基本信息
- 項目名稱：
- 大氣顆粒物在線監(jiān)測及無線傳輸系統(tǒng)的研發(fā)
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 為解決目前顆粒物監(jiān)測采樣過程耗時耗力、人為誤差較大的問題，致力研發(fā)一種具備在線監(jiān)測、無線傳輸及顯示數(shù)據(jù)功能的，經(jīng)濟型便攜式大氣顆粒物監(jiān)測系統(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，同時擁有顆粒物采樣與在線監(jiān)測功能的新系統(tǒng)。
- 詳細介紹：
- 作品簡介 目前，我國區(qū)域大氣環(huán)境日益惡化。為解決嚴重的空氣污染問題，必須對空氣質(zhì)量狀況進行監(jiān)測，從而實現(xiàn)治理。研究表明，高濃度可吸入顆粒物，特別是超細顆粒物，是引發(fā)各種人體疾病的主要大氣污染物。因而，對可吸入顆粒物的監(jiān)測，成為空氣質(zhì)量監(jiān)測工作的一個關(guān)鍵部分。 但是，許多對可吸入顆粒物的監(jiān)測工作仍采用具有滯后性且容易造成人為誤差的膜稱量法，一定程度上對監(jiān)測工作造成不便。此外，稱量法監(jiān)測工作需要科研人員親自到現(xiàn)場獲取數(shù)據(jù)，耗費大量時間精力。 因此，為提高監(jiān)測工作的準確度和減少人力物力的耗費，我們團隊致力于研發(fā)一種能夠在線監(jiān)測，無線傳輸及顯示數(shù)據(jù)的，經(jīng)濟型便攜式大氣顆粒物監(jiān)測系統(tǒng)。 目標產(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，配合自行設計研制的單片機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了可在線監(jiān)測并顯示大氣顆粒物濃度的功能。同時，利用無線智能傳感網(wǎng)絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸及顯示。 特點 1實時監(jiān)測及顯示數(shù)據(jù) 2體積小，方便攜帶，價格便宜 3遠程數(shù)據(jù)輸送，節(jié)省人力物力 推廣應用 1可作為大氣環(huán)境可吸入顆粒物監(jiān)測儀。配合切割頭實現(xiàn)不同粒徑（PM10、PM2.5或PM1）顆粒物的監(jiān)測；結(jié)合顆粒物采樣器，監(jiān)測濃度的同時，實現(xiàn)顆粒物化學成分的檢驗。 2可作為日常室內(nèi)空氣監(jiān)測儀。通過設定觸發(fā)信號，控制空氣清潔儀器的開關(guān)，實現(xiàn)保持室內(nèi)空氣潔凈的目的。 3可作為煙霧報警器。通過識別煙霧特征信號，控制警鈴開關(guān)，實現(xiàn)火警警報功能。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 研發(fā)目標 研發(fā)一套基于光學散射原理，能夠在線監(jiān)測顆粒物濃度的監(jiān)測系統(tǒng)。同時，以該系統(tǒng)為基礎(chǔ)，構(gòu)建一個顆粒物無線監(jiān)測網(wǎng)絡。 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)測功能的新系統(tǒng)。 基本思路 項目確立、顆粒物檢測系統(tǒng)設計、電路搭建、系統(tǒng)組裝、系統(tǒng)測試、整體調(diào)試、無線網(wǎng)絡搭建及后期整體優(yōu)化。 創(chuàng)新點 1實現(xiàn)對顆粒物的在線監(jiān)測，避免了傳統(tǒng)膜稱量法測量周期長、容易受人為誤差影響的缺點 2基于顆粒物在線監(jiān)測系統(tǒng)，構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡，實現(xiàn)遠程操控以及數(shù)據(jù)傳輸 3造價相對較低，能夠有效降低科研成本 4能夠通過加載自行設計的顆粒物分離器，實現(xiàn)多種粒徑顆粒物的測量 技術(shù)關(guān)鍵 1系統(tǒng)設計與整合，包括電路設計、軟件設計、系統(tǒng)組裝等部分。 2系統(tǒng)測試與系統(tǒng)校準，包括實驗方法設計、實驗器材搭建、數(shù)據(jù)處理等。 3無線網(wǎng)絡搭建技術(shù)，基于GPRS網(wǎng)絡以及射頻技術(shù)等，實現(xiàn)遠程操控以及數(shù)據(jù)傳輸。 主要技術(shù)指標 ●可實現(xiàn)顆粒物在線連續(xù)監(jiān)測,測量范圍顆粒物濃度 0-2.5mg/m3,精度可達0.01mg/m3，機器反應時間約3s;機身大小 150mm*100mm*40mm，0.5kg ●可實現(xiàn)系統(tǒng)無線控制與數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸距離 RF小于1000m, GRPS 全球范圍
科學性、先進性
- 1實時連續(xù)監(jiān)測。本系統(tǒng)利用光散射原理，通過將隨顆粒物濃度變化而變化的光強，換算成顆粒物濃度的方式，實現(xiàn)顆粒物濃度在線監(jiān)測，打破了傳統(tǒng)膜稱量法具有滯后性，以及無法反映顆粒物濃度變化趨勢的缺陷。 2遠程數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)能夠?qū)ΡO(jiān)測儀器進行遠程控制，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸，大大減少科研工作者的工作量。 3實現(xiàn)對PM10、PM2.5的監(jiān)測。相對于市面上僅能測量TSP的監(jiān)測儀器，本系統(tǒng)能夠通過加載自行設計的顆粒物分離器，實現(xiàn)對不同粒徑的顆粒物的分離，達到監(jiān)測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），相對于傳統(tǒng)顆粒物監(jiān)測產(chǎn)品（大于4kg）,便于攜帶，容易安裝。 5價格便宜。市場上銷售的顆粒物濃度測量儀器，特別是進口儀器，價格都比較高。本系統(tǒng)的成本較低，能滿足大部分監(jiān)測場所的需求，性價比高,能有效降低科研成本。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1. 2010年12月，被推薦為“國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃”項目。 2. 2011年4月，獲第十一屆“挑戰(zhàn)杯”廣東大學生課外學術(shù)科技作品競賽，一等獎。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作生產(chǎn)
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品；模型；現(xiàn)場演示；圖片；錄像；樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 1公共場所的空氣質(zhì)量監(jiān)測。如，工礦企業(yè)勞動部門生產(chǎn)現(xiàn)場粉塵濃度的測定；工地場所暴露監(jiān)測等。 2室內(nèi)煙霧報警。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，后者輸出間斷電信號。 3科研機構(gòu)、高校、監(jiān)測部門等機構(gòu)的科研工作。本系統(tǒng)將構(gòu)造一個空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡，在區(qū)域內(nèi)，達到實時、多點源的監(jiān)測效果；結(jié)合顆粒物采樣器，監(jiān)測濃度的同時，實現(xiàn)顆粒物化學成分的檢驗。 據(jù)分析預測，2010年環(huán)境監(jiān)測儀器儀表市場產(chǎn)值規(guī)模將增至110億元。未來2-3年隨著國家不斷加大對環(huán)境監(jiān)測的投入，環(huán)境監(jiān)測儀器儀表市場將維持20%以上的增長速度。預計到2013年，整個環(huán)境監(jiān)測儀器儀表市場規(guī)模將超過200億，利潤增幅達10%以上。同時，目前的環(huán)保儀器結(jié)合物理、化學、生物、電子、光學等技術(shù)，朝著自動化、智能化和網(wǎng)絡化為主的監(jiān)測方向發(fā)展。 本系統(tǒng)價格便宜，適用范圍廣，預計一年內(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)測儀器之一。
同類課題研究水平概述
- 目前，顆粒物的監(jiān)測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。其中，膜稱重法因原理簡單、影響因素較少而成為常規(guī)方法，并且常常被用來對其他監(jiān)測方法結(jié)果進行校正，但是操作復雜，且容易人為產(chǎn)生誤差；壓電晶體法需要定期對晶體進行清洗，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入射光的散射作用測量顆粒物，具有自動、在線、連續(xù)監(jiān)測顆粒物的優(yōu)點，能夠避免離線稱量法測量顆粒物的質(zhì)量濃度所帶來的誤差以及繁瑣工作，能廣泛運用到顆粒物監(jiān)測儀器的研發(fā)上。目前國內(nèi)主要采用膜稱量法對顆粒物進行監(jiān)測，監(jiān)測周期長，稱量工作繁瑣。一些資金較充足的環(huán)境科研機構(gòu)也有研發(fā)一些在線顆粒物監(jiān)測儀器，但體型較大，不方便攜帶，難以應用到外場試驗。國外已經(jīng)研發(fā)了一些便攜的可在線監(jiān)測顆粒物的儀器，但是由于其價格較貴，增加科研成本。所以，研發(fā)一種我國自行研發(fā)的、價格便宜、體積較小且能在線監(jiān)測顆粒物的系統(tǒng)是十分有意義的。 此外，我國現(xiàn)在外場實驗通常是采用人力攜帶儀器進行監(jiān)測的方式。這樣的做法耗費人力物力，另外，對于一些人類難以接近的地點，將對監(jiān)測工作帶來極大不便。所以，無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）作為一個新興的網(wǎng)絡，受到學術(shù)界和工業(yè)界越來越廣泛的重視，在軍事、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療健康等領(lǐng)域都有著廣泛的應用，因此，被認為是21世紀最重要的技術(shù)之一。從國外的研究狀況看，美國在無線傳感器方面進行了較深入的研究。早在上世紀90年代，美國就著手對具有現(xiàn)代意義的無線傳感器網(wǎng)絡展開研究，在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療控制、企業(yè)管理、工業(yè)控制、設備升級、企業(yè)管理等方面都有應用。歐洲、日本、澳大利亞也開展了不少這方面的研究工作。國內(nèi)無線傳感器網(wǎng)絡的研究跟國外的起步時間幾乎相同。但是在大多數(shù)環(huán)?？蒲袡C構(gòu)中，大多數(shù)還是采用有線傳輸?shù)姆绞?，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行傳輸。在少部分利用無線技術(shù)傳輸?shù)捻椖恐?，還都停留在利用GSM技術(shù)的階段。GSM技術(shù)成本較高且不能長時間在線，經(jīng)常為監(jiān)測工作帶來負擔以及不便。因而，發(fā)展一個具有能夠在大范圍內(nèi)無線傳輸數(shù)據(jù)、傳輸成本低、能夠?qū)崟r在線等優(yōu)點的環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡是十分必要的。
