型提供地集成式多功能大气污染与气象监测设备，同时集成了环境空气质量六参数与气象六要素的检测单元，可以同时对以上12种指标进行同时监测。同时，该监测设备所配备的检测单元均是高精度高灵敏度的传感器，在对于气象六要素进行精确、连续监测的同时，还可以实现对痕量气体和气溶胶质量浓度的连续观测；

(2)本实用新型提供地集成式多功能大气污染与气象监测设备，所述外壳具有由若干中空环形壳体叠加而成的壳身，中空环形壳体具有斜向下倾斜的角度，相邻的上、下两个中空环形壳体之间形成能够供大气流通的通风狭槽，既可以防雨，避免主板等检测单元遇水受损，同时也保证了外壳内的大气与外界环境大气相一致；

(3)本实用新型提供地集成式多功能大气污染与气象监测设备，其风速风向测量单元有三根在水平面上等距的超声波传感器柱，在安装时需要注意其方向，主方向要调至正北。其测量单元可以测量一根传感器柱发出的超声波传到另外两根传感器柱的时间，同样也可以测量来自其它传感器柱发出的超声波的传输时间，从而计算出当时的风速和风向。

风速风向的计算依赖于这一组传感器柱组成三条通路的超声波传输时间，该传输时间就主要取决于风速。对于其中任意两根传感器柱，如果风速为零，则正向与反向的传输时间就会相等，如果风沿着超声波通路吹，则逆风方向的传输时间会增加，而顺风方向的传输时间则会减少，风速的计算公式如下所示：

Vw为该超声波通路上的风速，L为两根传感器柱之间距离，Tf为顺风方向的传输时间，Tr为逆风方向的传输时间。

本设备的风速风向测量单元有三个超声波传输通路，可以得到三个Vw，依靠其中任意两个Vw就可以计算出该时刻大气的风速风向了，另一个Vw可以起到订正的作用，使得结果更精确。

(4)实用新型提供地集成式多功能大气污染与气象监测设备，设置有PCB控制集成主板，可以接收检测单元的电信号，并将其转化成对应的数字信号，而且可以对这些数字信号进行初步的处理，通过先前在主板上存储的校准参数数据，通过以上步骤，将检测单元所提供的信号转化成可视化的空气质量六参数和气象六要素的数据。监测数据首先会存储在主板的存储单元之中，可以定期将设备连接至电脑，从而导出数据；也可以依靠主板上配备的5G传输单元，通过无线网络实时将数据传输至中央服务器上，此种情况一般适用于大量监测设备组成的监测网络，可以同时看到整个监测网络内各个监测设备的数值，从而了解监测范围的空气质量情况；

附图说明

图1为本实用新型提供的集成式多功能大气污染与气象监测设备的内部结构示意图；

图2为本实用新型提供的集成式多功能大气污染与气象监测设备的整体结构示意图；

图3为本实用新型提供的集成式多功能大气污染与气象监测设备的外壳结构示意图；

图4为构成本实用新型提供的集成式多功能大气污染与气象监测设备的外壳的相邻上、下中空环形壳体组成的通风狭槽的结构示意图；

图5为构成本实用新型提供的集成式多功能大气污染与气象监测设备的外壳的中空环形壳体的结构示意图；

图中：1、风速风向测试单元；2、进气口；3、光散射PM2.5、PM10质量浓度检测单元；4、高效气溶胶颗粒物过滤器；5、臭氧、SO2、CO、NO2浓度检测单元；6、抽气泵；7、温湿度集成测试单元；8、PCB控制集成主板；9、大气压力探测单元；10、支撑底座；11、5G传输模块；12、外壳；13、顶盖；14、中空环形壳体；15、壳身；16、下表面；17、支撑柱；18、穿孔；19、紧固孔；20、雨量计；21、通风狭槽。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、底”通常是指参考附图所示的上、底。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。

如图1所示，本实用新型提供地集成式多功能大气污染与气象监测设备，包括外壳12，所述外壳12上开设有进气口2，外壳12内设置有支撑底座10及抽气泵6，支撑底座10上设置有PCB控制集成主板8，PCB控制集成主板8上集成有上集成有空气质量六参数检测单元、气象六要素检测单元、核心处理器单元、数模转换单元、数据存储单元、交直流转换单元、直流供电单元及5G传输模块11。所述的空气质量六参数检测单元包括光散射PM2.5、PM10质量浓度检测单元3、臭氧、SO2、CO、NO2浓度检测单元5及抽气泵6，进气口2、光散射PM2.5、PM10质量浓度检测单元3与臭氧、SO2、CO、NO2浓度检测单元5通过管路串联连通，光散射PM2.5、PM10质量浓度检测单元3与臭氧之间设置有高效气溶胶颗粒物过滤器4。所述的气象六要素检测单元包括位于外壳12内的温湿度集成测试单元7及大气压力探测单元9，位于外壳12外部的风速风向测试单元1及雨量计20，上述的气象六要素检测单元均设置有直接暴露于大气中的检测传感器。

如图1及图2所示，风速风向测试单元1的检测传感器包括设置于同一高度的水平面上的三根超声波传感器柱，所述三根超声波传感器柱彼此之间等距设置，形成三个超声波传输通路，可以得到三个Vw，依靠其中任意两个Vw就可以计算出该时刻大气的风速风向了，另一个Vw可以起到修正的作用，使得结果更精确。

PCB主板上集成有核心处理器单元、数模转换单元、数据存储单元、交直流转换单元、直流供电单元及5G传输模块11，核心处理器单元分别与数模转换单元、数据存储单元、交直流转换单元、直流供电单元和5G传输模块11连接，空气质量六参数检测单元及气象六要素检测单元分别与数模转换单元和交直流供电单元相连接，交直流转换单元通过电插头与外部电源连接。

如图2及3所示，所述的外壳12包括壳身15，壳身15由若干中空环形壳体14叠加而成，如图5所示中空环形壳体14具有斜向下倾斜的角度A(小于90°即可，最优的角度是45°)；如图4相邻的上、下两个中空环形壳体14之间形成能够供大气流通的通风狭槽21。构成所述通风狭槽21的上中空环形壳体14的下表面16能够掩盖住通风狭槽21。壳身15顶部设置有配套的顶盖13，顶盖13上设置有进气口(1)，壳身15底部安装于支撑底座10上。

如图3所示，壳身15由若干中空环形壳体14叠加而成，中空环形壳体14上设置有供支撑柱17通过的穿孔18，支撑底座10上设置有与支撑柱17匹配的紧固孔19；在多个中空环形壳体14叠加组装时，每个中空环形壳体14需上下对齐，其穿孔18也需要互相对准，长支撑柱17从每层中空环形壳体14的穿孔18中穿过，使得每层中空环形壳体14之间相互固定，并形成能够供大气流通的通风狭槽21，支撑柱17最终固定在设备底座的紧固孔/螺母上，使得外壳12安装于支撑底座10上。

本实用新型提供集成式多功能大气污染与气象监测设备工作原理与过程如下：

一、参数设定

本设备的核心处理器单元相当于是一个高性能的单片机，内有CPU，Flash存储器，I/O控制电路，定时器，时钟电路等。在设备运行之前核心处理器单元需要进行以下两方面的设定：

1、各监测仪器的数据校正参数和计算公式，依据自数模转换单元的检测器信号值计算出所监测的环境大气的各种相应的参数值。其中：风速风向测量单元的计算方法如下：

风速风向测量单元有三根在水平面上等距的超声波传感器柱，在安装时需要注意其方向，主方向要调至正北。其测量单元可以测量一根传感器柱发出的超声波传到另外两根传感器柱的时间，同样也可以测量来自其它传感器柱发出的超声波的传输时间，从而计算出当时的风速和风向。

风速风向的计算依赖于这一组传感器柱组成三条通路的超声波传输时间，该传输时间就主要取决于风速。对于其中任意两根传感器柱，如果风速为零，则正向与反向的传输时间就会相等，如果风沿着超声波通路吹，则逆风方向的传输时间会增加，而顺风方向的传输时间则会减少。

风速的计算公式如下所示：

Vw为该超声波通路上的风速，L为两根传感器柱之间距离，Tf为顺风方向的传输时间，Tr为逆风方向的传输时间。

超声波的传输时间与大气温度、湿度和压力都有关系，但是在两个方向都同时测量了传输时间，因此可以排除温度、湿度和压力的影响。本设备的风速风向测量单元有三个超声波传输通路，可以得到三个Vw，依靠其中任意两个Vw就可以计算出该时刻大气的风速风向了，另一个Vw可以起到订正的作用，是的结果更精确。

2、各监测仪器的采样间隔和时序，并通过数模转换单元将输出的数字信号转换成模拟电压信号来控制直流供电单元给抽气泵6、各气象六要素检测单元、空气质量六参数检测单元及其他仪器供电。

二、大气监测

将集成式多功能大气污染与气象监测设备设置于监测地点，交直流转换单元的电插头与外部电源连接，交直流转换单元给PCB主板进行供电，然后PCB主板上的直流供电单元在核心处理单元的控制下会给设备内的各空气质量六参数检测单元、气象六要素检测单元以及抽气泵6供电。集成式多功能大气污染与气象监测设备通电开启之后，各气象六要素检测单元温湿度集成测试单元7、大气压力探测单元9、风速风向测试单元1及雨量计20相互独立的进行监测工作，依靠其各自暴露在环境空气中的检测传感器将检测信号传输到PCB主板的数模转换单元上；

空气质量六参数检测单元光散射PM2.5、PM10质量浓度检测单元3及臭氧、SO2、CO、NO2浓度检测单元5通过同一进气管路串联在一起，设置于SO2、CO、NO2浓度检测单元5尾端的抽气泵6不断的进行抽气，将外部的环境大气从进气口2抽入光散射PM2.5、PM10质量浓度检测单元3基于光散射的原理检测颗粒物的质量浓度，但是光散射的检测并不会改变气体的性质和成分，随后采样气体从PM2.5、PM10质量浓度检测单元流出经过高效气溶胶颗粒物过滤器4将颗粒物完全去除，随后进入臭氧、SO2、CO、NO2浓度检测单元5用于检测CO、SO2、O3、NO2的浓度，同时，光散射PM2.5、PM10质量浓度检测单元3及臭氧、SO2、CO、NO2浓度检测单元5将各自的检测信号传输到PCB主板的数模转换单元上；

数模转换单元与核心处理器单元相连接，将接收到的检测信号(此时为模拟电压信号)转换成数字信号，然后将这些数字信号输出到核心处理器单元；核心处理器单元将接收到的监测数据结果存储数据存储单元中，并根据内部设定好的各监测仪器的校正参数和计算公式将来自数模转换单元的检测器信号值计算出环境大气的各种相应的参数值，随后定时控制5G传输模块11通过移动数据网络给外部服务器传输数据。

一种集成式多功能大气污染与气象监测设备专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。