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基本信息

項(xiàng)目名稱：
大氣顆粒物在線監(jiān)測(cè)及無(wú)線傳輸系統(tǒng)的研發(fā)
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
為解決目前顆粒物監(jiān)測(cè)采樣過(guò)程耗時(shí)耗力、人為誤差較大的問(wèn)題，致力研發(fā)一種具備在線監(jiān)測(cè)、無(wú)線傳輸及顯示數(shù)據(jù)功能的，經(jīng)濟(jì)型便攜式大氣顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 本系統(tǒng)還能與顆粒物采樣器相結(jié)合，形成一套以傳統(tǒng)稱重法為主，同時(shí)擁有顆粒物采樣與在線監(jiān)測(cè)功能的新系統(tǒng)。
詳細(xì)介紹：
作品簡(jiǎn)介 目前，我國(guó)區(qū)域大氣環(huán)境日益惡化。為解決嚴(yán)重的空氣污染問(wèn)題，必須對(duì)空氣質(zhì)量狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)治理。研究表明，高濃度可吸入顆粒物，特別是超細(xì)顆粒物，是引發(fā)各種人體疾病的主要大氣污染物。因而，對(duì)可吸入顆粒物的監(jiān)測(cè)，成為空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作的一個(gè)關(guān)鍵部分。 但是，許多對(duì)可吸入顆粒物的監(jiān)測(cè)工作仍采用具有滯后性且容易造成人為誤差的膜稱量法，一定程度上對(duì)監(jiān)測(cè)工作造成不便。此外，稱量法監(jiān)測(cè)工作需要科研人員親自到現(xiàn)場(chǎng)獲取數(shù)據(jù)，耗費(fèi)大量時(shí)間精力。 因此，為提高監(jiān)測(cè)工作的準(zhǔn)確度和減少人力物力的耗費(fèi)，我們團(tuán)隊(duì)致力于研發(fā)一種能夠在線監(jiān)測(cè)，無(wú)線傳輸及顯示數(shù)據(jù)的，經(jīng)濟(jì)型便攜式大氣顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 目標(biāo)產(chǎn)品介紹 本系統(tǒng)以夏普（Sharp）公司生產(chǎn)的煙霧傳感器為核心部件，配合自行設(shè)計(jì)研制的單片機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了可在線監(jiān)測(cè)并顯示大氣顆粒物濃度的功能。同時(shí)，利用無(wú)線智能傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸及顯示。 特點(diǎn) 1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及顯示數(shù)據(jù) 2體積小，方便攜帶，價(jià)格便宜 3遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)輸送，節(jié)省人力物力 推廣應(yīng)用 1可作為大氣環(huán)境可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)儀。配合切割頭實(shí)現(xiàn)不同粒徑（PM10、PM2.5或PM1）顆粒物的監(jiān)測(cè)；結(jié)合顆粒物采樣器，監(jiān)測(cè)濃度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)顆粒物化學(xué)成分的檢驗(yàn)。 2可作為日常室內(nèi)空氣監(jiān)測(cè)儀。通過(guò)設(shè)定觸發(fā)信號(hào)，控制空氣清潔儀器的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)保持室內(nèi)空氣潔凈的目的。 3可作為煙霧報(bào)警器。通過(guò)識(shí)別煙霧特征信號(hào)，控制警鈴開關(guān)，實(shí)現(xiàn)火警警報(bào)功能。

作品圖片

  • 大氣顆粒物在線監(jiān)測(cè)及無(wú)線傳輸系統(tǒng)的研發(fā)
  • 大氣顆粒物在線監(jiān)測(cè)及無(wú)線傳輸系統(tǒng)的研發(fā)
  • 大氣顆粒物在線監(jiān)測(cè)及無(wú)線傳輸系統(tǒng)的研發(fā)
  • 大氣顆粒物在線監(jiān)測(cè)及無(wú)線傳輸系統(tǒng)的研發(fā)
  • 大氣顆粒物在線監(jiān)測(cè)及無(wú)線傳輸系統(tǒng)的研發(fā)

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

研發(fā)目標(biāo) 研發(fā)一套基于光學(xué)散射原理，能夠在線監(jiān)測(cè)顆粒物濃度的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。同時(shí)，以該系統(tǒng)為基礎(chǔ)，構(gòu)建一個(gè)顆粒物無(wú)線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。 后期將與顆粒物采樣器相結(jié)合，形成一套具有顆粒物采樣及在線監(jiān)測(cè)功能的新系統(tǒng)。 基本思路 項(xiàng)目確立、顆粒物檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電路搭建、系統(tǒng)組裝、系統(tǒng)測(cè)試、整體調(diào)試、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)搭建及后期整體優(yōu)化。 創(chuàng)新點(diǎn) 1實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒物的在線監(jiān)測(cè)，避免了傳統(tǒng)膜稱量法測(cè)量周期長(zhǎng)、容易受人為誤差影響的缺點(diǎn) 2基于顆粒物在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，構(gòu)建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控以及數(shù)據(jù)傳輸 3造價(jià)相對(duì)較低，能夠有效降低科研成本 4能夠通過(guò)加載自行設(shè)計(jì)的顆粒物分離器，實(shí)現(xiàn)多種粒徑顆粒物的測(cè)量 技術(shù)關(guān)鍵 1系統(tǒng)設(shè)計(jì)與整合，包括電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)組裝等部分。 2系統(tǒng)測(cè)試與系統(tǒng)校準(zhǔn)，包括實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)器材搭建、數(shù)據(jù)處理等。 3無(wú)線網(wǎng)絡(luò)搭建技術(shù)，基于GPRS網(wǎng)絡(luò)以及射頻技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控以及數(shù)據(jù)傳輸。 主要技術(shù)指標(biāo) ●可實(shí)現(xiàn)顆粒物在線連續(xù)監(jiān)測(cè),測(cè)量范圍顆粒物濃度 0-2.5mg/m3,精度可達(dá)0.01mg/m3，機(jī)器反應(yīng)時(shí)間約3s;機(jī)身大小 150mm*100mm*40mm，0.5kg ●可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)線控制與數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸距離 RF小于1000m, GRPS 全球范圍

科學(xué)性、先進(jìn)性

1實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)。本系統(tǒng)利用光散射原理，通過(guò)將隨顆粒物濃度變化而變化的光強(qiáng)，換算成顆粒物濃度的方式，實(shí)現(xiàn)顆粒物濃度在線監(jiān)測(cè)，打破了傳統(tǒng)膜稱量法具有滯后性，以及無(wú)法反映顆粒物濃度變化趨勢(shì)的缺陷。 2遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，大大減少科研工作者的工作量。 3實(shí)現(xiàn)對(duì)PM10、PM2.5的監(jiān)測(cè)。相對(duì)于市面上僅能測(cè)量TSP的監(jiān)測(cè)儀器，本系統(tǒng)能夠通過(guò)加載自行設(shè)計(jì)的顆粒物分離器，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同粒徑的顆粒物的分離，達(dá)到監(jiān)測(cè)PM10及PM2.5的效果。 4便攜。本系統(tǒng)體積較小，質(zhì)量較輕（約0.5kg），相對(duì)于傳統(tǒng)顆粒物監(jiān)測(cè)產(chǎn)品（大于4kg）,便于攜帶，容易安裝。 5價(jià)格便宜。市場(chǎng)上銷售的顆粒物濃度測(cè)量?jī)x器，特別是進(jìn)口儀器，價(jià)格都比較高。本系統(tǒng)的成本較低，能滿足大部分監(jiān)測(cè)場(chǎng)所的需求，性價(jià)比高,能有效降低科研成本。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

1. 2010年12月，被推薦為“國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”項(xiàng)目。 2. 2011年4月，獲第十一屆“挑戰(zhàn)杯”廣東大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽，一等獎(jiǎng)。

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

合作生產(chǎn)

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品；模型；現(xiàn)場(chǎng)演示；圖片；錄像；樣品

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

1公共場(chǎng)所的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)。如，工礦企業(yè)勞動(dòng)部門生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度的測(cè)定；工地場(chǎng)所暴露監(jiān)測(cè)等。 2室內(nèi)煙霧報(bào)警。本系統(tǒng)能區(qū)分空氣粉塵和煙氣，遇前者輸出連續(xù)電信號(hào)，后者輸出間斷電信號(hào)。 3科研機(jī)構(gòu)、高校、監(jiān)測(cè)部門等機(jī)構(gòu)的科研工作。本系統(tǒng)將構(gòu)造一個(gè)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，在區(qū)域內(nèi)，達(dá)到實(shí)時(shí)、多點(diǎn)源的監(jiān)測(cè)效果；結(jié)合顆粒物采樣器，監(jiān)測(cè)濃度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)顆粒物化學(xué)成分的檢驗(yàn)。 據(jù)分析預(yù)測(cè)，2010年環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器儀表市場(chǎng)產(chǎn)值規(guī)模將增至110億元。未來(lái)2-3年隨著國(guó)家不斷加大對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的投入，環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器儀表市場(chǎng)將維持20%以上的增長(zhǎng)速度。預(yù)計(jì)到2013年，整個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器儀表市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)200億，利潤(rùn)增幅達(dá)10%以上。同時(shí)，目前的環(huán)保儀器結(jié)合物理、化學(xué)、生物、電子、光學(xué)等技術(shù)，朝著自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化為主的監(jiān)測(cè)方向發(fā)展。 本系統(tǒng)價(jià)格便宜，適用范圍廣，預(yù)計(jì)一年內(nèi)完成技術(shù)研發(fā)工作，并可以投入大量生產(chǎn)，將作為我國(guó)環(huán)保部門、高校工作科研工作以及日常環(huán)境廣泛使用的監(jiān)測(cè)儀器之一。

同類課題研究水平概述

目前，顆粒物的監(jiān)測(cè)方法主要有膜稱重法、光散射法、壓電晶體法、電荷法、β 射線吸收法、微量振蕩天平法，各種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)。其中，膜稱重法因原理簡(jiǎn)單、影響因素較少而成為常規(guī)方法，并且常常被用來(lái)對(duì)其他監(jiān)測(cè)方法結(jié)果進(jìn)行校正，但是操作復(fù)雜，且容易人為產(chǎn)生誤差；壓電晶體法需要定期對(duì)晶體進(jìn)行清洗，保養(yǎng)工作比較麻煩；微量震蕩天平法易受環(huán)境因素影響，特別是受濕度影響較大。光散射法利用顆粒物對(duì)入射光的散射作用測(cè)量顆粒物，具有自動(dòng)、在線、連續(xù)監(jiān)測(cè)顆粒物的優(yōu)點(diǎn)，能夠避免離線稱量法測(cè)量顆粒物的質(zhì)量濃度所帶來(lái)的誤差以及繁瑣工作，能廣泛運(yùn)用到顆粒物監(jiān)測(cè)儀器的研發(fā)上。目前國(guó)內(nèi)主要采用膜稱量法對(duì)顆粒物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)，稱量工作繁瑣。一些資金較充足的環(huán)境科研機(jī)構(gòu)也有研發(fā)一些在線顆粒物監(jiān)測(cè)儀器，但體型較大，不方便攜帶，難以應(yīng)用到外場(chǎng)試驗(yàn)。國(guó)外已經(jīng)研發(fā)了一些便攜的可在線監(jiān)測(cè)顆粒物的儀器，但是由于其價(jià)格較貴，增加科研成本。所以，研發(fā)一種我國(guó)自行研發(fā)的、價(jià)格便宜、體積較小且能在線監(jiān)測(cè)顆粒物的系統(tǒng)是十分有意義的。 此外，我國(guó)現(xiàn)在外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)通常是采用人力攜帶儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方式。這樣的做法耗費(fèi)人力物力，另外，對(duì)于一些人類難以接近的地點(diǎn)，將對(duì)監(jiān)測(cè)工作帶來(lái)極大不便。所以，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）作為一個(gè)新興的網(wǎng)絡(luò)，受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界越來(lái)越廣泛的重視，在軍事、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療健康等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，因此，被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一。從國(guó)外的研究狀況看，美國(guó)在無(wú)線傳感器方面進(jìn)行了較深入的研究。早在上世紀(jì)90年代，美國(guó)就著手對(duì)具有現(xiàn)代意義的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)展開研究，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療控制、企業(yè)管理、工業(yè)控制、設(shè)備升級(jí)、企業(yè)管理等方面都有應(yīng)用。歐洲、日本、澳大利亞也開展了不少這方面的研究工作。國(guó)內(nèi)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究跟國(guó)外的起步時(shí)間幾乎相同。但是在大多數(shù)環(huán)保科研機(jī)構(gòu)中，大多數(shù)還是采用有線傳輸?shù)姆绞?，?duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。在少部分利用無(wú)線技術(shù)傳輸?shù)捻?xiàng)目中，還都停留在利用GSM技術(shù)的階段。GSM技術(shù)成本較高且不能長(zhǎng)時(shí)間在線，經(jīng)常為監(jiān)測(cè)工作帶來(lái)負(fù)擔(dān)以及不便。因而，發(fā)展一個(gè)具有能夠在大范圍內(nèi)無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)、傳輸成本低、能夠?qū)崟r(shí)在線等優(yōu)點(diǎn)的環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)是十分必要的。
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